復材氣瓶用環氧樹脂固化制度下性能(四)

    澆鑄體力學性能見表3。由數據看出,FHl30的拉伸斷裂延伸率高于FH80,達到6.1%,FH80的為5.2%,說明FHl30的韌性較好,但同時FHl30拉伸、彎曲強度與80℃固化的FH80相比略呈下降趨勢。這是因為隨著溫度的提高,樹脂內部產生的熱應力逐漸增大,當樹脂受應力時易產生微裂紋,當材料受拉伸載荷時,大量微小裂紋發生擴展吸收很多能量,材料在斷裂前表現出較明顯的韌性特征,但其斷裂強度值并不隨之增大。從表中數據還可看出,各項數據的離散系數很小有的甚至低于1%,說明該樹脂體系性能穩定。

編號
拉伸強度/MPa
拉伸模量/GPa
彎曲強度/MPa
彎曲模量/GPa
延伸率/%
FH80
84.4
2.82
135
2.77
5.2
Cv=0.95%
Cv=4.0%
Cv=2.2%
Cv=3.7%
Cv=10.4%
FH130
82.8
2.71
130
2.63
6.11
Cv=0.93%
Cv=4.5%
Cv=6.0%
Cv=8.0%
Cv=8.5%

                                 表3 不同固化制度下澆鑄體的力學性能
    3、固化制度對樹脂基體性能的影響
    DDM屬于芳香胺類固化劑,其熔點為89℃,理論上與環氧E-51在達到90℃條件下加熱熔融混合才能得到較好的力學性能,在100℃以上其固化反應才能完全,而本實驗中130℃固化的樹脂與80℃固化的樹脂相比固化度卻差別不大,這是因為-方面體系中加入了一定量的促進劑,而促進劑能降低固化反應過程中所需的活化能,使固化反應能在較低溫度下進行,并能加快反應速度、降低固化反應放熱峰。因此,本實驗環氧E-51/DDM體系的固化反應在遠低于100℃時仍能正常進行。
    另一方面,樹脂在80℃下固化保溫時間為8h,而FHl30在130℃下保溫時間只有4h。理論上講,在一定范圍內,時間和溫度具有等效性,也就是說在較低溫度下延長固化時間依然能得到在較高溫度才能達到的較為充分的固化,在有促進劑存在條件下更能體現這-點。即使在較高溫度下,若時間保持過短,樹脂依舊得不到更為充分的固化。本實驗2種固化制度下的澆鑄體固化度皆大于95%,反應都較為完全,說明2者的固化時間是充足的。通過分析還可預測,在不影響樹脂性能的前提下,130℃的保溫時間仍有可縮短的空間,今后通過實驗可對此進行驗證。結合表3和圖3~4來看在一定溫度范圍內,隨著固化溫度的升高,樹脂耐熱性隨之增加,但其力學性能并不會隨之增大,反而還可能降低。
    基于上述分析,可以說一定的固化性能可以在低溫長時間獲得,也可以通過高溫短時間獲得,至于采用那種方案由具體生產實踐確定。高溫短時間固化會使固化物內應力增加并且分布不均,從而使力學性能下降,但采用低溫長時間固化則要占用更多生產時間,效率下降。就本實驗的樹脂基體配方來講,若在低溫下能達到較好固化性能要求的話,則從降低固化爐要求方面考慮,應采取第1種固化制度,即60℃/2h+80℃/8h較為合適;若對樹脂耐熱性能及韌性有更高要求或者要求較短的生產周期,則選擇第2種固化制度。由此可見高Tg和高力學性能是可通過不同的固化方式獲得的,這就是材料性能的工藝可設計性。