摘　要：通過SEM及力學性能測試，研究了反應性聚醚砜(rPESU)用量對6421BMI樹脂性能的影響，結果表明，rPESU能夠顯著提高6421樹脂的沖擊韌性，當rPESU質量分數達到10％時，rPESU在6421樹脂中形成連續相，質量分數達到15％時，6421樹脂的沖擊強度值高，為純6421樹脂的5倍。rPESU的加入量對6421樹脂拉伸模量、壓縮模量、彎曲模量的影響很小，但6421樹脂的拉伸強度和彎曲強度隨rPESU用量增加降低很快，rPESU質量分數達到25％時，拉伸強度和彎曲強度值降為原來的50％左右。

關鍵詞：反應性聚醚砜；6421樹脂；雙馬來酰亞胺；相分離；沖擊韌性；樹脂模塑傳遞工藝

0　引　言

　　6421樹脂是由北京航空材料研究院開發研制的一種樹脂模塑傳遞工藝(RTM)用雙馬來酰亞胺樹脂。它具有高硬度、高強度、良好的耐熱／耐溶劑性，再加上RTM工藝大大降低了高性能復合材料的制造成本，因此被越來越多地應用于航空航天領域。但是由于其結構特點，導致其脆性大、抗沖擊性能差，通常需要加入一定量的熱塑性樹脂對其進行增韌。本文研究采用羥基封端的反應性聚醚砜(rPESU)基于離位增韌技術在常溫下對6421雙馬來酰亞胺樹脂沖擊韌性影響，并討論rPESU改性6421雙馬來酰亞胺樹脂的相結構和增韌效果的關系，以及rPESU對常溫下6421雙馬來酰亞胺樹脂其他力學性能的影響。

1　實　驗

1.1　原料及反應機理
　　雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂：牌號6421，北京航空材料研究院生產。整個樹脂體系的反應機理如式1所示。BMI中雙鍵的電子云由于受到羰基吸引而成為貧電子鍵，再與烯丙基化合物進行雙烯的“ene”加成反應，生成中間體，然后BMI中的雙鍵與中間體進行Diels―Aldel加成反應，并與陰離子聚酰亞胺齊聚物生成聚合物。

　　羥基封端的反應性聚醚砜(rPESU)：型號為VW-10200RFP，美國蘇威公司生產。分子式如式2所示，對：BMI樹脂進行改性時，主要是通過改變體系的相結構來達到增韌目的。

1.2　試驗設備
　　擺錘沖擊試驗：Resil impactor試驗機，意大利西斯特公司。力學性能測試：850型力學試驗機，美國MTS公司。
1.3　澆鑄體制備
　　當熱塑性的rPESU樹脂的質量分數≤10％時，將6421樹脂和rPESU樹脂在130℃的容器中進行攪拌混合，直至rPESU樹脂完全溶解在6421樹脂體系中，然后在120℃的真空烘箱中脫泡，后澆鑄到130℃的模具當中，按照6421樹脂的固化工藝(130℃／1 h→150℃／1 h→160℃／1 h→180 ℃／2 h→200℃／8 h)固化，固化完成后隨爐自然冷卻至室溫。
　　當熱塑性的rPESU樹脂質量分數＞10％時，則需要在三輥機上將6421樹脂和rPESU混合均勻后再抽真空脫泡，然后按前述相同的工藝操作。
1.4　制樣及測試
　　簡支梁沖擊性能試驗按照GB／T 1043.1―2008測試，用機加工的方法在試樣(80 mm×10 mm×4 mm)中預制單側C型缺口，然后用擺錘沖擊試驗機進行試驗。
　　樹脂的拉伸強度和拉伸模量測試按照GB／T 2567―2008進行，加載速度為2 mm／min。
　　壓縮試驗和彎曲試驗均按照GB／T 2567―2008進行，其中彎曲試驗的加載速度為2 mm／min。
　　將測完簡支梁沖擊性能試驗后的試樣浸泡在二甲基甲酰胺中，并將容器放置在超聲波中震蕩4 h，溶去rPESU，然后將刻蝕后試樣用去離子水清洗干凈并噴金后在s4800場發射掃描電鏡(日立公司)中進行觀測。

2　結果與討論

2.1　rPESU對6421沖擊韌性的影響
　　圖1給出了不同質量分數rPESU對6421樹脂的簡支梁沖擊強度的影響。

　　從圖1中可以看出，初始階段，隨著rPESU含量的升高，6421樹脂的沖擊韌性得到很大的提高，當6421樹脂中rPESU的質量分數達到15％左右時，沖擊強度值大，為純6421樹脂體系的5倍左右。隨著6421樹脂中rPESU質量分數的進一步增加，樹脂體系簡支梁沖擊韌性又迅速下降，當rPESU的質量分數≥20％，6421樹脂的沖擊強度值一直穩定在9 kJ／m²附近，這顯然與rPESU在6421樹脂中的相結構有關。
2.2　形貌與韌性之間的關系
　　圖2是不同配比的rPESU／6421樹脂澆鑄體沖擊后的斷裂面，經過二甲基甲酰胺刻蝕。

　　從圖2可以看出，在rPESU質量分數為5％能6421樹脂中，富rPESU相形成海島結構，相對均勻地分散于富6421樹脂連續相中(圖2(a))。而在rPESU質量分數為10％的6421樹脂中，富rPESU相和部分富6421樹脂相形成類似不規則網線的半互穿網絡結構，將6421樹脂分割包圍在這種雙連續相結構中，這種半互穿網絡結構中，相疇的寬度大約是100―300μm(圖2(b))。當rPESU的質量分數增加到15％后，大部分富6421樹脂相開始由連續相轉變為連續顆粒相(圖2(c))，從圖中可以看到大部分富6421樹脂相轉化為顆粒相分散于連續相的富rPESU熱塑性樹脂相中，僅局部有一少部分尚未轉化為顆粒相的連續的6421樹脂相；當rPESU質量分數達到20％以上時(圖2(d)、圖2(e))，富6421樹脂相基本上全部轉化為顆粒相均勻的分布在rPESU熱塑性樹脂體系。結合試樣沖擊強度值的變化，可以發現富熱塑性的rPESU顆粒相在富6421樹脂相中形成的海島結構能夠改變6421樹脂脆性斷裂時裂紋的發展方向，吸收一部分沖擊能量從而提高樹脂的沖擊強度，當富rPESU相和富6421樹脂相開始形成半互穿網絡結構和雙連續相結構，6421樹脂體系的沖擊強度值都得到很大的提高，這也表明以連續相結構存在的rPESU比以海島結構形式存在的rPESU有更好的抗裂紋擴展能力。沖擊強度大值出現在整個體系的富6421樹脂相由連續相轉變為連續顆粒相均勻分布在富tPESU相時的臨界點上，即隨著rPESU含量的增加，整個樹脂體系發生相反轉，富rPESU相成為連續薄層相，富6421樹脂相轉變為彼此之間仍然連接的顆粒相，且被形成薄層連續結構的富rPESU相包裹。整個6421樹脂體系的沖擊強度值相對于純6421樹脂體系得到明顯的提升。此外，從圖2(c)～圖2(e)中可以看到，隨著富rPESU相含量的增加，富6421樹脂相顆粒粒徑減小，這些現象在熱固性樹脂增韌的相關文獻中也有報道。
2.2　rPESU對6421樹脂其他力學性能的影響
　　表1給出了不同質量分數的rPESU改性的6421樹脂的拉伸強度、彎曲強度、壓縮強度與模量值。

　　由表1可以看出，rPESU加入量對6421樹脂拉伸模量、壓縮模量、壓縮強度、彎曲模量的影響很小，但是對拉伸強度、彎曲強度的影響很大，它們都隨著rPESU質量分數的增加而整體上趨于降低，尤其是拉伸強度，當rPESU質量分數為20％時，6421樹脂的拉伸強度僅為純6421樹脂的50％左右。

4　結　論

　　1)rPESU的加入能夠顯著提高6421樹脂澆鑄體沖擊韌性。起初，6421樹脂的沖擊韌性隨著rPESU質量分數的增加而增加，當6421樹脂中rPESU的質量分數為15％左右時樹脂的沖擊韌性高，其沖擊強度值為純6421樹脂的5倍，此時rPESU在6421樹脂中與雙馬樹脂本體共同形成雙連續相，它能夠有效的阻止裂紋的擴展，當rPESU質量分數＞20％以后，6421樹脂中的沖擊強度值基本保持不變。
　　2)rPESU的加入量對6421樹脂拉伸模量、壓縮模量、彎曲模量的影響很小，但是隨著rPESU加入量的增加，6421樹脂的拉伸強度和彎曲強度值降低很快，當rPESU質量分數達到20％，拉伸強度和彎曲強度值降為原來的50％左右。