【康沃真空網(wǎng)】VARI(VacuumAssistedResinlnfusion，簡(jiǎn)稱真空輔助成型)技術(shù)是一種新型的復(fù)合材料低成本、高性能成型技術(shù)，近年來(lái)在航空領(lǐng)域受到廣泛的重視。VARI技術(shù)是在真空下，利用樹脂的流動(dòng)、滲透實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維及其織物浸漬，并在真空下固化的成型方法。美國(guó)已進(jìn)行了VARI技術(shù)F- 35、P-3、S-3、C-5、C-130等機(jī)型上試驗(yàn)及驗(yàn)證工作。VARI技術(shù)在其他國(guó)防領(lǐng)域(導(dǎo)彈儀器艙段、潛艇壁板等)也進(jìn)行了大量的應(yīng)性研究，因此具有巨大的應(yīng)用前景。
一、引言
基體樹脂是VARI技術(shù)的基礎(chǔ)材料。目前國(guó)針對(duì)VARI工藝開發(fā)了一系列基體樹脂，主要有酯樹脂、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂等。其中聚酯樹脂、乙烯基樹脂由于強(qiáng)度和耐熱性差，成本低，主要用于船舶領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域主要采用低粘度環(huán)氧樹脂、雙來(lái)酰亞胺樹脂。國(guó)內(nèi)目前針對(duì) VARI工藝開發(fā)的樹脂只有BA9911，屬于乙烯基—雙馬來(lái)酰亞胺樹脂改性體系，具有較好的耐熱性和阻燃性。但不能滿足航空航天構(gòu)件的要求。適合 VARI工藝的高性能基體樹脂在國(guó)內(nèi)還是空白。因此，開發(fā)高性能VARI工藝基體樹脂是開展該復(fù)合材料低成本技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用研究、縮短與國(guó)外差距的基本前提。
二、實(shí)驗(yàn)部分
1、BA9912樹脂的配制
經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)和分析比較，選用了低黏度高性能的TDE-85環(huán)氧樹脂，研制了低黏度高活性的BA-1固化劑和高效的BA-2固化促進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)了 BA9912樹脂的中溫固化，滿足了VARI低成本成型工藝的低黏度要求。按適當(dāng)配比稱取TDE-85環(huán)氧樹脂、BA-1固化劑和BA-2促進(jìn)劑，先將 TDE-85環(huán)氧樹脂與BA-2促進(jìn)劑混合攪拌10min，再加入BA-1固化劑繼續(xù)攪拌20min，抽真空除去攪拌過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡，即可制得棕黃色透明的BA9912中溫固化環(huán)氧樹脂體系。
2、BA9912樹脂澆注科的制備
在澆注料模具上均勻涂上適量的硅脂脫模劑，在120℃烘箱中處理0.5h，將脫氣后的BA9912棚旨澆注入模具之中。升溫到120、保溫固化4h，再在 150t下后處理2h以消除內(nèi)應(yīng)力，停止加熱，自然冷卻至室溫，取出BA9912澆注料制作相應(yīng)試驗(yàn)件，測(cè)試其力學(xué)性能和耐熱性能。
3、G0827/BA9912復(fù)合材料的制備
按照VARI成型技術(shù)主要工藝流程(見圖1)，使用G0827經(jīng)編織物和BA9912樹脂通過(guò)VARI成型工藝制備了G0827/BA9912復(fù)合材料層壓板。其固化條件主要如下：120℃下保溫4h。根據(jù)相應(yīng)國(guó)軍標(biāo)的要求制作了相應(yīng)性能的試樣件，分別測(cè)試了G0827/BA9912復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能。
真空輔助樹脂灌注樹脂制備(一)
4、測(cè)試及分析
通過(guò)上海精科公司的NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試了BA9912樹脂的室溫黏度，通過(guò)BOHLININ-STRUMENTS公司的GeminiTM200型流變儀測(cè)試了BA9912樹脂的黏度—溫度曲線，通過(guò)PERKINELMER公司的DMA7型動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀對(duì)BA9912樹脂澆注料和 G0827/BA9912復(fù)合材料進(jìn)行了DMA分析，通過(guò)PERKINELMER公司的DSC7型差熱掃描量熱儀進(jìn)行了BA9912樹脂的DSC分析。按照GB/T3354-1999、GB/T3856-1983、GB3356-1999等一系列國(guó)軍標(biāo)測(cè)試BA9912樹脂澆注料和 G0827/BA9912復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度或?qū)娱g剪切強(qiáng)度相關(guān)力學(xué)性能。
針對(duì)真空輔助成型技術(shù)(VARl)對(duì)基體樹脂的特殊要求，結(jié)合航空材料對(duì)性能的高要求，研制了BA9912中溫固化環(huán)氧樹脂體系。采用 VARI工藝制備了C0827/BA9912復(fù)合材料，測(cè)試了BA9912樹脂澆注料及其復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能，并與國(guó)內(nèi)外同類樹脂進(jìn)行了適當(dāng)?shù)谋容^分析。分析測(cè)試結(jié)果表明，BA9912樹脂具有良好的力學(xué)性能、耐熱性能和工藝性能，能夠滿足VARI成型工藝要求，適合在航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用。
三、結(jié)果與討論
1、BA9912樹脂的物化特性和工藝性能
真空輔助樹脂灌注樹脂制備(二)
對(duì)BA9912樹脂進(jìn)行DSC分析，可以了解樹脂體系的固化反應(yīng)特性，其DSC曲線如圖2所示。分析圖2可知，BA9912樹脂的反應(yīng)放熱峰始溫度為112℃、峰頂溫度為139℃、峰終溫度153℃，從中可以看出，該體系反應(yīng)溫度區(qū)域窄反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)活性高，能夠滿足中溫(120℃)固化的要求。
真空輔助樹脂灌注樹脂制備(二)
圖3為BA9912樹脂中溫固化物的DMA曲線。從圖中可以獲知，BA9912樹脂在中溫固化條件下，固化物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg達(dá)到了 187℃，其模量—溫度曲線的拐點(diǎn)為173.9℃，82℃時(shí)的模量保持率達(dá)到88%，120℃時(shí)則達(dá)到了80.1%，說(shuō)明BA9912樹脂活性高，耐熱性好，能夠滿足工作溫度82℃以上的要求。
通過(guò)流變儀對(duì)BA9912樹g旨的黏度特睦進(jìn)行測(cè)試分析，獲得了BA9912 樹脂的黏度—溫度曲線(見圖4)。BA9912樹脂的室溫黏度較低，約為300mPa?s左右，能夠滿足VARI低成本成型工藝要求。BA9912樹脂的黏度隨著溫度的上升而迅速降低，50℃溫度下黏度即可達(dá)到50mpa?s以下，最低黏度在20mpa?s左右，可見該樹脂體系能夠滿足VARI成型工藝對(duì)基體樹脂的低黏度要求。使用BA9912樹脂和G0827經(jīng)編織物進(jìn)行了大量的VARI成型工藝研究，研究結(jié)果表明BA9912樹脂工藝性能良好。
2、BA9912樹脂澆注料的性能按照國(guó)軍標(biāo)的要求，制作了BA9912樹脂澆注料的力學(xué)性能試驗(yàn)件，并進(jìn)行了相應(yīng)性能的測(cè)試分析。BA9912樹脂澆注料的主要性能如表1所示。美國(guó)Cytec公司開發(fā)的CYCOM823RTM環(huán)氧樹脂體系的物化特性與BA9912樹脂比較接近，且已在航空航天領(lǐng)域獲得了良好的應(yīng)用。因此這2個(gè)樹脂體系進(jìn)行了一些對(duì)比分析。CYCOM823RTM樹脂澆注料的性能見表1。
表1BA9912樹脂澆注料和CYCOIVl823RTM樹脂澆注料的性能
項(xiàng) 目 BA9912樹脂 CYCOM823RTM樹脂
拉伸模量/MPa 4.3 80
拉伸模量/GPa 3.36 2.9
壓縮強(qiáng)度/MPa 167 -
壓縮模量/GPa 3.36 -
彎曲強(qiáng)度/MPa 109 144
彎曲模量/GPa 3.73 3.4
拉伸伸長(zhǎng)率/% 2.79 8.8
Tg/% 187 135
密度/(g·cm-3) 1.27 1.23
BA9912樹脂的物化特性主要如下：中溫固化(120℃/4h)，初始注射黏度約為300mPa?s，最低黏度約為20mPa?s，可室溫注射，濕態(tài)工作溫度為 82℃，干態(tài)工作溫度可達(dá)120℃。CY-COM823RTM樹脂的物化特性主要如下：中溫固化(125℃1h)，初始注射黏度為250mpa?s，最低黏度<20mPa?s，可室溫注射，濕態(tài)工作溫度為90℃，干態(tài)工作溫度為110℃。比較后認(rèn)為，BA9912樹脂的性能與CY- COM823RTM樹脂的性能比較相近，主要差別在于拉伸伸長(zhǎng)率和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，CY-COM823RTM樹脂的伸長(zhǎng)率高達(dá)8.8%，Tg為 135℃;BA9912的伸長(zhǎng)率為2.79%，Tg則高達(dá)187℃，耐熱性優(yōu)良。
