VARTM工藝中樹脂與試劑配比的確定

張條蘭,邱再明

（ 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院,河南 平頂山 467000）

VARTM工藝中樹脂與試劑配比的確定

張條蘭,邱再明

（ 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院,河南 平頂山 467000）

在VARTM復(fù)合材料的加工技術(shù)中，樹脂的粘度、固化的時(shí)間、固化的溫度、樹脂與固化劑的配比直接影響復(fù)合材料的外觀形態(tài)及力學(xué)性能。本文通過凝膠實(shí)驗(yàn)確定樹脂與固化劑的比例，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。

VARTM；復(fù)合材料；固化

VARTM工藝是借助真空條件下的負(fù)壓，將滲透性良好的樹脂浸入織物及纖維內(nèi)，并且同時(shí)可排趕走纖維增強(qiáng)體和織物內(nèi)中的氣體，增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維的含量及其性能，避免成形體內(nèi)留存有很多的氣泡，影響材料的拉伸性性能、抗疲勞性能、耐用性能、耐高溫性能等。VARTM工藝技術(shù)在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)，且降低所用模具和材料的相關(guān)成本，操作簡單、方便，是一種低成本新型的復(fù)合材料大型制件的成型工藝技術(shù)。VARTM工藝是進(jìn)行固化成型一定纖維體積含量和一定形狀制件的新型的工藝方法[1]。由于VARTM是借助真空負(fù)壓的條件注入樹脂，在其進(jìn)行的過程，樹脂的浸入要求一步來完成，因此工藝對(duì)樹脂的粘度、流動(dòng)性、浸潤性有較高的要求，所選樹脂必須滿足工藝的要求，滿足所制成品復(fù)合材料性能的要求。樹脂在VARTM工藝溫度下要求有適宜的粘度，一般粘度的范圍為100-400mPa?S ，以便樹脂能夠更好的浸入纖維增強(qiáng)體內(nèi)。樹脂應(yīng)具有較長的適用期、且在樹脂注射完浸入纖維之后能夠快速固化成型，縮短復(fù)合材料的成型周期，以得到性能良好的復(fù)合材料。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)固化過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，測定了凝膠時(shí)間與固化劑用量的關(guān)系、繪制了固化劑用量放熱曲線，最終確定了固化過程中固化劑的最佳用量。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 樹脂

本實(shí)驗(yàn)所用的樹脂為金陵帝斯曼廠家生產(chǎn)的乙烯基樹脂，型號(hào)為Atlac-- 430LV。乙烯基酯樹脂是復(fù)合材料制備過程中一種常用的樹脂。其樹脂具有常溫下粘度低、流動(dòng)性好、對(duì)纖維的粘結(jié)能力和浸潤性良好，并且在樹脂注射完之后可以快速固化使制品成型。其粘度低適合于大多數(shù)的復(fù)合材料成型工藝[2]。樹脂的選擇對(duì)復(fù)合材料的成型過程、固化過程起著關(guān)鍵性的決定性的作用。同時(shí)固化過程中選擇與所用樹脂匹配的合適的固化劑。

1.2 固化劑

在固化過程當(dāng)中，固化劑的加入最終可使樹脂固化，但只起到引發(fā)固化的作用，而本身是不參與樹脂的反應(yīng)[3]。固化劑要求有良好的性能，在有良好的薄膜性能、良好的色澤穩(wěn)定性、有優(yōu)良的粘結(jié)性能、耐腐蝕性能及快速固化的性能。常用的固化劑有三乙烯基三胺（DETA）、 二氨基環(huán)己烷等。本試驗(yàn)選用的為天津諾貝爾化學(xué)有限公司生產(chǎn)的三乙烯基三胺為固化劑。

1.3 凝膠實(shí)驗(yàn)

凝膠實(shí)驗(yàn)所需實(shí)驗(yàn)儀器主要為：玻璃棒1支，滴管4支，燒杯4個(gè)，分析天平(精確度為0.0001g)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，量取100g環(huán)氧樹脂4次，分別加入4個(gè)燒杯中，標(biāo)號(hào)依次為1、2、3、4。然后在4個(gè)燒杯當(dāng)中分別加入0.5g、1g、1.5g、2g的固化劑，用玻璃棒將樹脂與固化劑攪拌均勻。當(dāng)樹脂開始凝膠時(shí)，記錄時(shí)間，并用紅外溫度計(jì)測量整個(gè)過程溫度的變化，以用來測試樹脂凝膠時(shí)間與固化劑含量關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

凝膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2-1所示。

根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)得到固化劑含量與樹脂凝膠時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖2-1所示。

由圖2-1可知，在外界溫度一定的條件下，隨著固化劑含量的增大，樹脂凝膠時(shí)間縮短。由圖2-2可知，在樹脂整個(gè)固化過程中，溫度逐漸升高達(dá)到峰值放熱而后又逐漸降低，并且隨著固化劑含量的增大，放熱峰值也升高。根據(jù)固化時(shí)間的長短以及放熱峰值的大小，可得出固化劑配比為1.0%，固化效果較好。

3 結(jié)論

在外界溫度一定的條件下，隨著固化劑含量的增大，樹脂放熱峰值升高，凝膠時(shí)間縮短，兼顧到樹脂在纖維織物中的流動(dòng)速度、碳纖維織物的浸潤性、放熱峰值的大小、固化時(shí)間的長短、復(fù)合材料的性能等因素，選擇固化劑配比為1.0%。

[1]張菡英,劉明.碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2015,43(11):132-135.

[2]郭帥,楊旭靜等.快速固化環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料的性能[J].工程塑料應(yīng)用,2017,45(04):12-16.

[3]黃家康,岳紅軍,董擁祺.復(fù)合材料成型技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991(01).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.214

張條蘭（1978-）,女,講師,碩士研究生,主要從事碳纖維復(fù)合材料的研究。