填料對TDE-85/E-51/B-63/70酸酐體系性能的影響

沈紅欣 鄒 敏 張 權(quán) 李曉奮 何 薇

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填料對TDE-85/E-51/B-63/70酸酐體系性能的影響

沈紅欣 鄒 敏 張 權(quán) 李曉奮 何 薇

（西安長峰機電研究所，西安 710065）

選取中空玻璃微珠及實心微珠作為填料，考察兩種填料對TDE-85/E-51/B-63/70酸酐體系耐燒蝕性、拉伸性能的影響，并通過TG考察了對體系熱失重狀態(tài)。結(jié)果表明，加入中空玻璃微珠/環(huán)氧體系力學(xué)性能及耐燒蝕性能更加優(yōu)異；在900℃時，中空玻璃微珠/環(huán)氧體系熱失重最小為55%，純環(huán)氧體系為20%。

環(huán)氧體系；中空玻璃微珠；實心微珠；性能

1 引言

填料[1]是有相對惰性的固體物質(zhì)，能改善基體力學(xué)強度、使用性、加工性或是經(jīng)濟性。不同填料的外觀形貌有明顯的區(qū)別，對基體性能的影響也不一樣。目前，填料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)氧和酚醛等基體樹脂中，有效地提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐燒蝕性能，改善了固化物的外觀、熱性能和導(dǎo)電性能等[2，3]。

本文將中空玻璃微珠及實心微珠分別加入TDE-85/E-51/B-63/70酸酐體系[4]中，采用氧-乙炔燒蝕、拉伸性能測試對比三個體系的耐燒蝕性、拉伸性能，并通過TG對比了三個體系的熱失重狀態(tài)。

2 實驗

2.1 實驗原料

4, 5-環(huán)氧環(huán)己烷1, 2-二甲酸二縮水甘油酯（TDE-85），環(huán)氧值：0.85，；甘油環(huán)氧樹脂（B-63），環(huán)氧值：0.55～0.71；二酚基丙烷縮水甘油醚（E-51），環(huán)氧值：0.48～0.54；70酸酐，酸值：720～750；中空玻璃微珠，粒徑50～150μm，主要成分SiO2，Al2O3等；實心微珠，粒徑45～65μm；偶聯(lián)劑：KH-550。

2.2 儀器及設(shè)備

差示掃描量熱儀（DSC）：822e；熱失重（TG）：SDTA851e型；氧-乙炔燒蝕試驗機：OA-Ⅲ 型；微機控制電子萬能試驗機：CTM 5204最大負荷20 kN。

2.3 性能測試及表征

a．微機控制電子萬能試驗機：CTM 5204 最大負荷20kN；

b．燒蝕性能按GJB 323A—96測試；

c．通過TG儀研究熱失重特征，在空氣氣氛的條件下，升溫速率10℃/min，測試溫度為室溫至600℃。

2.4 試樣制備

將中空玻璃微珠和實心微珠進行偶合處理后待用。按一定比例將樹脂混合，加入固化劑70酸酐，室溫下攪拌均勻，各加入固定份數(shù)經(jīng)偶合處理的中空玻璃微珠和實心微珠。

3 結(jié)果與討論

3.1 復(fù)合材料的拉伸性能

環(huán)氧/中空玻璃微珠體系及環(huán)氧/實心微珠體系的拉伸性能測試結(jié)果如表1所示。由表1可知，環(huán)氧/中空玻璃微珠體系的拉伸性能為59.8MPa，高于環(huán)氧/實心微珠體系的拉伸性能及純環(huán)氧體系。這是由于選用的中空玻璃微珠粒徑較小，環(huán)氧體系的分散性較好，且中空玻璃微珠外壁薄[5，6]，當試件受到拉伸力作用時，體系中的中空玻璃微珠首先破裂，消耗了大部分斷裂應(yīng)力，緩解裂紋擴展，使裂紋原本的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此需要更大的能量才能對材料產(chǎn)生破壞。

表1 環(huán)氧/中空玻璃微珠體系及環(huán)氧/實心微珠體系的拉伸性能 MPa

3.2 復(fù)合材料的燒蝕性能

表2 環(huán)氧/中空玻璃微珠體系及環(huán)氧/實心微珠體系的拉伸性能

環(huán)氧/中空玻璃微珠體系及環(huán)氧/實心微珠體系的燒蝕性能測試結(jié)果見表2。由表2可以看出，環(huán)氧/中空玻璃微珠體系的線燒蝕率0.48mm/s，質(zhì)量燒蝕率0.23g/s，低于純環(huán)氧體系和環(huán)氧/實心微珠體系的線燒蝕率和質(zhì)量燒蝕率，環(huán)氧/中空玻璃微珠體系的耐燒蝕性能更好。由于在高溫氧-乙炔焰沖刷過程中，環(huán)氧/實心微珠體系中實心微珠質(zhì)量很輕，與環(huán)氧體系結(jié)合緊密，隨著火焰沖刷，微珠連帶著碳化的環(huán)氧粉末不斷飛出，因此試件剝蝕嚴重，線燒蝕率及質(zhì)量燒蝕率最高；而環(huán)氧/中空玻璃微珠體系中，由于中空玻璃微珠的特殊空心結(jié)構(gòu)，與環(huán)氧體系形成了“樹脂包中空玻璃微珠，中空玻璃微珠包樹脂”的狀態(tài)，因此有效阻隔了氧乙炔焰的沖刷燒蝕，其線燒蝕率和質(zhì)量燒蝕率均較低。

3.3 復(fù)合材料的TG性能

環(huán)氧/中空玻璃微珠體系和環(huán)氧/實心微珠體系及純環(huán)氧體系的TG曲線如圖1所示。曲線1為環(huán)氧/中空玻璃微珠體系的TG曲線圖，曲線2為環(huán)氧/實心微珠體系的TG曲線圖，曲線3為純環(huán)氧體系的TG曲線圖。

圖1 三種體系的TG曲線圖

從上圖可以看出曲線1、曲線2、曲線3均在450℃時開始分解，在550℃的時候，圖1殘?zhí)悸蕿?0%，圖2殘?zhí)悸蕿?0%，圖3殘?zhí)悸蕿?5%，隨著溫度的升高，在900℃時，環(huán)氧/中空玻璃微珠體系與環(huán)氧/實心微珠體系殘?zhí)悸授呌谄胶?，環(huán)氧中空/玻璃微珠體系殘?zhí)悸蕿?5%，環(huán)氧/實心微珠體系殘?zhí)悸蕿?5%，而純環(huán)氧體系的殘?zhí)悸蕿?0%，并且還有繼續(xù)下降的趨勢。這主要是因為中空玻璃微珠為無機填料，為薄壁空腔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空腔中的氣體可以阻隔熱量，并與環(huán)氧體系緊密結(jié)合在一起，阻止了環(huán)氧分子鏈段分解；而實心微珠粒徑很小，相對質(zhì)量輕，能與環(huán)氧體系無空隙充分混合，450℃以后，環(huán)氧樹脂開始分解，實心微珠隔熱性較中空玻璃微珠差，體系熱失重較多，而純環(huán)氧體系沒有任何阻隔，樹脂體系在450℃以后迅速分解碳化，在900℃殘?zhí)悸蔬_到20%。

4 結(jié)束語

實驗證明，填料對環(huán)氧樹脂體系力學(xué)性能、燒蝕性能影響顯著。數(shù)據(jù)表明，加入中空玻璃微珠的環(huán)氧體系拉伸性能及耐燒蝕性能優(yōu)異，且在900℃的殘?zhí)悸首罡撸瑸?5%，而加入實心微珠的環(huán)氧體系力學(xué)性能介于中空玻璃微珠/環(huán)氧體系之間，但耐燒蝕性能是三個體系中最差的。純樹脂體系的殘?zhí)悸首畹停瑸?0%。

1 劉新林，王汝敏，閆超，等. 不同填料增強酚醛樹脂模塑料的研究[J].中國膠粘劑，2010，19(11) ：49～52

2 黃發(fā)榮，焦楊聲. 酚醛樹脂及其應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

3 喬吉超，胡小玲，管萍. 酚醛樹脂膠粘劑的研究進展[J]. 中國膠粘劑，2006，15(7)：45～48

4.鄒敏，趙奎. TDE-85/E-51/B-63/70酸酐環(huán)氧體系力學(xué)性能研究[J]. 航天制造技術(shù)，2016(6)：51～53

5 汪澤霖. 玻璃鋼原材料手冊[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2015

6. 鄒敏，李鵬飛，趙奎. 中空玻璃微珠對高規(guī)氧/酚醛體系性能的影響[J].航天制造技術(shù)，2016(4)：25～27

Effects of Fillers to TDE-85/E-51/B-63/THPA System on Properties

Shen Hongxin Zou Min Zhang Quan Li Xiaofen He Wei

(Xi’an Changfeng Research Institute of Mechanism and Electricity, Xi’an 710065)

The influence of two kinds of fillers on the ablation resistance and tensile properties of TDE-85/E-51/B-63/70 anhydride system was investigated by hollow glass beads (HGB) and solid microbeads. The thermal weightlessness state of the system was investigated by TG. The results showed that the mechanical properties and ablation resistance of the HGB/ epoxy system were the best. The minimum weight loss of the HGB/ epoxy system was 55% and the pure epoxy system was 20% at 900℃.

epoxy system；hollow glass beads（HGB）；solid microbeads；property

沈紅欣（1985），本科，漢語言文學(xué)專業(yè)；研究方向：固體火箭發(fā)動機總裝工藝研究。

2018-01-30