環氧樹脂和胺類固化劑當量比對固化物性能有哪些影響？

環氧固化物在許多工業領域有非常重要的應用價值。使用不同分子結構和不同用量的固化劑能夠影響環氧樹脂交聯網絡結構，進而影響環氧固化物的性能。通過對不同TDE-85環氧樹脂固化配方體系進行了反應動力學分析，靜態和動態力學性能分析，考查固化劑種類和用量對環氧樹脂澆鑄體和碳纖維復合材料性能的影響。研究發現，含DDS和DETDA體系的固化反應均為接近一級反應， DDS固化劑的反應活化能較高于DETDA固化劑。隨著固化劑活潑氫當量與環氧當量比值r的增加，樹脂的固化度提高，拉伸強度和伸長率也相應增大，但其模量有所降低。同時，樹脂體系的玻璃化轉變溫度隨著r值的增加先升高再降低。實驗研究發現，樹脂基體模量增加，相應的碳纖維單向復合材料樣品的斷裂模式從基體破壞為主轉變為界面破壞，層間剪切強度也高。隨著澆鑄體基體模量的提高，復合材料層間剪切破壞模式由基體破壞轉為界面破壞。


環氧樹脂具有優異的機械性能、耐熱性和化學 穩定性，碳纖維/環氧樹脂復合材料目前已廣泛應用于航空、航天領域，環氧樹脂相關產品長期以來被廣泛關注和研究 ［1～3］ 。在碳纖維/環氧樹脂復合材料 中，環氧樹脂基體起到連接增強體和傳遞載荷的重 要作用。G.Wacker等研究指出，復合材料的性能很大程度上依賴于纖維和樹脂之間的界面層的性能 ［4］，而界面層的性能與樹脂基體模量密切相關 ［5］ 。對于單向纖維復合材料，其軸向的強度和模 量主要由增強纖維賦予，而其橫向力學性能則受制于基體樹脂，基體樹脂模量越高，在纖維之間傳遞載荷的效率也越高，環氧樹脂基體性能對于復合材料力學性能有很大影響 ［6～10］ 。環氧樹脂交聯網絡結構決定了樹脂基體的力學性能。改變環氧樹脂交聯網絡結構的途徑有很多［11，12］ ，改變環氧固化劑分子 結構以及用量是一種改變環氧樹脂交聯網絡結構實 用性較強的方式。 雖然樹脂基體性能對于纖維復合材料性能的影響已經引起相關研究人員的廣泛關注，但目前還缺 乏有針對性的實驗研究。本文選用兩種不同化學結構的胺類固化劑，通過改變固化劑當量比的途徑，調控環氧樹脂力學性能，考察了環氧樹脂與胺類固化劑配比對樹脂及單向碳纖維復合材料力學性能的影響.


（1）DDS/TDE-85體系由于固化劑中強吸電子基團的存在，固化反應活化能高于DETDA/TDE-85體系，兩種體系的固化反應均接近一級反應； （2）在DDS/TDE-85體系和DETDA/TDE-85體系中，隨著固化劑的活潑氫當量與環氧當量比值r的增加，固化樣品的表觀固化度提高，r超過0.75以后固化度的的提高幅度變小。樹脂基體的模量隨著r值的增大有所降低，而拉伸強度和伸長率則相應提高，其玻璃化轉變溫度隨著r值的增大先升高后降低； （3）在兩種樹脂/固化劑體系中，樹脂基體模量增加時，相應的T800碳纖維單向復合材料層間剪切強度提高，復合材料樣品的斷裂模式從基體破壞轉變為界面破壞。