碳纤维湿法缠绕环氧树脂基体配方揭秘

 
    关于碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究，树脂基体配方设计是重要一环。由于碳纤维活性表面积小(0.013～0.138m2/g)，边缘活性原子少，表面能低，与基体材料的粘结力差，且石墨化程度越高，碳纤维表面惰性越大。作为树脂基复合材料使用的碳纤维，须经表面处理提高其表面活性。T-700纤维直径较大，线密度为0.81g/m，对T-700碳纤维表面涂层进行红外光谱分析发现：T-700纤维表面涂层为E-51环氧树脂和顺丁烯二甲酸酐；使用XPS对T-700碳纤维表面进行氧碳元素的含量分析，分析碳纤维表面活性碳原子数(Cls=285eV)与非活性碳原子数(C1 s>285eV)之比，发现活性碳原子数占总碳原子数的52.48%。
    专家指出这说明T-700碳纤维表面活性相对较高——T-800-12K碳纤维活性碳原子数占总碳原子数的43.01%。作为碳纤维缠绕用树脂基体，不仅要求树脂有合适的黏度和断裂延伸率，还要求树脂浇铸体有足够的强度以及与碳纤维良好的界面粘接性能。这就要求树脂基体要有较高的极性和合适的交联密度。多官能度的TDE-85、AG-80和AFG-90环氧是目前高性能环氧树脂中极性较高的树脂品种；碳纤维复合材料火箭发动机壳体不允许使用酸酐固化剂，E-300全名Ethocure-300，学名硫代甲基甲苯二胺。结构中的硫代甲基空间位阻使芳香胺毒性下降、吸水性下降，E-300作为固化剂有较长试用期，是碳纤维复合材料理想用胶，是DDS的替代物。

    由于单纯使用E-300作为固化剂固化温度偏高，专家加入一定量的DDM的办法改性，该树脂配方选用E-300和DDM按质量比1：1作为固化剂，选用TDE-85和AFG-90环氧作为主体树脂，配合以6360(由三羟甲基丙烷和环氧氯丙烷在碱性介质中缩聚而制得)、660(环氧丙烷丁基醚)等活性稀释剂，作为T-700碳纤维复合材料树脂基体。加入DDM改性后树脂基体性能还有所提高。TDE-85和AFG-90环氧树脂的环氧值都很高，固化后的基体胶脆，必须加入适量增韧剂改性，为了更好的浸润纤维，我们采用6360和660作为增韧稀释剂，经过不断的摸索，终于找到一个合适的配方，代号为H001，H001的性能见表2。其中BA201是西安航天复合材料研究所的1个配方，另外3组来自已经公布的资料。可以看出H001配方优势比较明显，它不但韧性好，拉伸和弯曲性能也都很突出。