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中溫固化環氧樹脂體系

環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為特征，環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團，使它可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶不熔的具有三向網狀結構的高聚物。它是由環氧氯丙烷與雙酚A或多元酚、多元酸、多元胺、多元醇進行縮聚反應而制得。由于環氧樹脂的分子鏈中含有很多活性基團，可在各種固化劑的作用下，交聯固化成為網狀體型結構，成為熱固性樹脂。未固化的環氧樹脂是一種熱塑性樹脂，因分子量大小的不同而以液態和固態形式存在。

由于環氧樹脂的這種結構，使之具有優異的粘接性、抗腐蝕性、熱性能、機械性能及較低的固化收縮率，環氧樹脂廣泛應用于先進復合材料。

根據所需固化溫度的不同，環氧樹脂的固化可分為低溫固化（室溫以下）、室溫固化（室溫50℃）、中溫固化（50～130℃）和高溫固化（130℃以上）。低溫固化技術可以大大降低主要由昂貴的模具、高能耗設備和高性能工藝輔料等所帶來的高費用，是降低樹脂基復合材料構件成本的一個非常重要的方向。高溫固化雖可獲得耐熱性等性能優良的固化產物。但由于固化溫度較高，使得制品材料產生較大的內應力，影響尺寸精度控制，嚴重時還會導致材料提前破壞。于是中溫固化就更適合人們的一般要求。相對于高溫固化，由于中溫固化溫度較低，樹脂體系在操作溫度下適用期縮短，不利于成型工藝。因此在固化過程中，經常加入一定量的固化劑和促進劑以加快樹脂的固化。在制備和性能上，由于溫度適中，既保留了環氧樹脂較高的性能，又能節約成本，降低固化成型過程中樹脂的內應力，更能滿足工廠和消費者的要求。所以，研制出不同的中溫固化環氧樹脂體系是人們的一個追求方向。

環氧樹脂預浸料

由于環氧樹脂具有優異的工藝性、較好的耐熱性以及良好的力學性能。一直是先進復合材料領域中重要的樹脂基體。

環氧樹脂預浸料是由環氧樹脂、固化體系與增強纖維組成的復合體系，它的質量好壞直接影響到復合材料構件的質量和性能，它是制備復合材料制品的中間基材，預浸料不僅具有優良的粘接性能，還具有良好的韌性和撓性，并且在非纖維方向上的成型固化特性優良。可以作為先進復合材料的結構部件使用，被廣泛應用于航天工業以及娛樂運動等各種用途的復合材料制品。

熱熔融浸漬制備法

預浸料的制備方法有熔融樹脂法（熱熔融浸漬法）、粉末浸漬法、纖維混編法、CFRTP成型法、樹脂薄膜法等多種，其中熔融樹脂法應用的最多。

熔融樹脂法是將樹脂體系加熱成液體，由于熔融狀態下樹脂的粘度較低，且具有較高的表面張力，與增強纖維的浸潤性很好，纖維束通過熔融樹脂槽浸漬上樹脂，然后經加熱固化得預浸料。該方法比較適合實驗室內模擬預浸料的成型，技術的關鍵是熔融樹脂槽的設計，要保持槽內樹脂液恒溫，且只允許已浸漬樹脂的纖維束通過。

其工藝流程圖如下所示：

熔融浸漬法在浸潰過程中不使用溶液，免去了溶液浸漬法中溶劑帶來的諸多不便，減少了環境污染，節省了材料，提高了產品質量和生產效率，預浸料樹脂的質量分數可以得到精確的控制，而且外觀質量較好。

樹脂基體的選擇

選擇合適的樹脂基體是決定預浸料質量的關鍵所在。

環氧樹脂預浸料的基本要求是：夏天不粘手，冬天不發脆。這就規定了基體樹脂的軟化點應滿足：夏天為36～37℃，冬天為30～32℃。樹脂軟化點高于上述溫度時，預浸料在較低溫度下發脆；低于上述溫度時，則在較高溫度下預浸料發粘。除了軟化點外，同時還應限制環氧樹脂基體的固化溫度，一般最佳溫度為120～130℃，固化時間不超過90分鐘。

可以通過控制基體樹脂的粘度來調整預浸料的粘接性能，基體樹脂粘度要足夠低，以保證基體能夠充分浸潤纖維束中的每根單絲，獲得纖維和基體界面間較強的粘接性，但為了提高粘接性的保持力，使預浸料在貯存過程中不流淌，又要提高樹脂的粘度。因此基體樹脂的粘度應滿足兩者之間的平衡要求。

用作環氧樹脂預浸料的基體樹脂大都為酚醛型和雙酚A型，而且至少含有平均兩個以上的環氧基團，一般來講單一的環氧樹脂基體很難滿足上述要求，通常是采用幾種不同環氧樹脂的組合來實現的。

固化劑的選擇

未固化的環氧樹脂是粘性液體或是脆性固體，沒有實用價值，只有與固化劑進行固化交聯生成三維網絡結構才能實現最終用途。環氧樹脂有很多類，但是固化劑的種類遠遠超過環氧樹脂的種類。由于環氧樹脂對固化劑的依賴性很大，所以根據用途選擇固化劑是十分重要的。

環氧樹脂固化劑種類繁多，根據生產工藝及應用特點，一般可分為顯在型和潛伏型。下表是環氧樹脂固化劑分類表：

顯在型主要指目前普遍采用的環氧樹脂雙組分體系，固化劑與環氧樹脂分開存放，使用時再按比例混合，是普通使用的固化劑；潛伏型固化劑則指的是這類固化劑與環氧樹脂混合后，在室溫條件下長期穩定，而只需暴露在熱、光、濕氣條件下即開始反應。這類固化劑基本上是用物理和化學的方法封閉固化劑活性的。因為潛伏型固化劑可與環氧樹脂混合制成液態混合物，其應用范圍從單包裝膠粘翔向涂料、浸漬漆、灌封料、粉狀涂料等方面發展。潛伏型固化劑是研究與開發的重點課題。

固化反應屬于化學反應，受固化溫度的影響很大，溫度增高，反應速度加快，凝膠時間變短；凝膠時間的對數值隨溫度上升，大體呈直線下降趨勢。但固化溫度過高常使固化物性能下降，所以存在固化溫度的上限；必須選擇使固化速度和固化物的性能折中的溫度，來作為合適的固化溫度。按固化溫度可以把固化劑分為四類：①在室溫下能固化的低溫固化劑；②在室溫至50℃固化的室溫固化劑；③50～100℃的中溫固化劑；④100℃以上的高溫固化劑。

一般而言，高溫固化可獲得耐熱性等性能優良的固化產物。但由于固化溫度較高，使得制品材料產生較大的內應力，影響尺寸精度控制，嚴重時會導致材料提前破壞。固化溫度較高還會帶來制品芯模、模具等輔助材料選材范圍窄，制造工藝復雜和耗能高等問題，不利于成本的降低。另外在制品成型時，有時會帶有不耐高溫的內附件，這種情況不允許環氧樹脂基體高溫固化。因此人們一般希望環氧樹脂能有較低的固化溫度，而中溫固化具有固化溫度低，對模具要求不嚴，內應力小，尺寸穩定等優點，因此具有廣闊的發展空間。

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中溫固化環氧樹脂預浸料復材云集|復合材料

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