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1、7501氰酸酯树脂及其复合材料性能 张 朋 张 斌 钟翔屿 包建文 刘 刚 (1中航工业复合材料技术中心，北京航空材料研究院，先进复合材料重点实验室，北京100095) (2国家国防科技工业局协作配套中心，北京100081) 文 摘研究了7501氰酸酯树脂的工艺和耐热性能，以EW220布为增强材料，采用RTM成型工艺制备 了EW2207501复合材料层板，研究了其室温和高温力学性能。结果表明：7501氰酸酯树脂的最低黏度为87 mPaS，开放期大于10 h，300oC固化后，热分解温度为431 oC， 可达421；EW2207501复合材料室温下具有 良好的力学性能，其中拉伸强度为393 MP
2、a，压缩强度为356 MPa，弯曲强度为602 MPa，层间剪切强度为43 MPa，在300下，各项力学性能保持率均80。 关键词RTM，氰酸酯树脂，复合材料，工艺性能，耐热性能，力学性能 Properties of 750 1 Cyanate Ester Resin and Its Composites Zhang Peng Zhang Bin Zhong Xiangyu Bao Jianwen Liu Gang (1 AVIC Composite Center，Beijing Institute of Aeronautical Materials，Science and Technolog
3、y on Advanced Composites Laboratory，Beijing 100095) (2 The Center of CoordinationSupport of SASTIND，Beijing 100081) Abstract The processability and heatresistant properties of 7501 Cyanate ester were investigatedAnd the E r2207501 laminates were then produced through RTM process for evaluation of me
4、chanical properties。The results showed that the lowest melt viscositv of the resin iS 87 mPaSand the processable time iS more than 10 hoursAfter being cured at 3oo，the is 421 oC and the 5decomposition temperature is 431The mechanical properties of EW2207501 composites is well at room temperature，the
5、 tensile strength is 393 MPa，the compression strength is 356 MPathe flexural strength iS 602 MPa，the intedaminshear strength iS 43 MPaAnd the retention rates of mechanical properties at 300is more than 80 Key words RTM，Cyanate ester，Composites，Processability，Heatresistant properties，Mechanical prope
6、rties 0引言 氰酸酯树脂具有优异的介电、耐热及综合力学性能 和极低的吸水率，在高性能电子印刷板、透波及隐身材 料、航空航天承力结构等领域有着广泛的应用前景 j。 酚醛型氰酸酯树脂综合了酚醛和氰酸酯树脂两者的优 点，既具有酚醛的耐热性、阻燃性，又具有氰酸酯树脂的 介电及力学性能等，可以作为耐烧蚀及介电功能材料应 用于航空、航天和军事高技术领域，尤其是作为瞬时耐 高温和耐烧蚀结构材料有着非常重要的用途 。 传统的氰酸酯树脂复合材料主要采用预浸料热 压罐工艺制备，所获得的制件质量稳定，但成本较高。 为了降低复合材料的制造成本，树脂传递模塑(RTM) 工艺发展成为复合材料低成本制造工艺中最为广泛
7、的 一种 j。本文开发了一种适用于RTM工艺、耐高温的 酚醛型氰酸酯树(7501)，并深入研究了该树脂的工 艺、耐热性能及其复合材料的力学性能。 1实验 11原材料 7501氰酸酯树脂，自制；EW220玻璃布，南京玻璃 纤维研究设计院。 12 RTM氰酸酯树脂复合材料层板的制备 将EW220玻璃布按照0。的铺层顺序铺放于 模腔厚度为2 mm的模具中，控制纤维含量为 45vo1，并合上模具；将完成合模的模具及装有树脂 的树脂罐预热到100lIOC，并恒温抽真空至少30 rain，将7501氰酸酯树脂以00502 MPa的压力注 收稿日期：201308-01；修回日期：20130923 作者简介：
8、张朋，1985年出生，硕士，工程师，主要从事耐高温树脂基复合材料相关研究。E-mail：050131zhangpeng163corn 通讯作者：包建文，1969年出生，博士，研究员，主要从事树脂基复合材料相关研究。Email：baojianwenhotmaicorn 一38一 宇航材料工艺http：wwwyhelgycorn 2013年第6期 入模具中，完成充模。然后按照如图1所示的固化工 艺进行固化，固化反应结束后冷却至室温，脱模，得到 EW2207501复合材料，经机械加工获得力学性能测 试试样，每组试样数量不少于6根。 赠 图1 注射及固化工艺曲线 Fig1 Curve of injec
9、tion and curing process 13性能测试 (1)流变性能：采用美国TA公司的AR2000平行 板流变仪，升温速率2Cmin，测试温度为：RT400oC 和100、110及120oC保温一定时间； (2)DMA：采用DMA Q800系列热分析仪，升温速 率为5min，RT一500。 (3)TGA：采用TA公司的TGA2050热分析仪，N： 保护和空气，升温速率为10min，测试温度为：RT 1 000： (4)力学性能测试：采用Instron 3365型万能试验 机，拉伸性能按GBT3354-1999，压缩性能按GB T3856-2005，弯曲性能按GB 3561999，层间
10、剪切 性能按GB 3572005，测试温度为室温和300C。 2结果与讨论 21 7501氰酸酯树脂的工艺性能 图2为7501氰酸酯树脂的升温流变曲线，可看 出，随着温度的升高树脂的黏度呈下降趋势，在l18 下，树脂的黏度达到最低为87 mPaS。树脂黏度300oC。 100 90 静 饕so 70 lOO 3OO 500 700 900 温度， 图5 7501氰酸酯树脂的TGA曲线 Fig5 TGA cun e of 7501 cyanate ester 23 E、22075O1力学性能 EW2207501的力学性能测试结果如图6所示， 结果显示EW2207501具有良好的室温和优异的高 温
11、力学性能。EW2207501的室温拉伸强度为393 MPa、模量为199 GPa；300oC的拉伸强度为387 MPa，保持率高达98，这是由于复合材料的拉伸强 度主要受纤维性能控制，而300C下基体的性能衰减 并不明显，所以保持率较高；EW2207501的压缩强 度为356 MPa，30O时为295 MPa，由于在压缩载荷 的作用下，压缩强度受纤维与树脂的界面性能的影响 更大，而300(2下7501树脂仍然能够与纤维保持相 对良好的界面性能，所以压缩强度保持率仍然可高达 83；EW2207501的室温弯曲强度为602 MPa， 300的弯曲强度为484 MPa，保持率为80，弯曲性 能同样受
12、纤维与树脂的界面性能的影响，所以300C 下的弯曲强度保持率仍然可保持较高，与压缩强度保 持率接近；室温层间剪切强度为43 MPa，而层间剪切 性能主要受基体性能和界面性能控制，300oC的层间 剪切强度为386 MPa，保持率同样高达89，进一步 一40一 表明7501树脂在300oC下仍然具有相对良好的基体 性能和界面结合性能。 综合来看，EW2207501在室温下具有良好的力 学性能，并且在300C下，各项力学性能的强度保持 率均80，表明在干态环境中，7501氰酸酯树脂的 长期使用温度有望3o0。 60o 鱼400 苗 l 200 O 拉伸 压缩 弯曲 层剪 strength 图6 E
13、W2207501的力学性能 Fig6 Mechanical properties of EW2207501 composites 3结论 (1)7501氰酸酯树脂的最低黏度可达87 mPas， 树脂开放期远大于10 h，完全能够满足RTM工艺的 适用要求； (2)7501氰酸酯树脂经300(2固化后， 可达 421 oC： (3)EW2207501具有良好的力学性能，其拉伸、 压缩、弯曲及层剪强度分别为393、356、602和43 MPa，在300下，各项力学性能保持率均80。 参考文献 1钟翔屿，包建文，李哗，等5528氰酸酯树脂树脂基玻 璃纤维增强复合材料性能研究J纤维复合材料2007，2
14、4 (3)：237240 2陈祥宝高性能树脂基体M北京：化学工业出版 社，1999，1：2229 3FANG T，SHIMP D APolycyanate esters：science and applicationsJProgPolymSci，1995，20：61118 4李文峰，陈淳，孙超明，等酚醛型氰酸酯树脂的性能 J玻璃钢复合材料，2008(1)：6-8 5Facciano AHigh-temperature organic composite印pli cations for supersonic missile airframesJSAMPE Journal， 2000，36：923
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