缠绕成型用BMI树脂化学流变性及流变模型研究.pdf

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1、工程塑料应用2011年，第39卷，第6期缠绕成型用BMI树脂化学流变性及流变模型研究．赵静李玲(中北大学材料科学与工程学院，太原030051)摘要研制了用于缠绕成型的双马来酰亚胺树脂体系，研究该树脂体系的化学流变特性。经黏度实验证实，该体系黏度平台低，低黏度保持时间长，110℃下保持黏度低于l000mPa·S的时间为864min。在黏度实验和差示扫描量热(DSC)实验的基础上，建立了该树脂体系恒温情况下的双阿累尼乌斯黏度模型，该模型与实验数据吻合良好。可有效地预测缠绕成型过程中黏度变化情况以及低黏度平台，为复合材料缠绕成型工艺模拟分析及工艺参数

2、的确定提供了理论依据和基础数据。关键词缠绕成型双马来酰亚胺树脂低黏度化学流变模型缠绕成型是复合材料结构制品低成本制造技术1．2仪器及设备之一，广泛应用于航空航天及民用的各个领域。该差示扫描量热(DSC)仪：DSCQlOO型，美国TA技术是浸渍、缠绕一次完成的，因此对树脂基体固化公司；物的性能和未固化树脂的成型工艺要求较高：固化旋转黏度计：NDJ21型，上海天平厂；物应具备一定的力学性能、热性能，断裂伸长率与增冲击试验机：XJU一22型，河北承德试验机有限强材料相匹配，固化收缩率低等特性；未固化树脂黏公司；度为0．35—1．0Pa·s¨，适用期至

3、少4h以上。黏微机控制电子万能试验机：ZHY—W型，河北度是复合材料树脂基体在缠绕成型工艺中需要考虑承德试验机总厂。的重要性能之一。化学流变学是研究化学黏度的一1．3性能测试个重要手段L2J。热固性树脂的流变性与时间、温利用DSC以10~C／min的升温速率扫描试样，度、剪切速度、剪切力、化学配方及填料含量等因素分析得出实验树脂固化反应的开始温度、峰值温度有关，同时流变特性较热塑性树脂复杂得多。热固及终止温度；性树脂流动性的研究对于复合材料成型工艺的优化利用旋转黏度计按GB7193．1—1987以2c【=／和质量控制有着至关重要的作用。研究热固

4、性树脂rain的升温速率测量树脂的黏度变化；的化学流变行为有两种方法：一种是建立黏度变化在110、120、130、140和150℃条件下，测试树脂和时间关系的数学模型，研究其中的参数与温度之的恒温黏度特性。间的函数关系；另一种是建立黏度变化和温度关系2结果与讨论的数学模型，研究确定的参数及相应的动力学。目2．1黏度特性分析前建立的数学模型多用来研究RTM成型工艺中不(I)DSC分析饱和树脂和环氧树脂的化学流变行为，对于双马来图1为NUCBM108—1树脂动态DSC曲线。由酰亚胺(BMI)树脂的缠绕成型工艺研究甚少。图1可看出，树脂固化反应的起始

5、温度、峰值温度及终止温度分别为176、253和319~C。结果表明，体笔者在前原位改性BMI树脂基础上，研制系为典型的高温反应的固化体系，反应放热峰宽，放出可作为缠绕树脂基体的低黏度BMI树脂，简称热量为216．1J／g，符合湿法缠绕成型高反应、低放NUCBM108—1树脂体系。系统地研究了NUCBM108—1树脂体系的化学流变特性，建立双阿累尼乌热的要求。在60一IO0~E内，曲线有一个向下的吸热峰，这是树脂熔融的过程。110～170~C树脂反应斯化学流变模型，可预测任意温度、时间或转化率下活性较低，理论上可以作为缠绕成型的加热温度。的黏度，

6、准确地确定特定条件下的树脂黏度平台，为(2)黏度分析制定缠绕成型工艺参数提供理论依据和基础数据。图2是NUCBM108—1树脂升温黏度曲线。由1实验部分1．1原材料BMI树脂体系：NUCBM108—1，自制。收稿日期：2011—03．11赵静，等：缠绕成型用BMI树脂化学流变性及流变模型研究41较短：即1IO~C下，318min后体系黏度上升到500mPa·S；150~C下，104min后体系黏度到达500剐mPa·so2．2树脂化学流变模型的建立通常研究热固性树脂的黏度模型有双阿累尼乌050lUU15U200U30UjU4-O0斯模型[．f-

7、87，WLF模型，凝胶点模型。根据温度／℃等温黏度分析，NUCBM108—1树脂体系的黏度变化图1NUCBM108—1树脂动态DSC曲线与时间的关系服从双阿累尼乌斯模型公式：图2可以看出，120～132~C树脂体系的黏度随温度B／B0=aexp(nt)(1)升高而降低；当温度升至134～193~C时，树脂体系式中：叼——任意时刻的黏度；出现一个低黏度平台；继续升温，体系加速反应，快叼。时刻黏度；速聚合。温度上升使BMI树脂体系的黏度有两方n一模型参数；面的变化：一方面，温度升高使得分子运动活性增￡——时间；大，树脂体系黏度下降；另一方面，温度升

8、高促进化a和n符合阿累尼乌斯关系。学反应进行，使得体系的分子量增大，增加体系的黏Bo=1exp(k2／T)(2)度。在低温阶段，温度的上升主要影响分子