环氧树脂交联结构对固化动力学的影响

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.014

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (7): 93-98.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210728.014

环氧树脂交联结构对固化动力学的影响

张代军^1,2, 邢宇^1,2, 包建文^2,3,4, 钟翔屿^2,3,4, 刘巍⁵

1.中国航发北京航空材料研究院,北京100095;
2.先进复合材料国防科技重点实验室,北京100095;
3.航空工业复合材料技术中心,北京101300;
4.中航复合材料有限责任公司,北京101300;
5.北京服装学院材料科学与工程学院,北京100029

收稿日期:2021-01-29 出版日期:2021-07-28 发布日期:2021-08-04
作者简介:张代军(1985-),男,高级工程师,博士,主要从事树脂基复合材料相关方面的研究,15810534483@139.com。

The effect of cross-linked structure of epoxy resin on curing kinetics

ZHANG Dai-jun^1,2, XING Yu^1,2, BAO Jian-wen^2,3,4, ZHONG Xiang-yu^2,3,4, LIU Wei⁵

1. AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China;
2. National Key Laboratory of Advanced Composites, Beijing 100095, China;
3. AVIC Composite Center, Beijing 101300, China;
4. AVIC Composites Corporation Ltd., Beijing 101300, China;
5. School of Materials Science and Engineering, Beijing Institute of Fashion Technology, Beijing 100029, China

Received:2021-01-29 Online:2021-07-28 Published:2021-08-04

摘要/Abstract

摘要： 在环氧树脂E54中引入不同比例的三官能团间氨基苯酚环氧树脂S500M进行物理共混,采用DDS固化剂,制备不同交联结构的环氧树脂。利用非等温DSC法对环氧树脂固化过程进行分析,根据固化反应热绘制固化度与温度曲线,通过Kissinger和Crane方程计算树脂固化反应活化能和动力学参数。结果表明,随着树脂交联密度的提高,固化反应的开始温度、峰值温度、终止温度均发生前移,固化时间缩短,固化反应活化能降低,但频率因子和反应级数基本不变。

关键词: 交联结构, 环氧树脂, 固化动力学, 复合材料

Abstract: The epoxy resin E54 was added with different proportions of the trifunctional meta-aminophenol epoxy resin S500M and was used to prepare the epoxy resins which has different cross-linked structures with the DDS curing agent. The non-isothermal DSC method was used to analyze the curing process of epoxy resin, and the curing degree versus temperature curve was drawn according to the curing reaction heat. The activation energy and kinetic parameters of the epoxy resin systems were obtained by using Kissinger and Crane equations. With the increase of crosslinking density, the results showed that the starting temperature, peak temperature and termination temperature of the curing reaction moved forward, the curing time was shortened, and the activation energy of curing reaction was decreased, but the frequency factor and reaction order were basically unchanged.

Key words: cross-linking structures, epoxy resin, curing kinetics, composites

中图分类号:

TB332

张代军, 邢宇, 包建文, 钟翔屿, 刘巍. 环氧树脂交联结构对固化动力学的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 93-98.

ZHANG Dai-jun, XING Yu, BAO Jian-wen, ZHONG Xiang-yu, LIU Wei. The effect of cross-linked structure of epoxy resin on curing kinetics[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(7): 93-98.

参考文献

[1] 陈祥宝, 张宝艳, 邢丽英. 先进树脂基复合材料技术发展及应用现状[J]. 中国材料进展, 2009, 28(6): 2-12.
[2] MARSH G. Aero engines lose weight thanks to composites[J]. Reinforced Plastics, 2012, 56(6): 32-35.
[3] AYLE E. Acoustic honeycomb with perforated septum caps: US8413761[P]. 2013-04-09.
[4] KEMPTON A. Acoustic liners for modern aero-engines[C]//15^th CEAS-ASC Workshop and 1^st Scientific Workshop of X-Noise EV. Lausanne[s.n.], 2011.
[5] HOLMES M. Aerospace looks to composites for solutions[J]. Reinforced Plastics, 2017, 61(4): 237-241.
[6] 赵凯, 刘鹏飞, 刘波浪, 等. 树脂基复合材料外涵道机匣的研制与应用[J]. 复合材料科学与工程, 2020(4): 112-116.
[7] 梁春华. 纤维增强树脂基复合材料部件在航空涡扇发动机上的应用[J]. 航空制造技术, 2008(4): 32-37.
[8] SCHMECKPEPER M, HOFFMAN J M. Polyimide composites challenge metals[J]. Machine Design, 2001, 73(4): 64-68.
[9] 包建文, 陈祥宝. 发动机用耐高温聚酰亚胺树脂基复合材料的研究进展[J]. 航空材料学报, 2012, 32(6): 1-13.
[10] CORMAN G, UPADHYAY R, SINHA S, et al. Materials research for manufacturing: Chapter 3 General electric company: Selected applications of ceramics and composite materials[M]. Cham: Springer, 2016: 59-91.
[11] 杨旭宇, 王梓, 熊挺江, 等. 氧化石墨烯/环氧树脂复合材料非等温固化动力学[J]. 塑料, 2019, 48(1): 113-117.
[12] 李明, 李晓雷, 黄慧琳. 含茚满结构二胺-E51环氧树脂固化反应动力学的研究[J]. 上海塑料, 2020(3): 28-33.
[13] 杨威, 张卓, 颜丙越, 等. 环氧树脂固化动力学及促进剂用量对体系的影响[J]. 北京化工大学学报(自然科学版), 2020, 47(1): 75-80.
[14] 胡志强, 张杰, 黄慧琳. 间氨基苯酚三官能团环氧树脂固化动力学及性能研究[J]. 复旦学报(自然科学版), 2016, 55(6): 750-756.
[15] 侯祥, 刘义长, 赵岗, 等. POSS-环氧树脂纳米分子杂化材料的固化动力学分析[J]. 化工设计通讯, 2020, 213(3): 83-84.
[16] ROCKS J, RINTOUL L, VOHWINKEL F, et al. The kinetics and mechanism of cure of an amino-glycidyl epoxy resin by a co-anhydride as studied by FT-Raman spectroscopy[J]. Polymer, 2004, 45(20): 6799-6811.
[17] 刘静, 赵敏, 张荣珍, 等. FTIR法研究环氧树脂固化反应动力学[J]. 功能高分子学报, 2000,13(2): 207-210.
[18] PATEL P S, SHAH P P, PATEL S R. Differential scanning calorimetry investigation of curing of bisphenolfurfural resins[J]. Polymer Engineering & Science, 1986, 26(17): 1186-1190.
[19] 程义云, 陈大柱, 何平笙. 环氧树脂/PAMAM体系的固化动力学研究[J]. 功能高分子学报, 2004,17(4): 661-665.
[20] XIE H, LIU B, SUN Q, et al. Cure kinetic study of carbon nanofibers/epoxy composites by isothermal DSC[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2005, 96(2): 329-335.
[21] ZHOU T, GU M, JIN Y, et al. Mechanism and kinetics of epoxy-imidazole cure studied with two kinetic methods[J]. Polymer Journal, 2005, 37(11): 833-840.
[22] CHOI E J, SEO J C, BAE H K, et al. Synthesis and curing of new aromatic azomethine epoxies with alkoxy side groups[J]. European Polymer Journal, 2004, 40(2): 259-265.
[23] KISSINGER, H. E. Reaction kinetics in differential thermal analysis[J]. Analytical Chemistry, 1957, 29(11): 1702-1706.
[24] CRANE L W, DYNES P J, KAELBLE D H. Analysis of curing kinetics in polymer composites[J]. Journal of Polymer Science Part C Polymer Letters, 2010, 11(8): 533-540.

环氧树脂交联结构对固化动力学的影响

The effect of cross-linked structure of epoxy resin on curing kinetics

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[1]	李辉, 赵春江, 梁建国, 曾光, 王蕊, 边强. 变刚度复合材料层合板力学特性及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 5-10.
[2]	宫唯康, 刘晓阳, 荆玉才, 项俊宁, 李相国, 杨国涛. 预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 11-19.
[3]	赵雄翔, 孙鹏文, 李建东. 基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 20-24.
[4]	冯钰茹, 王军利, 张宝军, 刘志远, 李金洋, 张宝升. 复合材料叶片建模及铺层参数对强度的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 25-31.
[5]	常腾飞, 湛利华, 李树健, 潘阳. 不同成型方法的树脂基复合材料帽形结构共固化成型质量研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 32-38.
[6]	黄东辉, 曾少华. 自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 39-44.
[7]	满珈诚, 侯进森, 李哲夫, 岳广全, 徐鹏, 姜碧羽, 刘卫平. 连续碳纤维增强热固性预浸料压实性能的试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 45-51.
[8]	林梅, 张铁军, 冯宇, 王旗, 武梦科. 湿热/干燥环境交替作用下碳纤维复合材料的吸湿/脱湿特性[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 52-59.
[9]	高慧, 罗发, 渠永平, 王春海. SiC_f/Al₂O₃/Mullite复合材料的制备及吸波性能[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 60-65.
[10]	王东萍. 磁性聚吡咯基复合材料吸附电镀废水中铜离子[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 66-70.
[11]	鲁晓锋, 张颜明, 蒙丹, 苏成功. 全尺寸叶片静力测试中ANSYS梁模型应用与研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 71-74.
[12]	宦胜民, 黄小波, 杨润苗, 向萌. 超支化不饱和聚酯的制备及其应用研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 75-80.
[13]	王雅娜, 赵魏. 复合材料Ⅱ型分层ENF试验数据处理方法对比分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 81-92.
[14]	田会方, 张国武, 吴迎峰, 任政. 水处理罐缠绕工艺中玻璃纤维团打结装置设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 93-98.
[15]	冯倩倩, 朱方龙. 聚合物辅助沉积法制备导电玄武岩纤维[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 99-102.