适用于RTM工艺的环氧改性苯并噁嗪树脂的性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240828.002

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (8): 11-16.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240828.002

适用于RTM工艺的环氧改性苯并噁嗪树脂的性能研究

李嘉敏¹, 谭丽娜², 蒋函蔚¹, 范如意², 冉起超^1*

1.四川大学高分子科学与工程学院高分子材料工程国家重点实验室,成都 610065;
2.上海飞机制造有限公司,上海 200120

收稿日期:2023-07-05 出版日期:2024-08-28 发布日期:2024-09-25
通讯作者: 冉起超(1981—),男,博士,教授,研究方向为耐热高分子及复合材料,ranqichao@scu.edu.cn。
作者简介:李嘉敏(1998—),女,硕士研究生,研究方向为苯并噁嗪树脂及复合材料。
基金资助:
大飞机先进材料联盟项目“苯并噁嗪液体成型树脂”

Study on properties of epoxy modified benzoxazine resin for RTM technology

LI Jiamin¹, TAN Lina², JIANG Hanwei¹, FAN Ruyi², RAN Qichao^1*

1. State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering, College of Polymer Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China;
2. Shanghai Aircraft Manufacturing Co., Ltd., Shanghai 200120, China

Received:2023-07-05 Online:2024-08-28 Published:2024-09-25

摘要/Abstract

摘要： 复合材料行业的发展需要开发具有良好工艺特性和高耐湿热性的RTM专用树脂基体。本文使用E6110、AFG90、AG80三种高耐热环氧树脂,分别对二胺型苯并噁嗪(DC-BOZ)进行共混改性,对比研究了共混树脂体系的黏度特性、凝胶化反应、固化行为、聚合反应及固化物的耐热性、耐湿热性和热稳定性。结果表明,环氧树脂的加入降低了苯并噁嗪的黏度,延长了适用期,其中,DC/E6110在100 ℃下10 h后的黏度仅为333 mPa·s,满足RTM工艺要求。环氧树脂的加入会影响体系的凝胶化时间,使固化峰值温度略有增加。环氧树脂可以与苯并噁嗪发生共聚交联反应,从而增加共聚体系的交联密度,致使改性树脂体系的耐热性、耐湿热性和热稳定性均明显增加。其中,DC/E6110的玻璃化转变温度(T_g)提升至209 ℃,相较改性前增加了44 ℃。此外,各体系的湿态T_g相比干态T_g均出现不同程度的降低,但DC/E6110的湿态T_g仍能达到189 ℃。本文开发的低黏度、耐湿热树脂基体可用于RTM工艺制备大型复合材料制件。

关键词: 苯并噁嗪, 环氧树脂, RTM, 低黏度, 湿态T_g, 复合材料

Abstract: The development of composite industry requires special resin matrixes with good processing characteristic and high wet-heat resistance for RTM technology. In this paper, three kinds of epoxy resins with high heat resistance, E6110, AFG90 and AG80, were used to modify a diamine-type benzoxazine resin (DC-BOZ). The viscosity characteristics, gelation reaction, curing behavior, polymerization reaction, heat resistance, wet-heat resistance and thermal stability of the mixtures were compared. The results showed that the addition of epoxy resins reduced the viscosity of benzoxazine and extended the pot life. Among them, the viscosity of DC/E6110 was only 333 mPa·s after 10 h at 100 ℃, which meets the requirement of RTM process. The addition of epoxy resins affected the gelation time of the system and increased the curing peak temperature slightly. Epoxy resins can copolymerize with benzoxazine and increase the crosslinking densities of copolymerization systems, resulting in the significantly improvement of heat resistance, wet-heat resistance and thermal stability of the modified resin systems. Particularly, the glass transition temperature (T_g) of cured DC/E6110 was increased to 209 ℃ with an increase of 44 ℃ compared with the polybenzoxazine. In addition, the wet T_gs of all systems decreased, but the wet T_g of DC/E6110 still reached 189 ℃. A new resin matrix with low viscosity and good wet-heat resistance developed in this paper can be used to prepare large composite parts by RTM process.

Key words: benzoxazine, epoxy resin, RTM, low viscosity, wet T_g, composites

中图分类号:

TB332

李嘉敏, 谭丽娜, 蒋函蔚, 范如意, 冉起超. 适用于RTM工艺的环氧改性苯并噁嗪树脂的性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 11-16.

LI Jiamin, TAN Lina, JIANG Hanwei, FAN Ruyi, RAN Qichao. Study on properties of epoxy modified benzoxazine resin for RTM technology[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(8): 11-16.

参考文献

[1] POTTER K D. The early history of the resin transfer moulding process for aerospace applications[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 1999, 30(5): 619-621.
[2] ANDERS M, LO J, CENTEA T, et al. Eliminating volatile-induced surface porosity during resin transfer molding of a benzoxazine/epoxy blend[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2016, 84: 442-454.
[3] 李婷, 刘建军, 杨学军, 等. RTM工艺用酚醛树脂研究进展[J]. 材料导报, 2015, 29(S1): 251-259.
[4] 陈建升, 左红军, 杨海霞, 等. RTM成型聚酰亚胺树脂的合成与性能研究[J]. 航空材料学报, 2006(3): 183-186.
[5] 王登霞, 孙岩, 谢可勇, 等. 碳纤维增强树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为[J]. 复合材料学报, 2022, 39(3): 1353-1362.
[6] RIMDUSIT S, ISHIDA H. Gelation study of high processability and high reliability ternary systems based on benzoxazine, epoxy, and phenolic resins for an application as electronic packaging materials[J]. Rheologica Acta, 2002, 41(1): 1-9.
[7] 陈鹏群, 谢小林, 徐迪. 航空复合材料RTM工艺用环氧树脂的流变模型[J]. 工程塑料应用, 2018, 46(8): 58-74.
[8] WANG H, ZHAO P, LING H, et al. The effect of curing cycles on curing reactions and properties of a ternary system based on benzoxazine, epoxy resin, and imidazole[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2013, 127(3): 2169-2175.
[9] 吴志飞. 苯并噁嗪/环氧树脂制备、改性及性能研究[D]. 武汉: 武汉工程大学, 2018.
[10] ISHIDA H, ALLEN D J. Mechanical characterization of copolymers based on benzoxazine and epoxy[J]. Polymer, 1996, 37(20): 4487-4495.
[11] 缪宇, 王鹏, 杨坡, 等. 一种新型低黏度阻燃性苯并噁嗪/含磷环氧共混树脂的制备[J]. 化工新型材料, 2015, 43(7): 48-53.
[12] 张娜, 高慧芳, 朱蓉琪, 等. 苯并噁嗪与不同种类环氧树脂混合体系性能的研究[J]. 化工新型材料, 2011, 39(10): 138-142.
[13] MOGHTADERNEJAD S, BARJASTEH E, JOHNSON Z, et al. Effect of thermo-oxidative aging on surface characteristics of benzoxazine and epoxy copolymer[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2021, 138(15): 50211.
[14] 张华, 朱蓉琪, 顾宜. 苯并噁嗪/环氧树脂共混体系性能研究[C]//中国硅酸盐学会玻璃钢分会. 第十八届玻璃钢/复合材料学术年会论文集. 北京: 《玻璃钢/复合材料》杂志社, 2010: 53-56.
[15] 郑林, 张驰, 王洲一, 等. 一种改性苯并噁嗪树脂及其玻璃布层压板[J]. 航空材料学报, 2011, 31(1): 62-66.
[16] 顾宜. 聚苯并噁嗪——原理·性能·应用[M]. 北京: 科学出版社, 2019.
[17] 肖艳. 环氧树脂分类、应用领域及市场前景[J]. 化学工业, 2014, 32(9): 19-24.
[18] 何少波, 陈允, 崔博源, 等. 双酚A环氧树脂/脂环族环氧树脂的共混改性研究[J]. 绝缘材料, 2016, 49(3): 11-15.
[19] CAO Q, LI J, QI Y, et al. Engineering double load-sharing network in thermosetting: Much more than just toughening[J]. Macromolecules, 2022, 55(21): 9502-9512.
[20] 牟海艳, 陆云, 谢广超. 耐湿耐热环氧树脂/苯并噁嗪/酚醛树脂模塑料研究[J]. 化工新型材料, 2017, 45(10): 58-62.

适用于RTM工艺的环氧改性苯并噁嗪树脂的性能研究

Study on properties of epoxy modified benzoxazine resin for RTM technology

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王晓明, 王晓波, 程亚男, 张晨, 权震震, 张辉, 刘勇, 孙厚礼, 俞建勇. 碳纤维/芳纶纤维混杂三维编织复合材料制备与冲击性能的研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 5-10.
[2]	凌徐杰, 陈殷红, 陆亦洲, 方园. 阻燃微胶囊改性玻璃纤维增强聚合物基复合材料阻燃性能与冲击性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 17-23.
[3]	刘雨舜, 魏筱霖, 刘奔奔, 顾轶卓. 含钨粉体改性三维间隔连体织物复合材料γ射线屏蔽性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 24-31.
[4]	毛敬侨, 胡怡玲, 庞优, 阳玉球. 基于上浆处理的碳纤维/聚丙烯纤维毡复合材料的制备及性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 32-38.
[5]	金想想, 马远卓, 赵振宙, 许波峰, 李洪双. 复合材料风力机叶片参数化设计及优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 39-44.
[6]	叶璐, 张代军, 李军, 栗付平, 陈祥宝. 碳纤维增强聚芳醚酮热塑性复合材料电阻焊接工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 45-52.
[7]	王浩达, 朱福先, 胡可军, 徐先宜. 纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 53-61.
[8]	谢利来, 胡聪良, 董敏, 杨晓辉, 刘鹏辉. 基于分段线性均值修正的风电叶片疲劳寿命计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 62-69.
[9]	冯学斌, 王博文, 张文伟, 邓航, 刘鹏辉. 基于CLD的风电叶片挥舞疲劳试验寿命预测方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 70-74.
[10]	李明, 樊维超, 孙乾, 杨东锦, 居相文, 方亚宁, 吴举. 民机中央翼桁架肋结构布置优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 75-83.
[11]	易晓园. 基于PSO-RF的FRP筋与混凝土间黏结强度预测模型[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 84-90.
[12]	陈铃飞, 王宣博, 刘其琛, 邵振宇, 王子龙, 张浩. 一种超近程无人机热膨胀成型工艺研究及性能验证[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 91-96.
[13]	张宜凯, 冯家稷, 谷俊峰, 孙秀洁, 阮诗伦. 车载Ⅳ型高压储氢气瓶内衬损伤与爆破失效研究综述[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 97-109.
[14]	荣亚鹏, 陈允, 王亚祥, 李天辉, 陈荣, 李进. 环氧树脂复合材料残余应力检测技术研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 110-118.
[15]	张莹博, 单光华, 王飞, 马海鹏, 刘瑞卿, 陈辉. 风电机组叶片覆冰预测和防覆冰技术综述[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 119-128.