杨超凡·环氧树脂基材与环氧树脂
替代金属材料制造结构零件的,碳纤维复合材料是由两部分组成。一是增强材料碳纤维;二是基体材料树脂。这里的树脂是以环氧树脂为主,再添加其他功能材料组成的化学产品,叫环氧树脂基材(matrix)。
环氧树脂基材(matrix)与环氧树脂是截然不同两种化工材料。环氧树脂基材(matrix)仅用于复合材料中。对于不同的产品、不同的制造方法,有不同的配方,需要量身定制。而通常所说的环氧树脂是商品,在市场上可以买到。它广泛用于许多用途。 与其他传统热固性树脂或热塑性树脂相比,环氧树脂具有明显的优点,包括:敞开式模塑法(open molding)
- 树脂转移模塑(RTM-resin transfer moldin)
- 压缩成型(Compression Molding)
- 半固化片和热压罐固化(Prepreg and autoclave)
- 自动铺丝(AFP—automated fiber placement)
- 自动铺带(ATL—automated tape laying)
环氧树脂是一种热固性聚合物树脂,其树脂分子中含有一个或多个环氧基团。化学成分可根据最终用途的需要调整以完善分子量或粘度。环氧树脂有两种主要类型:缩水甘油基环氧树脂和非缩水甘油基环氧树脂。缩水甘油环氧树脂可进一步定义为缩水甘油胺、缩水甘油酯或缩水甘油醚。非缩水甘油环氧树脂可以是脂肪族树脂,也可以是环脂肪族树脂。双酚A (Bisphenol A )是最常见的环氧树脂之一,它与环氧氯丙烷反应合成。另一种常用的环氧树脂是酚醛环氧树脂。环氧树脂在固化时加入固化剂,通常也称为硬化剂。最常见的固化剂是胺基的。与聚酯或乙烯基酯树脂不同,在聚酯或乙烯基酯树脂中,只需添加少量(1-3%)催化剂,而环氧树脂通常需要以树脂与固化剂的比例高得多的比例(通常为1:1或2:1)添加固化剂。固化剂(B部分)与基树脂(A部分)在加成反应中按固定比例共反应。因此,正确的树脂与固化剂的配比是保证反应完全的关键。否则,树脂既不能完全固化,也不能达到其全部性能。固化剂的类型影响固化树脂的最终性能,从而影响复合材料的最终性能。固化剂包括脂肪族胺、环脂肪族胺、聚酰胺、芳香胺、酸酐、酚类、硫醇和潜在固化剂(如路易斯酸)。环氧树脂基材是以某种环氧树脂为基础,添加不同量的固化剂、再添加增塑剂和其他功能材料,组成的高分子化学产品。用哪种环氧树脂?哪种固化剂,用多少?添加什么功能材料?都是商业秘密。航空航天应用的环氧树脂基材,90%基础树脂是双酚A缩水甘油醚的环氧树脂。胺类固化剂。它需要在高的温度和压力下固化。另外还要添加热塑性塑料和活性橡胶化合物,以抵消高度交联造成的脆性,增加韧性。目前这种增韧环氧树脂基材,固化时间需要8 - 10小时。汽车工业所用的环氧树脂基材,采用了不同配方的固化剂和添加剂,它的固化时间可以在4 - 5分钟以内(快速固化)。不同的环氧树脂基材存储、运输、保管的环境和寿命期,也大不相同。不同的环氧树脂基材要与不同牌号的碳纤维配套使用,才能发挥最佳性能。 - PRISM® EP 2400,制造俄罗斯MC-21机翼
- Cytec 890 RTM, 制造空客A220机翼(原庞巴迪C系列)
- Araldite LY3031,环氧树脂,固化剂Aradur3032(快速固化)
- Araldite LY 3585环氧树脂,固化剂XB 3458。制造宝马i3的复合材料零件(快速固化)
- Araldite LY 3585环氧树脂,固化剂Aradur3475(快速固化)
- TRAC 06000环氧树脂,固化剂EKTRAC 06130。制造宝马7系复合材料零件(快速固化)
- TRAC 06170环氧树脂,TRAC06170固化剂(快速固化)
- KIBOKO®, CTD公司制造V型复合材料储氢罐
- 3960,制造民机机身、机翼的最新环氧树脂基材(不用热压罐固化)
国内有许多非复合材料专业媒体,在报道文章中经常把“环氧树脂基材”写成“环氧树脂”。这一用词错误再加上其他因素,造成只要有了碳纤维,环氧树脂基碳纤维复合材料就不成问题了,更加严峻的错误认识。目前,我国碳纤维已经进入世界先进行列。但环氧树脂基材和其他树脂基材,与世界先进水平差距太大。特别是没有能够用于民机受力结构件的环氧树脂基材。以至于国产民机ARJ21、C919和CR929 (机身试验件)所用的碳纤维复合材料,不得不购买美国材料。“环氧树脂基材”与“环氧树脂”是截然不同的两种化工产品。这就好像辣椒酱与辣椒不是一种食材。作者简介:杨超凡,飞机制造高级专家,近年专攻民机复合材料。原航空工业部首批研究员级高级工程师,享受国务院特殊津贴。
注:本文由杨超凡研究员创作,如需转载请注明作者及出处。
文章链接:
杨超凡·独家解读复合材料及制造技术