酚醛樹脂固化劑對玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的影響

周志宏王浩田

（1.西安航天復(fù)合材料研究所超碼復(fù)合材料公司；2.陜西宇航科技工業(yè)有限公司物流商貿(mào)分公司，陜西 西安 71000）

酚醛樹脂固化劑對玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的影響

周志宏1王浩田2

（1.西安航天復(fù)合材料研究所超碼復(fù)合材料公司；2.陜西宇航科技工業(yè)有限公司物流商貿(mào)分公司，陜西 西安 71000）

酚醛玻璃鋼是一種極好的防腐材料，它具有良好的耐酸性能和耐有機(jī)溶劑性能。一般情況下，以酚醛樹脂作為固化劑的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料都具有較好的耐熱性、耐離子遷移性能，但是同時也存在一些不可避免的問題，因此有必要對固化劑對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料穩(wěn)定性的影響做出研究，并致力于改善酚醛樹脂固化劑的性能。

酚醛樹脂固化劑；環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；穩(wěn)定性；玻璃纖維；防腐材料

1 酚醛固化劑

如今在各行各業(yè)中常采用的酚醛樹脂型固化劑有以下三種：有利磺酰氯類、無機(jī)酸酯類、有機(jī)酸類，使用磺酰氯類固化的復(fù)合材料通常有著良好的物理和化學(xué)性能，但是磺酰氯類固化劑較容易揮發(fā)，在釋放氯化氫氣體之后會影響人們的身體健康，通常以苯磺酰氯和對甲基磺酰氯為主。

無機(jī)酸酯類固化劑常用的有硫酸乙酯，由濃硫酸和乙醇配置而成，但是缺點(diǎn)較多，比如粘結(jié)力低、強(qiáng)度小等，因此適用范圍并不廣泛，但是由于硫酸乙酯的不揮發(fā)性在實(shí)際情況中也是有使用的。而在有機(jī)酸類中，我們使用的則是石油磺酸，由于石油磺酸中含水量高達(dá)30%以上，因此它會影響固化劑的固化效果，使用的范圍也是有限制的。

酚醛樹脂因?yàn)樽陨沓墒斓墓に嚒⒑唵蔚募夹g(shù)操作以及低成本等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在熱防護(hù)材料領(lǐng)域。將酚醛樹脂作為固化劑與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料結(jié)合在一起，可以大大提高復(fù)合材料的耐熱性和耐離子遷移性能，但是與此同時也存在著一些不可避免的問題，它會在一定程度上影響復(fù)合材料的穩(wěn)定性。因?yàn)榉尤渲拇嘈源蟆⒛蜔嵝缘停阅壳皣H上的研究都主要是圍繞如何改善酚醛樹脂固化劑的脆性和耐熱性展開，進(jìn)而對玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性。

2 玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的穩(wěn)定性影響因素

玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是一種性能優(yōu)良的材料，影響它尺寸穩(wěn)定性的因素多種多樣，比如樹脂的配方、生產(chǎn)的技術(shù)、玻璃纖維的規(guī)格和質(zhì)量、相關(guān)成分的結(jié)構(gòu)等都會在一定程度上影響它的尺寸穩(wěn)定性，但是通過實(shí)驗(yàn)我們會得到這樣的發(fā)現(xiàn)，樹脂的配方是主要的影響因素，玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性通常分為兩個方面，即X-Y方向和Z方向。

2.1 不同酚醛樹脂固化劑對復(fù)合材料X-Y方向尺寸穩(wěn)定性的影響不同

通過實(shí)驗(yàn)，我們可以得知如果將采用的酚醛樹脂固化劑和普通線形的酚醛樹脂固化劑制作而成的復(fù)合材料進(jìn)行對比，桐油改性酚醛樹脂的緯向和徑向尺寸穩(wěn)定性都較高，達(dá)到了－516.45ppm和－231.48ppm，而壬基改性酚醛樹脂和腰果酚改性酚醛樹脂的緯向和徑向值會更高，這表明經(jīng)過桐油、壬基和腰果酚改性而得到的酚醛樹脂固化劑在一定程度上改善了復(fù)合材料X-Y方向的尺寸穩(wěn)定性。

用改性酚醛樹脂代替普通線形的酚醛樹脂作為復(fù)合材料的固化劑，通過其柔性鏈段的固化劑對環(huán)氧進(jìn)行固化，引入柔性鏈段，由此網(wǎng)鏈分子的柔順性得到大大提高，從而提高了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性。

2.2 不同酚醛樹脂固化劑對復(fù)合材料Z方向尺寸穩(wěn)定性的影響不同

由壬基酚改性酚醛樹脂代替普通線形酚醛樹脂做固化劑時，復(fù)合材料的韌性最大，X-Y尺寸穩(wěn)定性也最高，但是，Z方向的尺寸穩(wěn)定性與復(fù)合材料的韌性和X-Y方向的尺寸穩(wěn)定性都是成反比關(guān)系的，因此，在考慮Z方向的尺寸穩(wěn)定性是就要進(jìn)行綜合考慮，復(fù)合材料的韌性和脆性都在其考慮范圍之內(nèi)。

當(dāng)由上述化學(xué)物質(zhì)制成的改性酚醛樹脂作為復(fù)合材料的固化劑在Z-Y方向的密度增大時，在Z方向的交聯(lián)密度就會變小，因此在一定條件下進(jìn)行某項(xiàng)特定操作后Z方向的尺寸穩(wěn)定性也會增大，因此我們可以通過實(shí)驗(yàn)得出，由雙酚A線形酚醛樹脂為固化劑的Z方向尺寸穩(wěn)定性最小，說明了雙酚A酚醛樹脂在X-Y方向和Z方向都有較大的交聯(lián)密度。

2.3 不同改性酚醛樹脂對復(fù)合材料耐熱性的影響不同

玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的耐熱性與板材的轉(zhuǎn)變溫度Tg有重要的關(guān)系，Tg越高，則說明，復(fù)合材料的耐熱性能越優(yōu)良。其中，壬基酚改性酚醛樹脂作為固化劑的板材具有較高的Tg，因此它的板材的耐熱性也就較高。由此我們可以得知，選擇合適的改性酚醛樹脂作為復(fù)合材料的固化劑可以創(chuàng)造出尺寸穩(wěn)定性好，耐熱性能優(yōu)良的復(fù)合材料。

玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的提高最直接簡單的方法就是改善酚醛樹脂的配方，由于不同方向尺寸穩(wěn)定性改善的方法也是千差萬別，所以我們應(yīng)該從實(shí)際應(yīng)用入手，有針對性地進(jìn)行改善，才能達(dá)到我們想要的效果。

3 結(jié)語

能否正確選擇合適的酚醛樹脂作為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的固化劑對復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性有著重要的意義。而現(xiàn)如今國內(nèi)和國外的研究人員都在致力于改善它的韌性。

酚醛樹脂固化劑在各行各業(yè)中都有些它的作用，它的發(fā)展與我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著莫大的聯(lián)系，它有著優(yōu)良的耐熱性，耐離子遷移能力，如果能夠改變它的不足，提高由它固化的復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性，降低它的脆性，那么它對我國未來高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展就有著不言而喻的重要意義。電子集成技術(shù)以及組裝技術(shù)的發(fā)展也對玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性提出了更高的要求。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）

TU599

1009-2374（2017）12-0347-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.176

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