酚醛樹(shù)脂固化劑對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂固化劑對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂作為固化劑的環(huán)氧樹(shù)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(shí)也存在一些不可避免的問(wèn)題，因此有必要對(duì)固化劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂固化劑的性能。

酚醛樹(shù)脂固化劑；環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂型固化劑有以下三種：有利磺酰氯類、無(wú)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(huì)影響人們的身體健康，通常以苯磺酰氯和對(duì)甲基磺酰氯為主。

無(wú)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(huì)影響固化劑的固化效果，使用的范圍也是有限制的。

酚醛樹(shù)脂因?yàn)樽陨沓墒斓墓に?、?jiǎn)單的技術(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(shù)脂作為固化劑與環(huán)氧樹(shù)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(shí)也存在著一些不可避免的問(wèn)題，它會(huì)在一定程度上影響復(fù)合材料的穩(wěn)定性。因?yàn)榉尤?shù)脂的脆性大、耐熱性低，所以目前國(guó)際上的研究都主要是圍繞如何改善酚醛樹(shù)脂固化劑的脆性和耐熱性展開(kāi)，進(jìn)而對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(huì)在一定程度上影響它的尺寸穩(wěn)定性，但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們會(huì)得到這樣的發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂的配方是主要的影響因素，玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性通常分為兩個(gè)方面，即X-Y方向和Z方向。

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

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們可以得知如果將采用的酚醛樹(shù)脂固化劑和普通線形的酚醛樹(shù)脂固化劑制作而成的復(fù)合材料進(jìn)行對(duì)比，桐油改性酚醛樹(shù)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(shù)脂和腰果酚改性酚醛樹(shù)脂的緯向和徑向值會(huì)更高，這表明經(jīng)過(guò)桐油、壬基和腰果酚改性而得到的酚醛樹(shù)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(shù)脂代替普通線形的酚醛樹(shù)脂作為復(fù)合材料的固化劑，通過(guò)其柔性鏈段的固化劑對(duì)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(shù)脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性。

2.2 不同酚醛樹(shù)脂固化劑對(duì)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(shù)脂代替普通線形酚醛樹(shù)脂做固化劑時(shí)，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(shù)脂作為復(fù)合材料的固化劑在Z-Y方向的密度增大時(shí)，在Z方向的交聯(lián)密度就會(huì)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(huì)增大，因此我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，由雙酚A線形酚醛樹(shù)脂為固化劑的Z方向尺寸穩(wěn)定性最小，說(shuō)明了雙酚A酚醛樹(shù)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(shù)脂對(duì)復(fù)合材料耐熱性的影響不同

玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)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(shuō)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(shù)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(shù)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(shù)脂復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的提高最直接簡(jiǎn)單的方法就是改善酚醛樹(shù)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(wàn)別，所以我們應(yīng)該從實(shí)際應(yīng)用入手，有針對(duì)性地進(jìn)行改善，才能達(dá)到我們想要的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

能否正確選擇合適的酚醛樹(shù)脂作為玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的固化劑對(duì)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(guó)內(nèi)和國(guó)外的研究人員都在致力于改善它的韌性。

酚醛樹(shù)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(guó)國(guó)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(duì)我國(guó)未來(lái)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(duì)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性提出了更高的要求。

[1]張清輝，魏化震，李錦文，齊風(fēng)杰．新型酚醛樹(shù)脂固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及固化機(jī)理研究[J]．廣州化工，2009，（7）．

[2]王超，牛永安，王靜，蘇韜．酚醛樹(shù)脂表面處理劑對(duì)炭纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料界面強(qiáng)度的影響[J]．復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2008，（1）．

[3]吳雅惠，曾耀德，王換寶，張凱．酚醛樹(shù)脂固化劑對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的影響[J]．覆銅板資訊，2013，（5）．

[4]酚醛樹(shù)脂新型固化劑的研究[J]．玻璃鋼，1978，（3）.

[5]張磊，孫清，王虎長(zhǎng)，趙雪靈，胡建民，管順清．E玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]．電力建設(shè)，2010，（9）．

[6]王啟強(qiáng)，彭龍貴．玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的力學(xué)性能研究[J]．化工時(shí)刊，2016，（7）．

[7]胡虔，王建剛，吳雄，林鋒，馬亞運(yùn)．玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料涂層的耐污性能[J]．高電壓技術(shù)，2016，（6）．

[8]陳湘，袁健，喻林，劉躍華，陳建湘．雙酚A線性酚醛固化環(huán)氧樹(shù)脂——固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與固化物性能[J]．熱固性樹(shù)脂，2001，（2）．

[9]范東斌，儲(chǔ)富祥，李改云，秦特夫．一種復(fù)合堿性酚醛樹(shù)脂固化劑、制備方法及應(yīng)用[P]．北京：CN104212123A，2014-12-17．

[10]王醉寒．玻璃纖維布及碳纖維布增強(qiáng)酚醛環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料性能研究[D]．武漢工程大學(xué)，2015．

[11]鹿桂芳，楊秀春，李佩瑾，丁彥濱．酚醛改性胺環(huán)氧樹(shù)脂固化劑研究進(jìn)展[J]．化學(xué)與黏合，2005，（4）.

（責(zé)任編輯：周 瓊）

TU599

1009-2374（2017）12-0347-02

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

A