成型壓力對PES樹脂材料力學性能的影響

崔亞男

摘要：為進一步提高PES樹脂材料的性能，采用試驗的方式，以拉伸強度和拉伸模量作為測試指標，以T700碳纖維作為織物原材料，與PES樹脂間隔放置，并在不同真空壓力下對PES樹脂材料進行定型。結果表明，當真空壓力在0.25MPa的時候，得到的改性PES樹脂材料其拉伸性能和拉伸模量最佳。

關鍵詞：成型壓力;PES樹脂;拉伸強度

中圖分類號：TQ327.3;TB332 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）01-0054-04

在復合材料中，纖維增強樹脂基復合材料憑借器獨特的性能，被廣泛應用于當前的船舶、航天、汽車等多個領域。特別是該復合材料在強度、耐腐蝕、抗疲勞和成型快等優異性能，更是受到業界的關注。但是這種復合材料高昂的制造成本，在應用中受到諸多限制。因此，如何降低纖維增強樹脂基復合材料的成本，成為目前該復合材料研究的熱點。真空輔助成型（vARTM）作為一種專門的低成本復合材料制備工藝，其主要使用低粘度的樹脂，然后在真空壓力梯度下進行浸潤干態預制體織物，同時在溫度控制下得到制備的復合材料。但真空輔助成型（VARTM）在制備過程中，存在孔隙率高、力學性能差，以及纖維體積分數不高的問題，進而嚴重阻礙了這種高性能復合材料的應用。同時在研究中發現，復合材料構件的形狀復雜，干態織物通常很難直接形成復雜曲面。為解決該問題，工程上通常將環氧樹脂膠噴涂在織物的表面，進而讓樹脂定型。這種方法操作簡單，且定型劑與浸潤樹脂能良好匹配，但是在選擇定型劑中通常會出現脆弱性較大的問題，進而在織物的表面會形成不均勻的分布規則，進而影響到最終的復合材料性能。因此，基于真空輔助成型工藝中暴露出的復合材料性能問題，提出將聚醚砜薄膜置于織物層間，并在一定的壓力和溫度下對材料進行改性，然后通過VARTM工藝得到經過改性后的復合材料，最后通過實驗性能驗證的方式驗證上述制備工藝的可行性。

1材料與方法

1.1實驗材料

1）織物采用T700碳纖維。該織物纖維單層厚度為0.31mm，面密度為460g/m²，由山東威海光威復合材料公司生產;

2）熱塑性薄膜選經改性后的聚醚砜材料，由上海高爾熱熔膠公司生產，單層厚度0.05mm，面密度30g/m²，熔點為125—135°C;

3）樹脂由雙酚A型基體和固化劑按照3：1的比例混合，在80℃/1h+130℃/2h的條件下進行固化。同時為提高樹脂的浸潤性能，將樹脂放置在45%的水中進行水浴，以降低樹脂整體的黏度，黏度大小為0.06Pa‰

1.2制備方法

本實驗制備方法如圖1所示。首先將纖維織物裁剪成需要加工大小的尺寸，然后將PES薄膜也裁剪為上述織物大小的形狀;其次，將上述裁剪得到的PES薄膜與同樣大小的纖維織物間隔放置起來，以確保PES薄膜預制體的上下都為纖維織物;將上述疊放好的預制體通過真空袋裝方法進行封裝，并將封裝好的預制體放置在130℃的環境下進行保溫，保溫時間為30min。此時PES薄膜與織物層熔融，從而定型;最后，分別設置3組不同的壓力，分別為0.1MPa，0.3MPa和0.6MPa。同時為驗證性能，設置1組對照組。在以上3組不同壓強下制備得到改性的預制體，通過VARTM工藝得到復合材料，并通過拉伸強度試驗對制備的復合材料性能進行驗證。

1.3測試方法

通過實驗對比的方式，將制備的復合材料通過圖2的方式進行試驗。其中，實驗組預制體由6層纖維織物和5層PES薄膜在一定的壓力和溫度環境下制得，對照組則為不添加PES薄膜，進而對比上述兩組實驗制備的復合材料拉伸性能。同時為驗證不同環境下復合材料性能，在A組實驗制備中又將制備環境設置為表1所示。

在試驗過程中，將不含PES薄膜的預制體計作A，而將含PES薄膜的，分為3組不同壓力條件下制備得到不同的復合材料。

2結果

根據上述的方法，制備得到四組經過不同制備條件的PES復合材料，并通過拉伸強度測試得到如下的結果。

2.1復合材料拉伸試驗結果

拉伸強度測試結果如圖3所示。圖3（a）表示未經過改性得到的復合材料測試結果;圖3（b）-圖3（d）表示分別在0.1MPa，0.3MPa和0.6MPa環境下得到的改性復合材料的測試結果。根據圖3的結果看出，應力一應變關系曲線圖呈現出線性變化的特點。

2.2SEM結構觀察

2.2.1水平方向微觀結構圖

為進一步驗證制備材料的性能，通過SEM微觀觀察的方式，觀察改性前后復合材料的內部微觀結構變化，具體結果如圖4、圖5所示。根據結果看出，在改性后，纖維表面變得粗糙，說明纖維和樹脂之間結合良好。

根據圖4（a）的觀察結果看出，在經過拉伸后形成的樹脂，沒有經過改性的復合材料在斷口出出現明顯的斷裂;而經過改性的復合材料，如圖4（a）～（d），經過改性后的材料在斷口出表現出明顯的韌性斷裂的特征。而對比不同壓力下斷口的結構看出，復合材料在0.3MPa下，斷口結構明顯，說明在該環境壓力下得到的復合材料拉伸強度最佳。

2.2.2垂直方向微觀結構圖

垂直方向微觀結構圖如圖5所示。

根據上述的結果看出，與改性前的PES樹脂材料拉伸強度相比，經過改性后的復合材料在垂直平面的結果來看變得更加粗糙，PES樹脂與織物更為緊密結合。同時當壓強在0.3MPa時，垂直結構端口更加明顯。

3結語

通過上述的研究看出，改性后的PES樹脂復合材料性能與定型壓力有很大的關系。一方面，在織物中加入PES薄膜，可有效改善整體樹脂的拉升強度;另一方面，在真空壓力在0.3MPa的情況下，得到的樹脂拉伸強度最優。