一種超低溫用中溫固化環氧樹脂基體的研究與性能表征*

周紅霞，王 冠**，付 剛，吳鑫銳，高堂鈴，吳健偉

（1.黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍 江哈爾濱 150040; 2.上海復合材料科技有限公司，上海 201100）

0 引 言

現今航空航天輕量化構件常采用樹脂基/碳纖維復合材料，如殼體、太陽能基板和支撐架等[1]。未來先進航天器執行深空任務時運行的環境更加苛刻，這就要求其某些特殊部位的輕量化復合材料構件需經受超低溫約-200 ℃到高溫150 ℃的耐久性考核。環氧樹脂具有較高的內聚強度、模量和良好的工藝性常被用作航空航天級復合材料的基體樹脂，但是環氧樹脂的醚鍵結構有利于低溫性能卻降低了樹脂基體的耐溫性，一般中溫固化環氧樹脂的Tg＜150 ℃，并且增韌后的樹脂在-196 ℃下強度韌性失效[2-3]。基于技術迭代的暢通性考慮，先進航天器某些復合材料構件中應盡可能采用環氧樹脂。現有的市售環氧樹脂基體性能并不能完全滿足先進航天器的復合材料構件的設計要求，因此需要進一步改性使用。

現階段增韌改性方法通常是在環氧樹脂固化網絡中引入液體橡膠或熱塑性工程塑料，利用固化微分相技術可大幅度地提高環氧樹脂的韌性，其中室溫斷裂韌性可提高2~3 倍[4]。但是，通過上述方法改性得到的固化物經室溫至超低溫（-150 ℃以下）冷熱循環過程時,在兩相界面產生內應力，最后過多內應力積累超過樹脂本身的強度，導致樹脂基體的破壞，從而達不到低溫增韌效果[5]。一般環氧樹脂中溫固化均采用雙氰胺/咪唑的經典配合，但是其固化物導致樹脂網絡交聯點的結構脆性增大，不完全適用于低溫環氧樹脂體系。……