1  引言
    树脂传递模塑（RTM）是80年代引入我国的一项低成本、高效率生产复合材料的技术，由于具有增强材料可设计性强，能结合纤维编织及预成型技术制造复杂形状的制件，制品尺寸精度及表面光洁度高，工作环境好，能耗低、工艺适应性强等一系列优点而得到迅速发展。21世纪初，RTM技术将成为先进复合材料制造领域中的主导工艺之一。RTM成型制品质量好坏，性能高低及工艺上的可操作性如何与RTM所选树脂有密切关系。因此，研究RTM适用的树脂基体便显得尤为重要。RTM用树脂体系应满足①低粘度，浸润性杯，便于树脂在模腔内顺利均匀地通过并浸渍纤维；②固化放热峰低，以100-180℃为宜；③活性高，凝胶时间和固
化时间短，但在注射时又要有较长的适用期；④树脂系统不含溶剂，固化时无低分子物析出，同时又适宜增加填料，尤其是树脂消泡性要好；⑤收缩率低，以保证制品尺寸准确，且所需的树脂应为预促进型。本研究采用粘度较小的液体酸酐类固化剂，既可满足RTM工艺要求低粘度树脂体系的特点，又能有较合理的力学性能。
2  实验部分
2.1  原材料及设备
    实验使用CYD-128双酚A型二缩水甘油醚环氧树脂,环氧当量为184-200,岳阳石油化工总厂环氧树脂厂;SHB-590液态甲基四氢苯酐,酸酐当量为166,大连金世纪化工有限公司;EPG-227环氧配套增韧剂,岳阳石油化工总厂环氧树脂厂;促进剂,自制;T-700S碳纤维,厚度为0.25mm,面密度为200g/m²,日本东丽公司。
    实验用仪器及设备有NDJ-8S型数显粘度计，上海精密仪器仪表有限公司；DL-101-35型数显鼓风干燥箱，天津中环实验电炉有限公司；SPS4001型电子天平；大称重40OOg，梅特勒-托利多（常州）称重设备系统有限公司；110B型马丁耐热实验箱，上海亿华达实验仪器有限公司；CSS-44050型电子万能试验机，长春试验机研究所；DTG50型热分析仪，日本宝金公司；Quanta400型扫描电子显微镜，菲利浦公司。
2.2  浇铸体的制备及测试
    按配比混合各组分，搅拌均匀后70℃恒温下静置一段时间到树脂体系变得十分清亮时，将该树脂胶液缓慢而连续的浇入同温度下预热好并已涂过脱模剂的模具中（模具预热前要用沾有丙酮或乙酸乙酯的脱脂棉清理干净），在数显鼓风干燥箱中按合适的固化工艺固化。树脂粘度按GB7193.1标准，采用NDJ-8S型数显粘度计测试。树脂浇铸体拉伸性能按GB2568-81标准，在CSS-44050型电子万能试验机上进行测试。马丁耐热性按GB2570-82标准，在110B型马丁耐热实验箱中测试。
3  结果与讨论
    （l）树脂固化制度初探
    用DTA测定树脂的固化放热曲线，见图1。所用树脂配方为环氧100份加固化剂90份及促进剂0.5份，升温速率10℃/min。

    由图1可看出，树脂体系放热峰拐点对应的温度为136℃，在171.3℃达到峰值放热温度；另一个拐点温度为216℃，且树脂体系虽然在50℃既开始反应，但是放出的热量很少，反应极为缓慢，只有到了个拐点温度时放热量才急剧增大，据此信息可制定正交实验表。
    （2）树脂配方的确定
    利用三因素三水平正交表L₉（3³）安排树脂配方及固化工艺制度的实验。其中以环氧树脂100份为基础，固化剂选用3个水平为80份，85份，90份；促进剂选用3个水平为0.1份，0.5份，1.0份；固化制度选用3个水平为90℃/1h＋120℃/2h＋150℃／3h，140℃／4h＋150℃／2h，150℃/3h。测试抗拉强度为考评指标，见表1和表2。

    由表2并根据正交试验结果可知，促进剂对应的极差R大，可见促进剂对拉伸强度的影响大，为主要因素，固化制度次之，固化剂对拉伸强度的影响小。固化剂用量之所以对拉伸强度的影响小，主要是由于环氧树脂的环氧当量是一个范围值，由此计算出的固化剂的量也是一个范围值，而本文选取的3个水平又都在此范围内。如果仅考虑固化剂，环氧树脂与固化剂发生反应形成三向交联网络的差异很小，因此对拉伸强度的影响也小。促进剂的用量十分关键，用少量，反应缓慢，不能促进反应，使酸酐固化环氧树脂的反应速度依赖于环氧树脂中羟基浓度不能生成高交联密度的产物。用量多，局部反应激烈，固化反应不完全，影响固化物的力学性能。根据表2的k值可得出佳实验条件是A₂B^₃C₃，即促进剂的佳用量为1份，固化剂为85份，固化制度为150℃/3h，但正交表中并未出现。为了验证正交实验得出的结论，又做了A₂B₃C₃实验，结果该配方的抗拉强度为62.013MP，说明正交实验得出的结论是正确的。上述分析可以得出，树脂佳配方及固化工艺制度为环氧树脂100份，酸酐固化剂85份，促进剂1份，固化制度150℃/3h。
    （3）增韧剂的作用
    由正交实验确定的树脂配方的拉伸强度较低。分析其原因可能与固化产物较脆有很大关系。于是考虑加入一种带有增韧效果的活性稀释剂，考查其对拉伸强度的影响，结果如表3所示。

    由表3可知，增韧剂的佳用量为10份，至此可终确定树脂的优配方为环氧树脂100份，酸酐固化剂85份，促进剂1份，增韧剂10份，固化工艺制度为150℃/3h。加入活性稀释剂后树脂强度提高是因为它含有较长的脂肪链，而长脂肪链具有柔韧性和增塑作用〔4〕，使树脂浇注体在拉断前吸收一部分能量。
    （4）树脂体系的粘度特性
    为了研究所确定的树脂体系是否满足RTM工艺的要求，对该树脂体系的粘度特性进行了测试，结果如图2，3所示。

    由图2可知该树脂体系的起始粘度（25℃）为938mPa.s（小于1000mPa.s），随着温度的升高，粘度迅速下降，40℃时已降为161mPa.s,实验结果显示，温度过高，粘度虽然很低，但促进剂促进效果显著，使树脂体系在短时间内迅速反应，容易暴聚且对模具耐热性也提出了很高的要求。又如图3所示，该树脂体系在40℃的温度下有大于4h的适用期，完全可满足RTM工艺对树脂体系粘度特性的要求。综合考虑各种因素，应选40℃作为该树脂体系的注胶温度。
    （5）RTM工艺
    采用优选的树脂配方及固化工艺制度由RTM注射机制造了一块复合材料平板，制品表面光洁，整体致密，成型中气泡溢出良好，注射温度为40℃，注射压力为0.4一0.5MPa条件下约3一4min充满了420×450mm的模腔，制品力学性能优良。表4为RTM工艺参数及其制品的力学性能。为了进一步考察树脂对纤维的浸润及复合材料界面粘结情况，对短梁剪切断口进行了扫描电镜分析，如图4所示。从图4可看出，材料破坏后纤维表面粘满了树脂并保持着连续相状态，表明碳纤维与树脂基体具有很好的浸润性，纤维分布均匀，没有贫胶区和富胶区出现。从断面看，纤维与基体之间几乎没有孔隙，说明所研制的RTM树脂配方对碳纤维的浸润良好，工艺设计也较好。

4  结论
    （1）采用正交实验优选出佳实验条件为A2B3C3该条件下树脂浇注体的抗拉强度达62.013MPa；
    （2）在佳实验条件基础上加入环氧树脂增韧剂，使树脂浇铸体的抗拉强度达到75.325MPa，比原来的抗拉强度提高21％；
    （3）终优选出的树脂体系，注射温度下（40℃）粘度较低（161mPa.s），满足RTM注射工艺要求，力学性能较佳。