摘　要：通过SEM及力学性能测试，研究了反应性聚醚砜(rPESU)用量对6421BMI树脂性能的影响，结果表明，rPESU能够显著提高6421树脂的冲击韧性，当rPESU质量分数达到10％时，rPESU在6421树脂中形成连续相，质量分数达到15％时，6421树脂的冲击强度值高，为纯6421树脂的5倍。rPESU的加入量对6421树脂拉伸模量、压缩模量、弯曲模量的影响很小，但6421树脂的拉伸强度和弯曲强度随rPESU用量增加降低很快，rPESU质量分数达到25％时，拉伸强度和弯曲强度值降为原来的50％左右。

关键词：反应性聚醚砜；6421树脂；双马来酰亚胺；相分离；冲击韧性；树脂模塑传递工艺

0　引　言

　　6421树脂是由北京航空材料研究院开发研制的一种树脂模塑传递工艺(RTM)用双马来酰亚胺树脂。它具有高硬度、高强度、良好的耐热／耐溶剂性，再加上RTM工艺大大降低了高性能复合材料的制造成本，因此被越来越多地应用于航空航天领域。但是由于其结构特点，导致其脆性大、抗冲击性能差，通常需要加入一定量的热塑性树脂对其进行增韧。本文研究采用羟基封端的反应性聚醚砜(rPESU)基于离位增韧技术在常温下对6421双马来酰亚胺树脂冲击韧性影响，并讨论rPESU改性6421双马来酰亚胺树脂的相结构和增韧效果的关系，以及rPESU对常温下6421双马来酰亚胺树脂其他力学性能的影响。

1　实　验

1.1　原料及反应机理
　　双马来酰亚胺(BMI)树脂：牌号6421，北京航空材料研究院生产。整个树脂体系的反应机理如式1所示。BMI中双键的电子云由于受到羰基吸引而成为贫电子键，再与烯丙基化合物进行双烯的“ene”加成反应，生成中间体，然后BMI中的双键与中间体进行Diels―Aldel加成反应，并与阴离子聚酰亚胺齐聚物生成聚合物。

　　羟基封端的反应性聚醚砜(rPESU)：型号为VW-10200RFP，美国苏威公司生产。分子式如式2所示，对：BMI树脂进行改性时，主要是通过改变体系的相结构来达到增韧目的。

1.2　试验设备
　　摆锤冲击试验：Resil impactor试验机，意大利西斯特公司。力学性能测试：850型力学试验机，美国MTS公司。
1.3　浇铸体制备
　　当热塑性的rPESU树脂的质量分数≤10％时，将6421树脂和rPESU树脂在130℃的容器中进行搅拌混合，直至rPESU树脂完全溶解在6421树脂体系中，然后在120℃的真空烘箱中脱泡，后浇铸到130℃的模具当中，按照6421树脂的固化工艺(130℃／1 h→150℃／1 h→160℃／1 h→180 ℃／2 h→200℃／8 h)固化，固化完成后随炉自然冷却至室温。
　　当热塑性的rPESU树脂质量分数＞10％时，则需要在三辊机上将6421树脂和rPESU混合均匀后再抽真空脱泡，然后按前述相同的工艺操作。
1.4　制样及测试
　　简支梁冲击性能试验按照GB／T 1043.1―2008测试，用机加工的方法在试样(80 mm×10 mm×4 mm)中预制单侧C型缺口，然后用摆锤冲击试验机进行试验。
　　树脂的拉伸强度和拉伸模量测试按照GB／T 2567―2008进行，加载速度为2 mm／min。
　　压缩试验和弯曲试验均按照GB／T 2567―2008进行，其中弯曲试验的加载速度为2 mm／min。
　　将测完简支梁冲击性能试验后的试样浸泡在二甲基甲酰胺中，并将容器放置在超声波中震荡4 h，溶去rPESU，然后将刻蚀后试样用去离子水清洗干净并喷金后在s4800场发射扫描电镜(日立公司)中进行观测。

2　结果与讨论

2.1　rPESU对6421冲击韧性的影响
　　图1给出了不同质量分数rPESU对6421树脂的简支梁冲击强度的影响。

　　从图1中可以看出，初始阶段，随着rPESU含量的升高，6421树脂的冲击韧性得到很大的提高，当6421树脂中rPESU的质量分数达到15％左右时，冲击强度值大，为纯6421树脂体系的5倍左右。随着6421树脂中rPESU质量分数的进一步增加，树脂体系简支梁冲击韧性又迅速下降，当rPESU的质量分数≥20％，6421树脂的冲击强度值一直稳定在9 kJ／m²附近，这显然与rPESU在6421树脂中的相结构有关。
2.2　形貌与韧性之间的关系
　　图2是不同配比的rPESU／6421树脂浇铸体冲击后的断裂面，经过二甲基甲酰胺刻蚀。

　　从图2可以看出，在rPESU质量分数为5％能6421树脂中，富rPESU相形成海岛结构，相对均匀地分散于富6421树脂连续相中(图2(a))。而在rPESU质量分数为10％的6421树脂中，富rPESU相和部分富6421树脂相形成类似不规则网线的半互穿网络结构，将6421树脂分割包围在这种双连续相结构中，这种半互穿网络结构中，相畴的宽度大约是100―300μm(图2(b))。当rPESU的质量分数增加到15％后，大部分富6421树脂相开始由连续相转变为连续颗粒相(图2(c))，从图中可以看到大部分富6421树脂相转化为颗粒相分散于连续相的富rPESU热塑性树脂相中，仅局部有一少部分尚未转化为颗粒相的连续的6421树脂相；当rPESU质量分数达到20％以上时(图2(d)、图2(e))，富6421树脂相基本上全部转化为颗粒相均匀的分布在rPESU热塑性树脂体系。结合试样冲击强度值的变化，可以发现富热塑性的rPESU颗粒相在富6421树脂相中形成的海岛结构能够改变6421树脂脆性断裂时裂纹的发展方向，吸收一部分冲击能量从而提高树脂的冲击强度，当富rPESU相和富6421树脂相开始形成半互穿网络结构和双连续相结构，6421树脂体系的冲击强度值都得到很大的提高，这也表明以连续相结构存在的rPESU比以海岛结构形式存在的rPESU有更好的抗裂纹扩展能力。冲击强度大值出现在整个体系的富6421树脂相由连续相转变为连续颗粒相均匀分布在富tPESU相时的临界点上，即随着rPESU含量的增加，整个树脂体系发生相反转，富rPESU相成为连续薄层相，富6421树脂相转变为彼此之间仍然连接的颗粒相，且被形成薄层连续结构的富rPESU相包裹。整个6421树脂体系的冲击强度值相对于纯6421树脂体系得到明显的提升。此外，从图2(c)～图2(e)中可以看到，随着富rPESU相含量的增加，富6421树脂相颗粒粒径减小，这些现象在热固性树脂增韧的相关文献中也有报道。
2.2　rPESU对6421树脂其他力学性能的影响
　　表1给出了不同质量分数的rPESU改性的6421树脂的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度与模量值。

　　由表1可以看出，rPESU加入量对6421树脂拉伸模量、压缩模量、压缩强度、弯曲模量的影响很小，但是对拉伸强度、弯曲强度的影响很大，它们都随着rPESU质量分数的增加而整体上趋于降低，尤其是拉伸强度，当rPESU质量分数为20％时，6421树脂的拉伸强度仅为纯6421树脂的50％左右。

4　结　论

　　1)rPESU的加入能够显著提高6421树脂浇铸体冲击韧性。起初，6421树脂的冲击韧性随着rPESU质量分数的增加而增加，当6421树脂中rPESU的质量分数为15％左右时树脂的冲击韧性高，其冲击强度值为纯6421树脂的5倍，此时rPESU在6421树脂中与双马树脂本体共同形成双连续相，它能够有效的阻止裂纹的扩展，当rPESU质量分数＞20％以后，6421树脂中的冲击强度值基本保持不变。
　　2)rPESU的加入量对6421树脂拉伸模量、压缩模量、弯曲模量的影响很小，但是随着rPESU加入量的增加，6421树脂的拉伸强度和弯曲强度值降低很快，当rPESU质量分数达到20％，拉伸强度和弯曲强度值降为原来的50％左右。