環(huán)氧樹脂因具有良好的耐化學性、低收縮、高強度和優(yōu)異的工藝性等優(yōu)點，在國民經濟的各個領域中應用十分廣泛[1 ～ 3]，尤其是它已成為航空航天用復合材料樹脂基體的主要原材料[4 ～ 6]。環(huán)氧樹脂固化后交聯(lián)密度高，存在內應力，質脆，抗沖擊強度低，韌性差，不能滿足高性能復合材料的要求。為提高環(huán)氧樹脂及其復合材料的性能，根據(jù)應用需要對樹脂進行增韌改性[7，8]。
      航空航天用先進復合材料所采用的較成熟的增韌方法有橡膠增韌和熱塑性樹脂增韌[9 ～ 11]。環(huán)氧樹脂基復合材料根據(jù)應用需要對環(huán)氧樹脂進行阻燃改性達到應用部位的阻燃要求，相繼開發(fā)出了很多阻燃改性環(huán)氧樹脂的方法，有共混改性和反應性改性等[12 ～ 14]。
      本文主要通過對中溫固化環(huán)氧樹脂進行增韌和阻燃改性獲得滿足要求的樹脂。為此，研制了一種中溫固化的環(huán)氧樹脂體系3233B，它主要由雙酚A環(huán)氧樹脂、增韌劑、阻燃劑、固化劑和促進劑等成分組成，其預浸料可與蜂窩或泡沫直接固化制造夾層結構，無需加膠膜，粘結強度高。適用于熱熔法工藝制備膠膜和預浸料，其預浸料粘性適中，貯存期長，具有良好的阻燃性和電性能。
      本文主要對增韌和阻燃改性的3233B 環(huán)氧樹脂體系性能及熱壓罐成型的3233B /EW250F 復合材料層壓板和夾層結構進行力學性能、阻燃性能和電性能分析，并與BMS8-79 性能要求進行對比。
      1· 實驗部分
      1. 1 主要原材料
      3233B 阻燃環(huán)氧樹脂體系: 北京航空材料研究院生產，符合Q/6S2373-2010 標準; EW250F 玻璃布: 其性能見表1，中材科技股份有限公司生產。
     
      1. 2 儀器設備
      48″熱熔預浸機( 含膠膜機) ，德國進口; WDS-100 電子式萬能試驗機，濟南試驗機制造廠; Q10 差示掃描量熱儀，美國TA 公司; Q800 動態(tài)機械熱分析儀，美國TA 公司。
      1. 3 測試方法
      拉伸試驗按ASTM D638 測試; 壓縮試驗按ASTM D695 測試; 層間剪切試驗按ASTM D3846 測試; 長梁彎曲試驗按AMS-STD401 測試; 滾筒剝離試驗按ASTM D1781 測試; 平面拉伸試驗按AMSSTD401測試。
      1. 4 預浸料的制備
      本文采用熱熔兩步法預浸工藝制備預浸料。首先利用熱熔膠膜機制造出均勻、平整的3233B 樹脂膠膜，第二步將膠膜與EW250F 玻璃布在熱熔預浸機上復合浸漬，制備出符合指標要求的預浸料。其外觀平整、粘性適中。預浸料物理性能滿足表2要求。
    
       1. 5 層壓板和夾層板的制備
       按力學性能所需層壓板厚度要求將預浸料裁剪，按經向對經向鋪貼，采用熱壓罐成型層壓板和蜂窩夾層板。固化工藝: 室溫抽真空，真空度不小于0. 075MPa; 起始加壓，壓力為0. 31 ± 0. 035MPa。當壓力達到0. 103MPa 時真空嘴接通大氣; 以0. 5 ～2. 0℃ /min 升溫速率升溫至125 ± 10℃，并保溫90 ～105min; 自然冷卻至60℃以下出罐。
       2· 結果與討論
       2. 1 3233B 樹脂體系的物理性能
       2. 1. 1 粘度-溫度曲線
       升溫速率為2℃ /min 時，測得的樹脂體系粘溫曲線見圖1 所示。由圖1 可以看出，該樹脂體系的粘度變化比較平穩(wěn)，在60 ～ 80℃范圍內，粘度在9 ～60Pa·s 之間，可以很好地成膜。
    
       2. 1. 2 凝膠時間-溫度曲線
       溫度直接影響樹脂體系凝膠時間的長短，而凝膠時間是影響固化工藝和貯存期的關鍵因素[9]。在不同溫度下測試3233B 樹脂的凝膠時間，凝膠時間-溫度關系見圖2。
    
      由圖2 結果可見，樹脂體系在110℃下凝膠時間較長，反應速度較慢，說明樹脂具有較長的潛伏期，適用于熱熔法工藝制備膠膜。
      2. 1. 3 DSC 分析
      本文采用DSC 法研究了3233B 樹脂固化體系在不同升溫速率時的放熱曲線，如圖3 所示。由圖3 可得到固化體系在不同升溫速率時的固化放熱峰的起始溫度Ti、峰頂溫度Tp、峰終溫度Tf和反應熱△H。
    
       由圖3 可知，對于樹脂體系而言，當升溫速率不同時峰溫也不相同，升溫速率越高放熱峰的Ti也越高。采用外推法可求得升溫速率為0℃ /min 時放熱峰的Ti為113. 7℃、Tp為127. 4 ℃，以及Tf為194. 6℃，說明該樹脂反應活性高、固化反應放熱集中，適合于熱壓罐、ＲTM 等成型工藝，固化溫度為125 ～ 130℃，是一種中溫固化樹脂體系。
       2. 2  3233B /EW250F 玻璃布預浸料物理性能
       3233B /EW250F 預浸料通過兩步熱熔工藝法制備。通過試驗，在涂膠溫度為65 ～ 70℃、涂膠速率為4 ～ 6m/min、浸漬速率為2 ～ 4m/min、浸漬溫度為90℃、各輥間距恒定時，可得到符合標準指標的預浸料。預浸料的外觀均勻平整、無干紗、粘性適中，其物理性能見表3。
    
       從表3 結果可見，預浸料物理性能滿足指標要求，外觀和工藝性良好，滿足復雜曲面制件對預浸料柔軟性和粘性的要求。
       2. 3 3233B /EW250F 玻璃布復合材料性能
       用3233B /EW250F 玻璃布預浸料壓制復合材料層壓板，分別測試了它在常溫、71℃ 及93℃ 下的拉伸、壓縮及層剪性能，結果見表4。
    
    由表4 可以看出，3233B /EW250F 玻璃布復合材料在不同溫度條件下的性能均達到了指標要求，71℃及93℃下各項性能保持在80%左右。
    2. 4 樹脂體系復合材料玻璃化轉變溫度
    增韌會影響復合材料的耐熱性，而耐熱性的好壞主要取決于復合材料玻璃化轉變溫度的高低[15]。采用DMA 法來測試3233B 樹脂體系復合材料的玻璃化轉變溫度，結果見圖4。
     
    從圖4 可見，復合材料的玻璃化轉變溫度在153℃左右。對于在125℃ 下固化的中溫固化樹脂來講，耐熱性比較好。
    2. 5 3233B /EW250F 玻璃布復合材料夾層板性能
    為考查3233B /EW250F 玻璃布預浸料與Nomex蜂窩的粘接性能，將上下各2 層預浸料鋪疊好后，直接貼在蜂窩( NH1. 83-128-12. 7) 上，緯紗面與蜂窩接觸，布的經向與試件最大尺寸及蜂窩的L 向平行，組裝真空袋，結果見表5。
    
    表5 結果說明，3233B /EW250F 預浸料的平面拉伸、長梁彎曲及滾筒剝離強度均達到技術指標要求，且直接可與Nomex 蜂窩進行共固化，具有良好的工藝性。
    2. 6 阻燃性能
    考查了3233B 樹脂體系的阻燃性能，利用垂直燃燒儀測試了3233B /EW250F 玻璃布復合材料在施加火焰60s 后的自熄時間、燒焦長度及有無滴落物情況，試驗結果見表6。
    
      表6 結果表明，3233B /EW250F 復合材料的燃燒性能達到了指標要求，具有良好的阻燃性。
      2. 7 電性能
      對3233B /EW250F 層合板進行了9． 3GHz 頻率下的介電性能測試，測試結果見表7。
    
      表7 結果表明，3233B /EW250F 復合材料的介電性能滿足BMS8-79 指標要求，具有良好的介電性能。
      3· 結論
     ( 1) 3233B 樹脂具有較好的工藝性，樹脂的耐熱性良好;
     ( 2) 采用熱壓罐法成型層壓板的各項力學性能比較好，玻璃布預浸料夾層結構滾筒剝離強度高，可直接用于夾層結構，不需要膠膜;
     ( 3) 3233B /EW250F 玻璃布預浸料復合材料的阻燃性能和介電性能較好;
     ( 4) 3233B /EW250F 分別達到了波音公司的BMS8-79ADStyle 1581 Class3 Grade B 的技術規(guī)范要求。