典型双马来酰亚胺树脂固化动力学模型的研究

对由二苯甲烷双马来酰亚胺与二烯丙基双酚A体系制得的典型双马来酰亚胺树脂体系的固化动力学模型进行研究,目前国内绝大多数双马来酰亚胺树脂体系都是在此基础上改性得到的。并采用DSC方法研究典型双马来酰亚胺树脂的固化过程,用恒温和动态两种方法分析其固化反应。根据自催化与n级反应方程,采用least-squares方法和Kissinger方法进行数据处理,建立该树脂体系的固化动力学模型并确定其固化动力学参数,此模型与实验结果具有良好的吻合性。同时该模型揭示了典型双马来酰亚胺树脂体系的固化反应是按不同机理分段进行的,在反应过程中由自催化模型转变为n级反应模型。此模型为合理的研究双马来酰亚胺树脂体系的工艺参数,保证产品质量以及工艺优化提供了必要的前提条件。      

填料对环氧树脂固化动力学及触变性能的影响

通过差示扫描量热法(等温DSC和非等温DSC)研究了白水泥、膨润土、粉煤灰等无机填料对环氧树脂-聚酰胺体系固化动力学的影响;利用流变仪对体系的触变性能进行了测试。研究发现,环氧树脂-聚酰胺体系的固化反应级数在2～3左右,该反应具有自催化反应的特征,在90～100℃温度条件下,固化反应全段可用Kamal模型描述;而在反应温度较低时(50～80℃),固化前期可以用Kamal模型描述,后期反应由化学控制向扩散控制转变,只能用扩散控制的反应机理模型描述。在100份环氧树脂中加入5份稀释剂和50份无机填料,当填料为白水泥、粉煤灰以及粒径325目的膨润土时,在80℃条件下固化反应全段仍然可以用Kamal模型描述。当填料为粒径400目的膨润土时,体系的触变性显著增强,固化反应初始可以用Kamal模型描述,后期转为扩散控制,所以体系的流动性变差是导致固化反应动力学由化学控制转为扩散控制的主要因素。     

潜伏性环氧树脂/胺基酰亚胺体系的固化动力学

分别采用Kamal模型和Kissinger模型研究了E-51/胺基酰亚胺潜伏性固化体系的等温和非等温固化动力学,讨论了该体系的固化反应机理。结果表明,由这两种动力学模型得到的固化动力学参数基本相近,E-51/胺基酰亚胺体系固化反应起始阶段的活化能较高,约为124 kJ/mol～131 kJ/mol。该体系的固化反应包含n级反应和自催化反应。胺基酰亚胺热分解反应是E-51/胺基酰亚胺体系固化反应的控制步骤。     

非等温DSC法研究复合材料用环氧树脂的固化反应

采用非等温DSC研究了一种复合材料用环氧树脂体系的固化反应。采用n级反应模型和Malek等转化率法确定了固化反应动力学方程,通过外推法优化其固化工艺,测试优化后工艺下制备的树脂浇铸体的固化度和力学性能。结果表明,n级反应模型与实验值差别较大;采用Malek等转化率法判断固化反应按自催化反应机理进行,在2.5～15℃/min升温速率下,自催化模型计算曲线与实验曲线吻合较好;优化确定其固化工艺为70℃/2h+110℃/2h,在该工艺下制备的浇铸体固化度达98.51%,拉伸强度和弯曲强度分别为75.11MPa和128.10MPa。     

等温DSC法研究RFI用环氧树脂固化动力学

为了预测固化反应的进程,采用STA 449C型差示扫描量热仪,用等温DSC法研究了室温下成膜、中温固化的RFI工艺用(E-44/E-21(6/4,质量比))/GA-327＝100/40(质量比)环氧树脂体系在80、90、100、110、120℃下的固化过程,通过Matlab数据拟合良好性统计法得到了n级固化模型、自催化模型及复合模型方程中的各个参数值。根据R2和离差平方和SSE确定了适合的动力学模型。研究表明:该树脂体系的固化反应具有自催化和扩散控制的特征,低温下受扩散控制的影响更大;该体系的固化反应动力学符合自催化反应动力学模型,其表观活化能E_a为56.7kJ/mol,指前因子A为1.18×107 s-1,固化反应的反应级数m、n分别为0.529和1.561。      

基于非等温法的耐高温环氧树脂体系固化反应动力学研究

采用不同升温速率下的非等温DSC研究一种TR1219B耐高温环氧树脂体系的固化反应,分别通过n级反应模型和Malek最大概然机理函数法确定固化反应机理函数,求解固化反应动力学参数,得到固化反应动力学模型。结果表明:通过Kissinger和Crane方法求解动力学参数所得到的n级反应模型与实验值差别较大;采用Malek方法判别机理表明,该固化反应按照自催化反应机理进行,实验得到的DSC曲线与模型计算所得到的曲线吻合良好,所确立的模型在5~20K/min的升温速率下能较好地描述该环氧体系的固化反应过程。     

基于自动铺放技术的变刚度复合材料层合板固化变形特性

准确预测和控制变刚度结构的固化变形是合理进行变刚度设计的关键环节,复合材料结构的固化变形不仅会影响结构的刚度强度特性、同时会对结构的装配性能产生影响。基于自动铺放技术,提出面向过程的丝束-路径-面板多级三维变刚度有限元模型算法。结合Kamal自催化固化动力学模型和广义Maxwell黏弹性本构模型进行热-化学-力多场耦合分析,计算固化过程中结构内部温度场、固化度场和残余应力场的变化,最终得到变刚度层合板的固化变形特性。通过参数化分析,研究了自动铺放过程中轨迹控制参数T₀、T₁和覆盖法则对结构固化变形产生的影响。研究结果表明：T₀=45°时,当T₁0变刚度结构的固化变形随着T₁的增大而增大,当T₁>T₀,变刚度结构的固化变形随着T₁的增大而减小。100%覆盖法则有效减小结构的固化变形,而0%覆盖法则使固化变形增大。本文提出的方法可以有效预测工艺参数对变刚度结构固化变形的影响。     

非等温DSC法研究高韧性低收缩环氧体系固化动力学

采用非等温DSC法对一种高韧性低收缩环氧树脂体系(E-51/E-20/DAMI)固化动力学进行了研究。分别通过n级反应模型法和自催化模型法得到了固化反应动力学方程。结果表明,n级反应方程与实验值差别较大;而采用Malek判据判别该固化反应按自催化反应机理进行,并通过"单点非模型"拟合法求解动力学参数,模型计算曲线与DSC实验曲线基本吻合。但由于动力学控制和扩散控制竞争关系的改变,随升温速率的提高,实验曲线逐渐偏离模型曲线,体系的总放热焓变小。所确立的模型在5K/min～25K/min的升温速率下能较好地描述E-51/E-20/DAMI体系的固化反应过程。     

低黏度环氧树脂固化度唯象模型及其在实际工程中的应用

采用等温和非等温差示扫描量热(DSC)对Huntsman1564/3486低黏度环氧树脂体系的固化反应进行了研究,建立了修正的Olivier固化度唯象模型,用于描述恒温条件下固化度温度时间关系。模型计算值与实验值符合良好。监测了基于实际工程应用背景85mm厚复合材料单面模具加热固化过程中制件厚度方向的温度情况,针对该过程提出了基于修正Olivier模型的适用于变温条件的时间离散分步计算法,并计算了固化过程厚度方向的固化度分布。     

GF/VE复合材料的等温固化动力学模型

采用DSC差示扫描量热分析仪研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料等温固化过程及升温后固化过程,建立了新的自催化模型来模拟其等温固化过程。结果表明,新建的模型很好地模拟了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料等温固化过程,尤其适合于复合材料的高温固化过程模拟。     

GFRP厚板制件固化过程固化度分布

采用真空导入模塑工艺(VIMP) 制备了85 mm 厚玻璃纤维增强环氧树脂层合板, 单面刚性模具加热固化, 沿铺层厚度方向设置热电偶, 进行了实时固化温度监测, 发现固化时厚度方向存在明显的温度差异。通过DSC方法得到等温环氧树脂固化度-时间实验数据, 建立了基于自催化反应模型的等温固化反应动力学方程, 模型计算值和实验值符合良好; 提出了时间离散分步计算法, 对非等温固化条件下, 厚度方向的固化度分布进行了计算。结果表明: 固化过程中厚度方向固化度存在差异, 短时间的后固化可以消除此差异。该方法可以模拟出由温度差异导致的固化度的不均匀分布, 用于指导优化固化工艺。      

Study on Cure Behavior of a Model Epoxy System by Means of TTT Diagram

Duetotheirhighstrength,modulusandfracture toughnessaswellasgoodadhesionandthermalre sistance[1],epoxyresinsasmatricesarewidelyused inaeronautics,astronautics,transportation,sports andotherindustry.Standardepoxyresinsareusually basedonDGEBA(diglycidyletherofbisphenolA),whichneedsactivehydrogenorotheractivegroupsto opentwoepoxyrings.Four functionalepoxylike TGMDA(tetraglycidylmethylenedianiline)isoften usedforhigh performanceepoxymatrixcomposites becauseofitsrelativelyhighercross linkingdens…     

相反转法制备水性环氧树脂及其固化动力学

以琥珀酸酐、聚乙二醇、E-51为原料合成了非离子型乳化剂,利用相反转法制备了水性环氧树脂乳液和水性环氧固化剂。用红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热(DSC)和热重分析(TGA)研究了水性环氧树脂与甲基四氢苯酐(MeTHPA)的热稳定性和固化机理。结果表明,水性环氧树脂与MeTHPA已固化完全;固化反应符合两个参数的自催化esták-Berggre(S-B)模型,固化反应的平均表观活化能为73.95 kJ/mol。MeTHPA与环氧树脂物质的量比为0.6的热稳定性最好。     

Effect of carbon nanofibers on the cure kinetics of unsaturated polyester resin: Thermal and chemorheological modelling

We report the study of the effects of carbon nanofibers (CNFs) on the cure kinetics and on the chemorheology of unsaturated polyester resins (UP). Two main experimental techniques were utilized: differential scanning calorimetry and rheometry. Isothermal and dynamic tests were performed on the neat polyester resin and on two nanocomposite systems, with 0.5 and 1.0 wt.% of CNFs. Furthermore, a TGA study of the selected systems at different isothermal temperatures was performed to evaluate the styrene consumption and related loss rate during the curing process. Subsequently, a phenomenological model (autocatalytic approach) was applied to the experimental data, both in isothermal and dynamic conditions. In the case of dynamic curing, the evidence of multiple peaks in the heat flow curves was studied through the deconvolution of the overall reaction thermogram in single reaction steps. An empirical rheological model coupled with the reaction kinetics was successfully applied to simulate the viscosity changes of the UP matrix. Experimental and modelling results demonstrate the presence of a delay effect of the CNFs on the cure of the UP resin matrix.     

Fiber-optic epoxy composite cure sensor. II. Performance characteristics

The performance of a fiber-optic epoxy composite cure sensor, as previously proposed, depends on the optical properties and the reaction kinetics of the epoxy. The reaction kinetics of a typical epoxy system are presented. It is a third-order autocatalytic reaction with a peak observed in each isothermal reaction-rate curve. A model is derived to describe the performance characteristics of the epoxy cure sensor. If a composite coupon is cured at an isothermal temperature, the sensor signal can be used to predict the time when the gel point occurs and to monitor the cure process. The sensor is also shown to perform well in nonstoichiometric epoxy matrices. In addition the sensor can detect the end of the cure without calibration.