适用于非热压罐成型中温固化阻燃环氧预浸料

摘要

本作品是开发了一款适用于非热压罐成型工艺(OoA)的碳纤维增强阻燃环氧树脂预浸料，这款预浸料能够在中温条件(125℃)下进行固化，固化物具有优异的阻燃性能、良好的耐热性能(Tg≥120℃)、良好的力学性能。树脂基体的阻燃等级为UL 94-V0，板材可以通过轨道交通领域的DIN 5510-2标准中“燃烧特性S4，烟密度SR2，熔滴特性ST2，烟毒性FED≤1”的指标要求，真正达到阻燃、低烟密度、低毒性、无熔滴的标准。该预浸料在中温固化的条件下，固化物仍能保持良好的耐热性，可以在85℃下长期使用。该预浸料能够利用非热压罐成型工艺进行固化成型，固化物具有较低的空隙率，且具有良好的力学性能，可以实现在航空、轨道交通等领域次承力结构件的使用。

作品介绍

环氧树脂因其具有优良的力学性能、粘结性能、耐热性能、绝缘性能，广泛应用在航空航天、轨道交通、体育休闲、机械建筑、汽车及电气等领域。尤其是随着先进复合材料的发展，环氧树脂作为最常用的树脂基体之一被大量应用于各个领域，时至今日仍有着巨大的发展潜力。然而，环氧树脂在使用过程中有着各种缺点和不足，其中对其应用限制最大的不足之一便是其易燃特性。普通环氧树脂的极限氧指数LOI仅为19.5，属于易燃材料，这对于环氧树脂在航空、汽车、轨道交通、机械建筑、电子电气等领域的应用是极大的短板。因此，研究环氧树脂的阻燃显得尤为重要。因为诸多在火灾中失去生命的人们，其死亡原因更多的不是烧死而是被燃烧所产生的有毒烟雾毒死或者因为烟密度太大而无法找到逃生通道而导致死亡。所以对于材料阻燃的研究，不仅仅要研究其阻燃特性，更要研究其烟密度和烟毒性。本作品的树脂基体是阻燃环氧树脂，其固化物的阻燃等级可以达到UL 94-V0级别，属于较高的阻燃级别。预浸料固化后板材的阻燃等级采用在欧洲及国内长期使用的德国DIN 5510-2的标准，其阻燃等级达到“燃烧特性S4，烟密度SR2，熔滴特性ST2，烟毒性FED≤1”的指标要求，真正实现阻燃、低烟密度、低毒性、无熔滴的要求。

表1 T700/F.JN-FR-01复合材料层压板力学性能

先进复合材料结构发展现如今正处于前所未有的黄金时期，然而复合材料成型多采用热压罐工艺，导致复合材料结构件的制造成本很高。因此，近年来对复合材料结构低成本成型工艺技术的研究和实践越来越多。非热压罐成型工艺(OoA)不需要采用热压罐对预浸料进行固化，在保障力学性能的前提下大大降低了材料的制造成本，这必然对材料的开发和固化工艺的优化产生较大的压力。本作品采用OoA工艺，制得的板材力学性能较好。比较典型的力学数据见表1.

先进复合材料低成本的前提是保证其具有较高性能，体现在本作品中就是保证耐热性的前提下采用中温条件的固化工艺。

本作品可应用在航空、轨道交通等领域次承力结构件或其它在阻燃方面有要求的方向。