四大先进复合材料用热固性树脂基体并举发展

　　碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料，具有高比强度 、高比模量，耐高温、耐腐蚀、耐疲劳，抗蠕变，导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，是当今世界首选的高性能纤维。目前，它已经广泛用于航天、航空、能源、交通、石油、化工、化肥、农药、纺织机械、建筑材料、环境工程、电子工程、医疗机械、文体器材和劳动保护等领域。碳纤维以其固有的特性赋予了其复合材料优异的性能，在工程塑料改性方面，它赋予高强高模；在导电材料方面，可以改善注射模塑共混物、涂料等的抗静电、电磁屏蔽性能；在摩擦材料方面，增强材料以耐高温、耐腐蚀的性能，与树脂组成的C/C复合材料又是最耐腐蚀的材料之一。
　　以碳纤维为增强剂的先进树脂基复合材料是航空航天工业中最重要材料之一，如飞行器减重等关键问题需要碳纤维复合材料来解决，对包括飞行器在内的许多国防装备的隐身也是这种材料的另一研究方向。碳纤维作为一种具有高强度、高模量、耐高温、而腐蚀等优异性能的新型非金属材料，也开始用于用于非军工部门。我国在这方面虽然有30年研究历史，最近在在汽车制动方面的应用实现了国产化。
　　鉴于对先进复合材料，不仅要求其具有高的比强度、比模量和韧性，而且要求具有隐身性能，即兼有结构及功能性能，因此开发综合性能优异的树脂基体成为研究重点。方向是：提高高韧性的树脂基体，如复合材料的冲击后压缩强度(CAl)>300 MPa的树脂基体；具有高透波率的树脂基体；吸收雷达波的树脂基体；耐热300 ℃以上的树脂基体；适用于RTM等新型工艺的树脂基体。其中，除吸收雷达波的树脂基体外均已研制成功，但比国外还有一定差距。研究树脂基体依然以原有树脂改性为主，合成新品种兼顾。目前四大先进复合材料用热固性树脂基体的开发正呈并举发展之势。
　　——环氧树脂(EP)基体。EP基体综合性能优异，工艺性好，价格较低，目前仍是应用最普遍的树脂基体。国内飞机结构及航天结构用碳纤维复合材料的基体主要是EP类。如用作垂尾壁板的T300／4211为三氟化硼乙胺固化酚醛环氧树脂，用于前机身的T300／LWR—1为DDS固化E—54环氧树脂，用于直升机旋翼的T300／YEW—7808为咪唑固化混合环氧树脂等。这些树脂基体尚存在韧性不足、耐湿热性差甚至预浸料贮存期短的缺点，改性方向主要是改善韧性、提高湿热性能、开发综合性能较好的中温固化树脂体系，典型的有双氰胺／促进剂体系。目前国内已开发出可溶解丙酮一类普通溶剂的改性双氰胺(如双氰胺与酚醛等缩合的产物)，采用超声波振动细化双氰胺并增加与环氧树脂的混熔性；国内已进入到实用化阶段的中温固化体系品种多，比较成功的是由某飞机工业公司开发的HD58，它为催化的芳香二胺体系，韧性较高。
　　——双马来酰亚胺(BMl)树脂基体。这是工作温度150～250℃的树脂基体，耐热性优于多官能环氧树脂但低于聚酰亚胺树脂，吸湿率较环氧树脂低，通过改性可获得韧性和耐湿亡于耐热环氧树脂、工艺性又优于聚酰亚胺接近环氧的树脂基体，以满足高速飞机主受力结构用复合材料的需要。增韧方法有：用EP增韧，在提高韧性的同时还能显著地提高制备复合材料的工艺性；用烯丙基苯化合物（AP）增韧，如O,O－二烯丙基双酚Ａ，国内西北工业大学已合成并工业化；用热塑性树脂(TP)增韧，常用的有PES、PEK、PBI、PEI、PSU，这是获得高韧性BMI树脂的主要方法。国内在热塑性树脂增韧BMI树脂方面已作了大量研究，某航空研究院新研制的5428、5429树脂用T700碳纤维制备。
　　——氰酸酯树脂。氰酸酯树脂是80年代开发的一类兼有结构和功能性的树脂，其特点一是介电常数低、介电损耗角正切极小；二是tg较高，耐热性优于EP、略低于BMI树脂三是吸湿率较低，远低于EP和BMI树脂；四是工艺优良，与EP相当。它的典型的品种有：氰酸酯，包括：低介电损耗的氰酸酯树脂(Dow化学公司的Xu—71787．02L，可作为雷达罩树脂)，韧性的氰酸酯树脂，可用橡胶、热塑性树脂增韧，商品化品种有Ｈexel公司的561-65树脂等，我国某航空材料研究院也研制了改性氰酸酯树脂基体5284。