蜂窝用酚醛树脂固化反应动力学研究.pdf

技术前沿
蜂窝用酚醛树脂固化反应
动力学研究
中航复合材料有限责任公司 杨进军 刘文品 马建忠
酚醛树脂的交联固化成型过程对蜂窝材料生产工
艺、产品性能有重要的影响,为了进步了解树脂的固化
过程及工艺参数,稳定产品质量,本试验采用示差扫描量
热法DSC研究了蜂窝用酚醛树脂体系的固化反应动力
学参数,为确定固化工艺参数提供依据。
要的影响,为了进步了解树脂的固 主要试验仪器为DSC200F3差
化过程及工艺参数,稳定产品质量, 示扫描量热仪,德国NETZSCH公司
本试验采用示差扫描量热法DSC 制造。
杨进军
研究了蜂窝用酚醛树脂体系的固化 测试条件:升温速率分别采取
高级工程师,中航复合材料有限责
反应动力学参数,为确定固化工艺参 5min、10min、15min、25
任公司蜂窝及芯材事业部副部长。
数提供依据。 min,样品质量约为10mg,氮气气氛,
氮气流量为40mLmin,铝制样品池,
试验
加盖。
芳纶蜂窝芯的比强度和比刚度
1 试验原料
结果与讨论
大,且具有突出的耐腐蚀性和自熄
蜂窝用酚醛树脂南通住友公
性,广泛地应用于航空、航天及高铁
司在80下处理180min,脱除乙 1 蜂窝用酚醛树脂固化反应温度
等领域。浸胶前的纸蜂窝虽然具有
醇溶剂。 为了研究蜂窝用酚醛树脂的固
较好的隔热性能,但是强度较低,易
2 试验仪器及测试条件 化反应动力学,首先测试了酚醛树脂
吸湿,其抗冲击性较差。故纸蜂窝
表1 不同升温速率下树脂的固化反应温度
般通过浸渍树脂来提高力学性能和
升温速率βmin 起始温度 T 峰值温度 T 终止温度 T
阻燃性能,改善吸湿性能,以满足各
种使用要求。酚醛树脂直作为浸
渍树脂应用在芳纶蜂窝材料领域。
酚醛树脂的交联固化成型过程
对蜂窝材料生产工艺、产品性能有重
2015 年第 14 期航空制造技术
105技术前沿 技术前沿
体系在不同升温速率下的DSC曲线, 低;当升温速率增大时,固化反应加 线方程外推到 0min,可得固化
结果如图1和表1所示。 速,最大固化放热峰的温度较高 。 反应的起始温度 的值为123.9,
由图1和表1可知,采用不同的 利用最小二乘法对不同升温速 最大反应速率的温度 的值为
升温速率时热分析曲线所显示的固 率下的固化起始温度 、固化峰顶温 167.5,固化反应的终止温度 的
化反应的起始温度 、峰顶温度 度 、固化终止温度 进行线性回 值为241.2。
蜂窝用酚醛树脂固化反应
和结束温度 有明显差异。随着升 归处理,如图2所示。当升温速率 2 蜂窝用酚醛树脂固化反应动力学
温速率的增加,DSC曲线的固化放热 为0min时, 、 及 对应的 参数
峰都向着高温方向移动。这说明固 温度为3条直线的截距。 、 和 固化反应动力学参数中表观活
化反应不仅是个热力学过程,同时 即分别对应于蜂窝用酚醛树脂的凝 化能 是衡量固化体系反应活性
动力学研究
也是个动力学过程。在较低的升 胶化温度 、固化温度 和后处 大小的重要参数; 是指前因子,表
温速率下,材料体系有充足的时间进 理温度 ,这提供了蜂窝用酚醛树 示反应速率常数与活化能的相关性;
行固化反应,最大固化放热峰温度较 脂固化加工的依据。通过拟合的直 固化反应级数 由反应过程中各个
化学反应的类型及各反应间相互的
中航复合材料有限责任公司 杨进军 刘文品 马建忠
影响所决定 。
2.1 表观活化能
Kissinger微分法和Flynn-Wall-
Ozawa积分法是处理动力学DSC曲
酚醛树脂的交联固化成型过程对蜂窝材料生产工
线数据获取各表观动力学参数的常
艺、产品性能有重要的影响,为了进步了解树脂的固化
用方法。这两种方法简单、计算量小,
5min 过程及工艺参数,稳定产品质量,本试验采用示差扫描量
在固化动力学研究中广泛采用,利用
不同升温速率下放热峰的峰值温度,
热法DSC研究了蜂窝用酚醛树脂体系的固化反应动力
就能对固化反应动力学的活化能参
学参数,为确定固化工艺参数提供依据。
数进行求解。
1Kissinger微分法。
图1 蜂窝用酚醛树脂固化反应DSC曲线
起始温度 2
要的影响,为了进步了解树脂的固 主要试验仪器为 a DSC20 P0F3差
峰值温度
化过程及工艺参数,稳定产品质量, 示扫描量热仪,德国NETZSCH公司
终止温度
由公式1可知, 与 是呈
本试验采用示差扫描量热法DSC 制造。 P
杨进军
线性关系的,根据各升温速率下DSC
研究了蜂窝用酚醛树脂体系的固化 测试条件:升温速率分别采取
高级工程师,中航复合材料有限责
曲线所得到的峰顶温度 T,按照
反应动力学参数,为确定固化工艺参 5min、10min、15min、 p25
任公司蜂窝及芯材事业部副部长。
Kissinger方程,进行线性回归,得到
数提供依据。 min,样品质量约为10mg,氮气气氛,
氮气流量为40mLmin,铝制样品池,
160 直线 ,由直线斜
试验 P
加盖。
芳纶蜂窝芯的比强度和比刚度 率 a可求出固化体系的表观活化能
1 试验原料
结果与讨论
大,且具有突出的耐腐蚀性和自熄 E-aRR为气体常数,根据截
蜂窝用酚醛树脂南通住友公
性,广泛地应用于航空、航天及高铁 距 b求出指前因子 Ae ER。
5 10 15 20 25 司在80下处理180min,脱除乙 1 蜂窝用酚醛树脂固化反应温度
等领域。浸胶前的纸蜂窝虽然具有 2Flynn-Wall-Ozawa积分法。
βmin 醇溶剂。 为了研究蜂窝用酚醛树脂的固
图2 反应温度与升温速率的关系
较好的隔热性能,但是强度较低,易
2 试验仪器及测试条件 化反应动力学,首先测试了酚醛树脂 a a
吸湿,其抗冲击性较差。故纸蜂窝
表2 树脂固化反应动力学相关数据 P
表1 不同升温速率下树脂的固化反应温度
般通过浸渍树脂来提高力学性能和
-1 ln 升温速率 βmin 起始温度 T 峰值温度 T 终止温度 T
阻燃性能,改善吸湿性能,以满足各 T GRα PT RT
种使用要求。酚醛树脂直作为浸
在不同升温速率下, Gα为最概然
渍树脂应用在芳纶蜂窝材料领域。 15 473.35 0.002113 -9.6116 1.1761 2.7080
函数,各DSC曲线峰顶温度处的α
酚10醛树脂464.45 的交联 0.002153 固化成型过程-9.9791 1.0000 2.3026
值近似相等,Gα相同,因此式2
对蜂窝材料生产工艺、产品性能有重
中,lgβ与1T 呈线性关系,进行线
航空制造技术2015 年第 14 期 2015 年第 14 期航空制造技术
T exo技术前沿 技术前沿 技术前沿
体系在不同升温速率下的DSC曲线, 低;当升温速率增大时,固化反应加 线方程外推到 7573.88.31462.97 0kJmol min,可得固化 ,指前
数据点
拟合直线