碳纤维增强树脂基复合材料作为先进复合材料的一个最重要的分支,具有高的比强度和比模量、热胀系 数小、抗疲劳、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好、便于大面积整体成型,层间剪切强度及纤维强度转化率都较高,不易产生静电聚集,使用温度高、不会产生热失强,并有吸收雷达波的隐身功能,广泛应用于军机、导弹、运载火箭和卫星飞行器等结构件中, 成为发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。
环氧树脂是最早应用的缠绕大型固体火箭发动机壳体用树脂基体,具有优良的工艺性和与增强纤维的亲和性,固化后具有较高的强度和模量。目前各国在新研制的火箭发动机上几乎都采用碳纤维复合材料壳体,基体普遍采用环氧树脂。环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上的环氧基团的一类有机高分子化合物。 由于分子结构中含有活泼的环氧基团,它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔三维网状结构的高聚物。主要特点有:
1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系可以适应各种应用形式提出的要求, 其范围可以从极低的黏度到高熔点固体。
2、固化方便。选用不同的固化剂,环氧树脂体系可以在5℃~180℃内固化。
3、 黏附力强。环氧树脂中固有的极性羟基和醚键的存在,使其对各种物质具有较高的黏附力。
4、与酚醛、不饱和聚酯树脂相比,在固化过程中显示出很低的收缩率(2%)。
5、 固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。
6、固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电孤的优良绝缘材料。
7、固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。
8、固化后的环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。
9、 耐霉菌性。固化后的环氧树脂体系耐大多数霉菌,可以在苛刻的热带条件下使用。
环氧树脂的品种很多,但根据它们的分子结构,大体上分为五大类:缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、线型脂肪族类和脂环族类。目前常用树脂基体为双酚A型环氧树脂,其分子结构中,含有羟基和醚键,随着固化反应的进行,将进一 步生成更多的羟基和醚键,羟基和醚键的存在使固化后的产物有较高的内聚力,而且与被粘物表面可产生很强的粘附力。由于其分子结构中含有硬链节,因而,固化收缩率比较低,内应力比较小,但耐热性较差。
阅读延伸:《树脂基体在碳纤维复合材料中起什么作用》