[发明专利]一种环氧树脂固化收缩体积实时监测方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种环氧树脂固化收缩体积实时监测方法。

背景技术

树脂形态发展是复合材料成型工艺的关键因素之一，将直接影响复合材料的性能。同种树脂体系在不同固化条件下所得的结构、性能可能相差极大。树脂在固化过程中由于小分子的释放以及交联反应都会使树脂体积减小，即产生化学收缩，进而导致复合材料内部产生裂纹、翘曲或褶皱等缺陷。这些缺陷都会极大降低复合材料的性能。因此，揭示固化过程中化学收缩的发展对于提高复合材料性能是至关重要的。环氧树脂在固化过程中，由于温度变化及交联反应而产生膨胀或收缩，理想的体积变化如图2所示：

A—B阶段：未反应树脂从室温T₀加热到固化温度Tc，由于热膨胀而使树脂体积膨胀，此过程没有化学收缩产生；

B—C阶段：保持固化温度恒定不变，树脂产生固化交联反应，该过程体积减小完全来自化学收缩；

C—E阶段：体系温度从固化温度Tc经过玻璃化转变温度Tg下降到室温T₀，由于冷却收缩而使体积减小。这个过程又可分为两个阶段，在玻璃化转变温度Tg以上是高弹态(CD段)，在Tg以下是玻璃态(DE段)。两个不同的状态的热膨胀系数不同，在图中表现为斜率的差异。

化学收缩一般有两种测试方法：体积膨胀法和非体积膨胀法。国外从70年代就有人利用毛细管膨胀计研究树脂交联反应时的体积变化,80年代末出现了柱塞式膨胀计，近十年来国外开始使用浮力法来测量固化过程中的化学收缩，将树脂置于一个柔软的密封袋内(通常是PE袋或硅橡胶袋)，然后悬浮在液体中，等温固化过程中树脂密度改变但外界液体密度不变，固化时体积收缩会引起浮力的变化，从而利用阿基米德原理测得体积变化。这种方法最大的问题就是浮力非常小，受外界因素影响较大，往往会得到错误结果。以上三种属于典型的体积膨胀法。非体积膨胀法一般是通过接触或非接触式传感器从一维或二维尺寸上来测量体积变化。H.Yu等人提出的动力机械分析(DMA)就是一种最典型的二维接触式传感器法,流变仪同样可用于测量和分析树脂固化过程中的化学收缩，其次还有光纤布拉格光栅传感器法、阴影云纹法等。

上诉方法存在一个共同的缺陷就是需要高精度仪器，测试只能在实验室内完成，无法应用于实际生产过程中。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时监测环氧树脂固化过程中化学收缩特性的测试方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种环氧树脂固化收缩体积实时监测方法，包括以下步骤：

1)将装满蒸馏水的滴瓶放入水浴锅中，同时将移液管、温度传感器通过橡皮塞固定在滴瓶瓶口，且移液管底端和温度传感探头深入到滴瓶液面以下；固定后升温至测试温度并保温；

2)将待测环氧树脂固化体系均匀混合装入PE袋作为待测组，抽真空排尽PE袋内部空气并密封；设置等重量环氧树脂装入PE袋作为对照组，同样抽真空排尽PE袋内部空气并密封；将待测组和对照组同时分别放入两个滴瓶内，塞紧橡皮塞，调节移液管内液柱高度，使其在0刻度线；

3)放入PE袋开始计时，通过移液管的液面变化进行读数；分别做出待测组与对照组不同反应时间所对应体积变化的曲线图；

4)将待测组体积变化曲线减去对照组体积变化曲线，即得到待测环氧树脂固化的化学收缩实时曲线。

按上述方案，所述移液管量程为1ml、精度0.01ml，滴瓶容量125ml，待测环氧树脂固化体系与环氧树脂的称取量为7～9g。

按上述方案，步骤1)所述测试温度为60-80℃。

按上述方案，步骤3)中30s读一次数，100min时计时停止，视为固化结束，每个温度重复实验5次，取平均值。

本发明具有以下优点：

通过在传统毛细管膨胀计上添加一个对照瓶能够实时监测环氧树脂的化学收缩。与现有方法相比具有便捷、准确、适用性广、能全程监控树脂的固化过程等优点。

PE袋能使树脂在三维空间内自由膨胀，非常贴近于实际生产过程，隔离状态使得树脂固化时不受外界因素所影响，其良好形变保证了树脂固化收缩可以被实时监测。

本发明与传统测试方法相比，实验装置简单、测试精度高，可广泛应用于实际生产过程。

附图说明

图1是本发明环氧树脂固化时化学收缩实时监测装置图；

图2是60℃条件下环氧树脂化学收缩随时间变化曲线；

图3是70℃条件下环氧树脂化学收缩随时间变化曲线；