高温应用复合材料

纤维增强高分子复合材料正越来越多地被考虑用于替换飞机和直升机的耐高温组件中的金属。由于可用于制造此类复合组件的树脂选择非常有限，汉高和Quickstep对乐泰(Loctite)苯并恶嗪树脂进行了分析，这种树脂可提供高玻璃态转化温度和卓越的热/湿性能，同时具有可在室温下储存和易加工的特性，从而能够开发节能、易于制造的热压罐外固化(Out of Autoclave, OoA)工艺。

近年来，树脂传递模塑成型(RTM)和真空辅助RTM (VARTM)等液态树脂工艺的使用快速扩大。人们对于在未来航空航天结构中更广泛地采用这些工艺有着强烈的意愿，因为可以更经济地制造大型和复杂零件，而且还可避免预浸材料的热压罐加工成本。尽管液态树脂工艺具备优势，但由于受到可用树脂系统的诸多限制，将其使用范围扩大到主要结构和高温应用还面临着挑战，这些限制包括：

• 韧性

• 高温性能

• 灌注条件

• 灌注温度下的稳定粘度

• 加工过程中具有成本效益的受控加热和冷却

在汉高和Quickstep开展的研究中，耐高温复合层压板和零件的生产采用了苯并恶嗪树脂，并结合快速加热和冷却制造方法，大幅缩短了循环时间。研究测量并报告了主要的机械强度特性，然后将该技术应用于弯曲的、整体硬化的复合面板，以证明该工艺可用于生产适用于航空航天应用的复杂零件。

高温性能材料

由于与酚醛树脂的化学结构相关，苯并恶嗪具有出色的阻燃性和非常低的固化收缩性。和酚醛树脂相比，它们无需消除挥发物即可固化，并显示出更好的固化材料性质。汉高已推出大量商用苯并恶嗪系统，适用于预浸材料、胶粘剂和灌注工艺。本次研究选用了乐泰BZ 9130 AERO树脂，并且在灌注过程中采用了Quickstep工艺进行表征。该树脂的主要特征包括：

• 室温下稳定，无需冷藏储存

• 单组分系统，因此加工物无需混合

• 宽加工窗口，适用于大型零件和复杂形状

• 灌注温度下具有稳定的低粘度

• 固化过程中释放热量少，降低了放热风险

• 高热/湿性能保持，可用于工作温度较高的应用

• 韧性提高

环保型加工

预成型树脂灌注技术是避免预浸和热压罐加工的主要目标。此项技术本身非常有益，无需预浸流程、冷藏，以及不会浪费特殊处理材料。层压板和演示板固化则选择了Quickstep工艺。它以传导加热原则为基础。该工艺在加工过程中利用传热流体(HTF)将热量和压力施加于未固化的组件。热能快速传导至固化基材（纤维和树脂）是该技术的核心。

热流体和轻微增压Quickstep工艺（高达0.8 bar）可在整个表面精确达到所需的模具温度，同时还具有更快的温升率和高效的能源利用率。这有助于更改固化周期和保压时间，不会对高分子树脂的物理和化学特性造成影响。

通过结合选定树脂的固化反应动力特性，OoA固化以及加工过程中的在线温度监控，完成层压板固化的保压时间可大幅缩短。最后，此举还可在制造过程中减少能耗。此外，成批生产所需模具更少，并减少机器工作时间和维修次数等，从而节约成本。

原型演示板的生产

为证明树脂和灌注/固化技术在更大层压平面板上的性能，预制和灌注了约1平方米的演示板。这块板由五层蒙皮板用370 gsm 5HS碳纤维织物组成，蒙皮厚度为2 mm，上方利用可拆卸芯轴安装了一组四个帽型或Ω型的加强筋。该组合件采用装袋方式装入Quickstep固化室进行灌注和固化。

令人满意的结果

乐泰BZ 9130树脂加工被证明在Quickstep工艺中属“灌注友好型”工艺，生产的无空隙面板的纤维体积在55%至57%范围之间，对于织物层压板而言，该范围属于较高值。面板的机械评估和质量测定证明，其价值类似或高于标准的基于炉子的VARTM加工生产的面板。Quickstep工艺可更快地加热或冷却层压板，在灌注过程中提供均匀温度。结果证明，汉高苯并恶嗪灌注树脂和Quickstep工艺技术具有互补优势。

汉高和Quickstep于10月中旬在美国奥兰多举办的先进材料展示会(CAMX)上展示了该项研究的全部内容。

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使用BZ 9130树脂生产的帽型加筋弯曲演示板