確定最優(yōu)的固化工藝參數(shù)主要是選擇最優(yōu)的加壓點,而加壓點選擇的基礎(chǔ)就是樹脂固化反應(yīng)的歷程及其黏度的變化。902 聚酰亞胺樹脂在固化過程中發(fā)生的是加成反應(yīng)。在升溫固化過程中,當(dāng)溫度未達(dá)到加成反應(yīng)的反應(yīng)溫度時,樹脂黏度隨溫度的升高而不斷降低,當(dāng)溫度達(dá)到樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)時,一方面樹脂黏度隨溫度升高不斷降低,而另一方面此時發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)并且隨著溫度升高速度由慢變快,速度達(dá)到一定數(shù)值后又逐漸降低,這是由化學(xué)動力學(xué)控制,在這一過程中樹脂交聯(lián)程度和黏度不斷增加,在這兩種作用下,樹脂存在一個黏度**點,在此附近選擇加壓時機(jī)有利于樹脂流動,減少孔隙率。
因此,選擇**黏度點加壓成為制備低孔隙率聚酰亞胺復(fù)合材料的關(guān)鍵。通過樹脂的黏度-溫度曲線可知,當(dāng)樹脂處于**黏度值時所對應(yīng)的溫度在250℃附近,與T﹣β 圖外推法得到的加壓溫度252℃附近相一致。故以250℃為參考加壓溫度點選擇了不同的加壓時機(jī)成型復(fù)合材料單向板,并進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的測試分析。
從測試結(jié)果可以看出,加壓時機(jī)對902 聚酰亞胺復(fù)合材料的孔隙率有較大影響,240℃ 之前孔隙率增加,力學(xué)性能較差,反映最明顯的是層間剪切強度低于60 MPa,240 ~ 270℃加壓,可得到較小的孔隙率,力學(xué)性能也較為優(yōu)異,尤其以240 ~ 260℃更優(yōu),彎曲強度能達(dá)到1 800 MPa 以上,層間剪切強度能達(dá)到110 MPa 左右。270℃ 之后加壓,孔隙率又呈增長的趨勢,力學(xué)性能又開始下降。
由于聚酰亞胺在100 ~ 250℃之間發(fā)生酰胺化和酰亞胺化的縮聚反應(yīng),放出大量的小分子,再加上預(yù)浸料和鋪層過程中帶入的水份和空氣等揮發(fā)份,構(gòu)成了復(fù)合材料成型過程中產(chǎn)生孔隙的主要因素。如果這些小分子不能有效地逃逸出來,樹脂在固化過程中將會在復(fù)合材料中形成孔隙被固定下來。240℃之前亞胺化反應(yīng)沒有完全,此時加壓小分子不能及時逃出,造成較大的孔隙率。260℃ 之后樹脂的黏度增加很快,即使在壓力作用下樹脂的流動阻力也非常大,小分子被包裹在復(fù)合材料中,造成孔隙率的增加。試驗結(jié)果表明,加壓時機(jī)選擇在240 ~ 260℃之間為最優(yōu)加壓區(qū)間,此時樹脂的黏度較低,而且亞胺化反應(yīng)已經(jīng)完成,有利于小分子的逃逸,可以得到較低孔隙率的高質(zhì)量復(fù)合材料。