碳纖維預(yù)浸料就是把基體樹脂浸漬在碳纖維中制成片狀的疊層材料，現(xiàn)已成為廣泛應(yīng)用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造工藝的一類中間材料。作為復(fù)合材料的中間材料，預(yù)浸料的性質(zhì)可以直接影響到復(fù)合材料的優(yōu)劣，除自身具有優(yōu)良的粘結(jié)性能外還應(yīng)具有良好的韌性和模量等性能優(yōu)勢(shì)。對(duì)于復(fù)合材料的設(shè)計(jì)來說，預(yù)浸料是具有一定力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)單元，如何提高預(yù)浸料性能的關(guān)鍵則在于預(yù)浸料用的樹脂體系與增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合性。

       高性能碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)、高比模、性能可設(shè)計(jì)性及綜合性能優(yōu)異等特點(diǎn)在航空、航天、兵器和艦船等領(lǐng)域得到普遍重視，并已在航空航天領(lǐng)域得到了較廣泛的應(yīng)用。

       隨著近年來碳纖維預(yù)浸料產(chǎn)品從航空航天到再生能源的廣泛應(yīng)用，它正迅速發(fā)展并成為廣大應(yīng)用復(fù)合材料的理想選擇。實(shí)際上，由于預(yù)浸料被廣泛接受和面臨一些新的市場(chǎng)機(jī)遇，目前預(yù)浸料基體樹脂行業(yè)在整體上頗具吸引力。
    作為熱固性樹脂的代表，環(huán)氧樹脂具有良好的物理化學(xué)性能，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對(duì)堿及大部分溶劑穩(wěn)定。而良好的粘結(jié)性能、優(yōu)良的浸潤(rùn)性和工藝性能，對(duì)于制造高性能的碳纖維預(yù)浸料具有其不可替代的作用。

       預(yù)浸料從２０世紀(jì)４０年代末期開始采用，直到２０世紀(jì)６０年代末７０年代初，高性能增強(qiáng)纖維如：碳纖維、芳綸等相繼問世，預(yù)浸料才有了長(zhǎng)足的進(jìn)步發(fā)展。隨著碳纖維性能的不斷提高，促進(jìn)了碳纖維預(yù)浸料的研究和開發(fā)，工藝技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，世界上各大預(yù)浸料生產(chǎn)商也密切注視市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)態(tài)，力圖占有盡可能多的市場(chǎng)份額。碳纖維預(yù)浸料快速發(fā)展，要求我們?cè)趯?shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?；耐瑫r(shí)，更要做好預(yù)浸料基體樹脂的研究，從根本上提高碳纖維預(yù)浸料的性能。碳纖維預(yù)浸料專用樹脂基體的開發(fā)研究作為碳纖維復(fù)合材料開發(fā)利用的前提工作，必將對(duì)碳纖維預(yù)浸料復(fù)合材料的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。此項(xiàng)研究的開發(fā)利用將為碳纖維材料在航空航天、潛艇、原子能、運(yùn)動(dòng)器材、密封材料、剎車材料、音響材料及高檔民品等先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用上提供一個(gè)廣闊的空間，實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。

    1、國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)及科研情況概述

    1、1國(guó)外生產(chǎn)及科研情況

    日本東邦特耐克絲（Ｔｏｈｏ?。裕澹睿幔┯邢薰拘紤?zhàn)略轉(zhuǎn)向碳纖維預(yù)浸料，用以大力加強(qiáng)在全球航空市場(chǎng)的戰(zhàn)略舉措。該公司使用聚醚醚酮熱塑性樹脂的碳纖維復(fù)合材料，用于空中客車Ａ３５０寬體飛機(jī)上的技術(shù)已得到確認(rèn)。同時(shí)熱固性樹脂苯并嗪的碳纖維復(fù)合材料，用于Ａ３８０飛機(jī)的技術(shù)核查已經(jīng)完成。東邦稱，對(duì)碳纖維復(fù)合材料在航空市場(chǎng)上的需求，預(yù)計(jì)將從目前５?。埃埃埃簦嵩鲩L(zhǎng)至２０１５年１萬(wàn)ｔ以上和２０２５年約２萬(wàn)ｔ。

       瑞士固瑞特公司（Ｇｕｒｉｔ）也在預(yù)浸料產(chǎn)業(yè)上有了長(zhǎng)期的發(fā)展計(jì)劃。為高要求結(jié)構(gòu)用途研發(fā)的ｓｐａｒ?。校颍澹纾裕?nbsp;產(chǎn)品是一種用于厚層合段的單向預(yù)浸料，是專為風(fēng)輪葉片主梁而設(shè)計(jì)的材料。另一種產(chǎn)品ＷＥ９１ＬＥ是ＷＥ９系列環(huán)氧預(yù)浸料的新品種，它具有較低的放熱特性，無需中間的暫停時(shí)間，可在現(xiàn)有的和新的成型工藝中優(yōu)化固化作業(yè)，從而進(jìn)一步縮短周期時(shí)間，提高生產(chǎn)率。它可以在８５℃的溫度下固化，但也可以在１２０℃下用６５ｍｉｎ固化，以加快部件的制造。這種預(yù)浸料脫離儲(chǔ)存后的適用期為６０ｄ（２１℃）
。
       預(yù)浸料是赫氏（Ｈｅｘｃｅｌ）公司的一大業(yè)務(wù)。２００８年該公司推出了專為風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的殼體、主梁和根部研發(fā)的一種名為ＨｅｘＰｌｙ?。停保沟男驴铑A(yù)浸料。在此基礎(chǔ)上該公司生產(chǎn)的Ｈｅｘ－Ｐｌｙ　Ｍ１９預(yù)浸料具有ＨｅｘＰｌｙ?。停瓜盗蓄A(yù)浸料產(chǎn)品同樣的力學(xué)性能和操作性能。它使用更安全，對(duì)環(huán)境更友好。在航空市場(chǎng)上，赫氏公司ＨｅｘＴｏｗ中模量碳纖維增強(qiáng)的ＨｅｘＰｌｙ 增韌環(huán)氧預(yù)浸料已獲得一項(xiàng)價(jià)值４０～５０億美元的合同。值得一提的是赫氏公司不久前又推出一種不用熱壓罐固化的新式預(yù)浸料ＨｅｘＰｌｙ?。停担丁＃龋澹校欤停担队煤?jiǎn)單的真空固化爐就可獲得同樣的品質(zhì)和性能，節(jié)省了熱壓罐設(shè)備的投資和運(yùn)行。

       英國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料集團(tuán)公司（ＡＣＧ）制造多種飛機(jī)內(nèi)部用預(yù)浸料，這些預(yù)浸料使用不同規(guī)格的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂體系和碳纖維、玻璃纖維等增強(qiáng)材料。在飛機(jī)內(nèi)部應(yīng)用中，ＡＣＧ的預(yù)浸料展現(xiàn)了優(yōu)良的防火特性，使各部件達(dá)到了強(qiáng)制性的規(guī)章要求。
    
       １．２國(guó)內(nèi)生產(chǎn)及科研情況

       由于預(yù)浸料產(chǎn)品的性能優(yōu)異，已經(jīng)成為碳纖維工業(yè)中頗有地位的一個(gè)技術(shù)核心，而針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)浸料基體樹脂的開發(fā)研究已逐漸凸顯出來。我國(guó)近年來也有很多企業(yè)和科研院所對(duì)預(yù)浸料產(chǎn)品的開發(fā)研制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，盡管與國(guó)際各大企業(yè)相比還有一定的差距，但是從研發(fā)到生產(chǎn)工藝上都有了較大的提高。

       沈陽(yáng)中恒新材料有限公司生產(chǎn)了一系列的碳纖維復(fù)合產(chǎn)品。根據(jù)碳纖維含量不同有多種ＺＦ系列牌號(hào)的碳纖維預(yù)浸料。嘉興中寶碳纖維有限責(zé)任公司于２００２年引進(jìn)歐洲先進(jìn)預(yù)浸料生產(chǎn)線，具有年生產(chǎn)碳纖維、芳綸、玻璃纖維及其織物預(yù)浸料３００萬(wàn)ｍ２ 的能力。目前，該公司產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于體育休閑制品和工業(yè)制品中。晶華寶利來碳纖維布制造有限公司引進(jìn)國(guó)際上具有２１世紀(jì)先進(jìn)水平的碳纖維制造設(shè)備，可以根據(jù)用戶不同需求生產(chǎn)各種規(guī)格的碳纖維布、復(fù)合預(yù)浸布、單向玻璃纖維布、環(huán)氧布及建筑補(bǔ)強(qiáng)加固用碳纖維片材。
    
       此外，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第３９研究所、西安工程科技學(xué)院、北京航空材料研究院、北京化工大學(xué)、北京玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院等科研院所都對(duì)預(yù)浸料的基體樹脂進(jìn)行了開發(fā)研究，對(duì)我國(guó)碳纖維預(yù)浸料基體樹脂的發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。

       壓縮天然氣因其環(huán)保的能源概念越來越多的應(yīng)用在汽車動(dòng)力上，隨之而來帶動(dòng)了天然氣儲(chǔ)罐的蓬勃發(fā)展。為確保安全，復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在天然氣儲(chǔ)罐的纏繞修復(fù)上。碳纖維預(yù)浸料復(fù)合材料因其質(zhì)輕、強(qiáng)度高、安全性高、減震性好等優(yōu)異特點(diǎn)已經(jīng)備受關(guān)注。

       隨著吉林石化公司千噸碳纖維項(xiàng)目生產(chǎn)裝置的建設(shè)與投產(chǎn)，“十二五”期間，高性能的Ｔ７００、Ｔ８００碳纖維及千噸碳纖維的生產(chǎn)都將對(duì)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)起到一定的推動(dòng)作用。作為復(fù)合材料的中間體，碳纖維預(yù)浸料的研發(fā)工作迫在眉睫。如何適應(yīng)市場(chǎng)的變化，將碳纖維產(chǎn)品真正地廣泛應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，碳纖維預(yù)浸料的研發(fā)將是個(gè)瓶頸。

       2·預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂合成和調(diào)配方案

       針對(duì)于國(guó)內(nèi)外碳纖維預(yù)浸料專用樹脂基體的研究工作，鑒于各種預(yù)浸料生產(chǎn)的方法，制備熱固性的碳纖維預(yù)浸料更能適應(yīng)國(guó)民生產(chǎn)生活的需要，并且可以更加適用于干法制備碳纖維預(yù)浸料。作為熱固性樹脂的代表，環(huán)氧樹脂具有良好的物理化學(xué)性能和介電性能，變定收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對(duì)堿及大部分溶劑穩(wěn)定。目前環(huán)氧樹脂品種主要是雙酚Ａ型環(huán)氧，其次是溴化雙酚Ａ 型環(huán)氧和酚醛型環(huán)氧。

        傳統(tǒng)的低粘度環(huán)氧樹脂生產(chǎn)主要由ＮａＯＨ催化的一步法和離子催化的二步法制備，分別通過形成酚鈉鹽，脫ＨＣｌ形成一縮水甘油醚，再脫ＨＣｌ形成二縮水甘油醚的方法和雙酚Ａ 于環(huán)氧氯丙烷（ＥＣＨ）縮合形成氯醇醚，氯醇醚脫ＨＣｌ形成二縮水甘油醚方法制備。其中無論哪種方法形成的一縮水甘油醚和二縮水甘油醚都可繼續(xù)與雙酚Ａ、ＥＣＨ 作用形成高分子質(zhì)量的多縮水甘油醚?？刂贫s水甘油醚的生成和促進(jìn)醚化雙酚反應(yīng)，避免鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，都是控制環(huán)氧樹脂粘度的有效手段，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐的需要可以系統(tǒng)地考察調(diào)配。

       ２．１　各種工業(yè)或?qū)嶒?yàn)室制備方法

       如圖１所示，該生產(chǎn)設(shè)計(jì)路線中，環(huán)氧樹脂的合成包含醚化和閉環(huán)兩步反應(yīng)，在反應(yīng)初期，過量ＥＣＨ 的加入對(duì)醚化反應(yīng)是十分有利的；ＥＣＨ 大量過量，可抑止分子鏈之間的反應(yīng)，避免分子鏈的增長(zhǎng)，順利制得低相對(duì)分子質(zhì)量樹脂，但過剩的ＥＣＨ的繼續(xù)存在對(duì)閉環(huán)反應(yīng)非常有害，容易導(dǎo)致ＥＣＨ與醚化產(chǎn)物的進(jìn)一步加成，從而使相對(duì)分子質(zhì)量值偏高、相對(duì)分子質(zhì)量分布不均勻以及粘度增大，因此在醚反應(yīng)結(jié)束后，盡可能地蒸出過剩的ＥＣＨ，生產(chǎn)方法采用共沸脫水法，即水和ＥＣＨ 共沸蒸出經(jīng)冷凝后上層水返回反應(yīng)體系，下層ＥＣＨ回收經(jīng)處理后再使用。共沸脫水法不僅縮短了反應(yīng)時(shí)間，而且使脫ＥＣＨ 反應(yīng)溫度大大降低，對(duì)產(chǎn)品樹脂的色澤有利［１８－２２］。
            
       ２．２　碳纖維預(yù)浸料對(duì)樹脂基體的要求

        碳纖維預(yù)浸料除體現(xiàn)了碳纖維增強(qiáng)纖維的優(yōu)異性能外，樹脂基體的性能也會(huì)原封不動(dòng)地被帶到復(fù)合材料及其構(gòu)件中，是復(fù)合材料性能的基礎(chǔ)，復(fù)合材料成型時(shí)的工藝性能和力學(xué)性能取決于碳纖維預(yù)浸料的性能。通常對(duì)碳纖維預(yù)浸料的主要要求有以下幾點(diǎn)：

      （１）樹脂基體和碳纖維的相容性要好。碳纖維碳化過程后，經(jīng)過上漿劑等表面處理后與樹脂基體的相容性會(huì)有明顯的提高，而現(xiàn)在普遍所采用的上漿劑中一般都含有少許環(huán)氧類樹脂成分，因?yàn)樽鳛樘祭w維預(yù)浸料用的環(huán)氧樹脂可以提高復(fù)合材料的層間強(qiáng)度。

     （２）樹脂基體要有適當(dāng)?shù)恼承院弯伕残?。?duì)于樹脂基體來說，粘性不宜太大，以便鋪層涂膜時(shí)粘度過大不易控制預(yù)浸料的均勻性；粘性也不能太小，以使在工作溫度下２塊預(yù)浸料能粘貼在一起不至分開，而影響其加工工藝。一般來說，對(duì)于碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂的最理想狀態(tài)是夏天不粘手，冬天不脆硬。而單一的環(huán)氧樹脂類型是無法滿足這一理想狀態(tài)的，因此要根據(jù)碳纖維預(yù)浸料的具體應(yīng)用性能而進(jìn)行多種環(huán)氧樹脂類型的復(fù)配來實(shí)現(xiàn)。

     （３）樹脂含量的控制要適中。針對(duì)于不同預(yù)浸料形式，樹脂含量的調(diào)節(jié)是不同的，根據(jù)碳纖維絲束的性能不同，一般單向預(yù)浸料的樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在３０％～３３％左右，而對(duì)于織物預(yù)浸料而言，由于碳纖維織物需要與基體樹脂有更多的浸潤(rùn)點(diǎn)，其樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以相應(yīng)提高到４０％左右。

    （４）揮發(fā)分含量要盡可能得小。一般預(yù)浸料的揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)要控制在２％以下，以降低復(fù)合材料中的孔隙含量，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。與此同時(shí)也有利于保護(hù)環(huán)境和保障人體的生命安全。
    工藝性能、力學(xué)性能、耐熱性等方面的要求詳見表１。
            
       為了滿足碳纖維預(yù)浸料專用的環(huán)氧樹脂調(diào)配要求，近年來有很多研究小組進(jìn)行了多方面的探討，研究結(jié)果表明，預(yù)浸料用專用環(huán)氧樹脂大多為酚醛型和雙酚Ａ 型環(huán)氧樹脂。其中酚醛型環(huán)氧樹脂可提高樹脂體系的反應(yīng)活性和耐熱性，雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂可調(diào)節(jié)樹脂體系的粘度。

       ＨａｊｉｍｅＫｉｓｈｉ等［２３］以雙官能度的雙酚Ａ 型和三官能度的酚醛型環(huán)氧樹脂或更多的組合物為基體制備了碳纖維預(yù)浸料。大背戶浩樹等［２４］研究了碳纖維預(yù)浸料，所用的樹脂基體多為雙酚縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、酚醛縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂及少量縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂的組合。洼寺一直等［２５］將液態(tài)雙酚Ａ 型環(huán)氧樹脂、固體雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂和甲酚酚醛型環(huán)氧樹脂組合作為基體制備了可用于運(yùn)動(dòng)器材的預(yù)浸料。張旭玲等［１３］指出，適于預(yù)浸料的樹脂體系最好是液體雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂與固體雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂并用。目前可適用的低粘度液體雙酚Ａ 環(huán)氧樹脂有Ｓｈｅｌｌ公司的Ｅｐｉｋｏｔｅ８２８、Ｄｏｗ 公司的Ｄ．Ｅ．Ｒ　３３１、大連齊化的ＤＹＤ?。保玻负蜔o錫樹脂廠的Ｅ－５２Ｄ。高粘度固體雙酚Ａ環(huán)氧樹脂有Ｓｈｅｌｌ公司的Ｅｐｉｋｏｔｅ　１００１、Ｄｏｗ 公司的Ｄ．Ｅ．Ｒ?。叮罚薄５驼扯确尤┉h(huán)氧樹脂有Ｄｏｗ公司的Ｄ．Ｅ．Ｎ４３１。高粘度酚醛環(huán)氧樹脂有Ｄｏｗ公司的Ｄ．Ｅ．Ｎ４３８。具體的物性指標(biāo)見表２。

      ２．３　基體樹脂的選擇和調(diào)配

      基體樹脂的選擇和調(diào)配。環(huán)氧樹脂因其反應(yīng)原料選擇的不同以及反應(yīng)條件各個(gè)環(huán)節(jié)的不同，其性能有著明顯的差別。針對(duì)天然氣瓶為應(yīng)用背景的碳纖維預(yù)浸料產(chǎn)品，在基體樹脂的選擇和調(diào)配上，不但要保證環(huán)氧樹脂基體的產(chǎn)品質(zhì)量性能的穩(wěn)定，還要求與碳纖維增強(qiáng)纖維相結(jié)合。

       ２．３．１樹脂調(diào)配過程中均勻性的控制

       在制備環(huán)氧樹脂基體過程中，控制調(diào)配反應(yīng)的熱傳質(zhì)不均、局部反應(yīng)過快等因素，選擇好催化劑和促進(jìn)劑的用量，可控制基體樹脂在調(diào)配過程中的均勻性。從控制初期的投料量，選擇活性較小的促進(jìn)劑，提高攪拌效率等多方面協(xié)調(diào)考察。

       ２．３．２　基體樹脂粘度的控制

       制基體樹脂粘度，減少預(yù)浸料皺紋的產(chǎn)生。確定適合的樹脂粘度，滿足表面平整、均勻的預(yù)浸料產(chǎn)品的需要。如何減少預(yù)浸料橫向皺紋的產(chǎn)生也是對(duì)碳纖維預(yù)浸料專用樹脂基體考核的一個(gè)重要指標(biāo)。上下隔離膜應(yīng)能與預(yù)浸料均勻地貼合，既不能使預(yù)浸料樹脂粘性太大讓膠轉(zhuǎn)移到隔離膜上，也不能夠使預(yù)浸料樹脂粘性太小讓預(yù)浸料與隔離膜不能貼合造成收卷時(shí)預(yù)浸料產(chǎn)生橫向起皺。因此要得到分子質(zhì)量和粘度均一穩(wěn)定的環(huán)氧基體樹脂產(chǎn)品，才能保證碳纖維預(yù)浸料產(chǎn)品的表面光滑平整。

        ２．４　工藝流程及設(shè)備

        針對(duì)碳纖維預(yù)浸料樹脂基體開發(fā)的要求，選擇更加簡(jiǎn)便的環(huán)氧樹脂的復(fù)配方案，可以更快更直接地應(yīng)用到碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)實(shí)踐中，其具體的實(shí)驗(yàn)路線如圖２所示。
           
       該生產(chǎn)設(shè)計(jì)路線中，基體樹脂的選擇是決定預(yù)浸料質(zhì)量的關(guān)鍵。既要保證對(duì)固化時(shí)間的控制，又可以通過控制樹脂體系的粘度來調(diào)整預(yù)浸料的粘接性能。但在通常狀況下，單一的樹脂很難達(dá)到合適的預(yù)浸料生產(chǎn)指標(biāo)，通常采用幾種不同環(huán)氧樹脂的組合來實(shí)現(xiàn)。其中酚醛型環(huán)氧可提高樹脂體系的反應(yīng)活性和耐熱性，雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂可調(diào)節(jié)樹脂體系的粘度。

       熱熔法預(yù)浸料需要在室溫下具備一定的貯存期，因此固化體系通常采用改性脂肪族胺、芳香族二胺、雙氰胺等潛伏性固化劑。其中，雙氰胺由于價(jià)格低及加工性好，是最為常見的一種固化劑。由于雙氰胺固化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)極性高，在環(huán)氧樹脂中的溶解性不好，而且要在較高溫度下（１５０℃）固化環(huán)氧樹脂。在固化體系中加入促進(jìn)劑就可以解決上述的問題，典型的促進(jìn)劑有脲類化合物、咪唑化合物等可以有效地降低固化溫度。催化劑能在較高的溫度下加速環(huán)氧樹脂與固化體系的反應(yīng)，而在低溫能夠保持潛伏狀態(tài)，因此可以更加合理地控制環(huán)氧樹脂的固化。針對(duì)于碳纖維預(yù)浸料增強(qiáng)環(huán)氧樹脂，環(huán)烷酸鈷、辛酸鈷、硬脂酸鈷作為催化劑已經(jīng)有了一定的前期研究基礎(chǔ)。

       ２．５　碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂的固化體系

       碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂的固化體系一般包括固化劑、促進(jìn)劑和催化劑３種類型。在環(huán)氧樹脂調(diào)配的過程中，除了樹脂的預(yù)熱和調(diào)配比例外，固化體系的選擇制備對(duì)整個(gè)調(diào)配過程有著至關(guān)重要的作用。

       ２．５．１　固化劑的選擇

       由于預(yù)浸料需要在室溫下具備一定的貯存期，因此通常采用具有潛伏性的固化體系。潛伏性的固化劑通常為分散型固化劑，常溫下為固態(tài)且無法溶解于環(huán)氧樹脂中。雙氰胺由于價(jià)格便宜和良好的加工性，成為預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂體系最常用的一種潛伏性固化劑。

       ２．５．２　促進(jìn)劑的選擇

       在固化體系中選擇促進(jìn)劑的主要作用是提高雙氰胺類化學(xué)結(jié)構(gòu)極性較高的分子在環(huán)氧樹脂中的溶解性。此外，由于雙氰胺一般需要在１５０℃下才能固化環(huán)氧樹脂，而促進(jìn)劑的加入可以有效地降低雙氰胺的固化溫度，而理想的固化溫度可以降至１２０℃，適合于中溫?zé)崛鄯ㄖ苽涮祭w維預(yù)浸料。常用的促進(jìn)劑主要以脲類衍生物和咪唑類改性產(chǎn)物為雙氰胺的常用促進(jìn)劑，不但可以起到提高雙氰胺溶解性和降低固化溫度的作用，還可以明顯提高固化劑在室溫下的貯存時(shí)間。

       ２．５．３　催化劑的選擇

       針對(duì)于碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂的催化劑，要求其在較高的溫度下加速環(huán)氧樹脂與固化體系的反應(yīng)，而在低溫能夠保持潛伏狀態(tài)，即在低溫下不催化固化反應(yīng)。催化劑的合理添加是有利于控制環(huán)氧樹脂的固化的，對(duì)于進(jìn)行熱熔法碳纖維預(yù)浸料的生產(chǎn)的可操作性是很有利的。催化劑一般可以選用環(huán)烷酸鈷、辛酸鈷、硬脂酸鈷等，出于生產(chǎn)成本考慮，輔以部分丁腈橡膠增韌劑也能起到很好的作用。

       ３·碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂調(diào)配中爆聚原因及其控制

       環(huán)氧樹脂基體在制備過程中，爆聚產(chǎn)生的原因是樹脂混合物在受熱狀態(tài)下，環(huán)氧樹脂在促進(jìn)劑的作用下發(fā)生固化反應(yīng)，在Ｂ階段發(fā)展過程中，因樹脂傳熱不均、局部過熱使反應(yīng)過快，反應(yīng)熱又加速了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，最終導(dǎo)致爆聚的產(chǎn)生。碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂調(diào)配的具體操作工藝路線示意圖如圖３所示。
            
       ３．１　爆聚形成原因
      
       樹脂基體在制備過程中引起爆聚的原因，可歸納為以下幾個(gè)方面：
    （１）工藝溫度高，反應(yīng)速度快；（２）在一定溫度下，時(shí)間過長(zhǎng)；（３）樹脂基體制備時(shí)一次投料量過大，物料粘度又高，不易攪拌均勻，特別是固化劑和促進(jìn)劑混合不均勻。

       ３．２　爆聚現(xiàn)象的控制

       ３．２．１　工藝過程應(yīng)控制

       合理制定工藝參數(shù)，樹脂基體的制備工藝采取低溫長(zhǎng)時(shí)間，盡可能降低工藝過程溫度。對(duì)于中溫固化樹脂，一般在７５℃以下進(jìn)行操作，或高溫短時(shí)間操作，盡可能縮短工藝過程高溫條件下的時(shí)間。中溫固化的樹脂也可以通過長(zhǎng)時(shí)間的低溫預(yù)熱反應(yīng)來控制。對(duì)于高溫樹脂，由于混合和工藝溫度遠(yuǎn)低于樹脂固化溫度，制備過程中樹脂反應(yīng)緩慢，一般不會(huì)引起爆聚現(xiàn)象。

       采用先進(jìn)的非電熱設(shè)備和混合工藝加熱樹脂基體，使常規(guī)方法需要３０～６０ｍｉｎ的加熱過程，縮短到２ｍｉｎ，提高了工作效率，大大減少了樹脂的熱歷程，防止了因樹脂基體熱傳導(dǎo)差，經(jīng)常發(fā)生爆聚的現(xiàn)象。

      ３．２．２　一次投料量的控制

      根據(jù)樹脂反應(yīng)規(guī)律及攪拌混合的效果，選用３５０Ｌ的反應(yīng)器，一次投料量不宜過多，一般不超過２００ｋｇ。結(jié)果顯示，混合效果優(yōu)良，生產(chǎn)效率高，且能有效控制樹脂的爆聚。

       ３．２．３　選擇活性較小的促進(jìn)劑

       選擇低活性的固化促進(jìn)劑，減緩固化反應(yīng)的速度，延長(zhǎng)樹脂的凝膠時(shí)間，降低樹脂過速反應(yīng)引起爆聚的相對(duì)性。

       ３．２．４　選擇合理的反應(yīng)設(shè)備

       選擇合適的混合器，提高攪拌效率，改善混合效果。根據(jù)工藝要求，改進(jìn)混合器結(jié)構(gòu)，使樹脂基體在攪拌過程中沒有死角；使用多個(gè)攪拌器，以高低速不同的攪拌速度進(jìn)行攪拌，提高混合攪拌的效果；并改進(jìn)混合器出料結(jié)構(gòu)，使配膠結(jié)束后，樹脂基體能快速?gòu)幕旌掀鞣懦?；盡快降低樹脂基體溫度。

       ３．２．５　充分混合固化體系

       將固化劑、促進(jìn)劑和催化劑按照一定的配比，可以經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬螅谌佈心C(jī)上再次進(jìn)行混合加工，務(wù)必使整個(gè)固化體系達(dá)到絕對(duì)的均勻，在混合溫度適當(dāng)?shù)那闆r下，將固化體系添加到樹脂體系中，迅速攪拌，減少局部反應(yīng)熱，如此可以縮短含固化體系樹脂基體的熱歷史。

       ４·結(jié)　語(yǔ)

       碳纖維預(yù)浸料用環(huán)氧樹脂的研發(fā)技術(shù)關(guān)鍵是要根據(jù)碳纖維預(yù)浸料的應(yīng)用實(shí)際選擇合理的樹脂體系組合。與此同時(shí)，要選擇有較長(zhǎng)潛伏期的固化劑和促進(jìn)劑的匹配以及合適的催化劑。在環(huán)氧樹脂基體調(diào)配的過程中還要充分?jǐn)嚢?，控制反?yīng)溫度和樹脂體系質(zhì)量，防止爆聚現(xiàn)象的出現(xiàn)。在滿足碳纖維預(yù)浸料對(duì)樹脂體系要求的前提下，提高樹脂體系和預(yù)浸料的貯存期。作為高性能碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，碳纖維預(yù)浸料環(huán)氧樹脂的研究必將對(duì)碳纖維預(yù)浸料在日常生活領(lǐng)域及航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。