RTM工藝是目前液體復合材料成型工藝中發(fā)展得比較迅速的一種先進復合材料成型工藝，并廣泛應用于航空、航天、汽車以及民用建筑等各個領域。1]。RTM工藝的一個主要優(yōu)點是低壓成型且樹脂對纖維只有一步浸潤過程，所以RTM工藝對樹脂的要求較高，特別是樹脂的流變行為必須確保纖維／樹脂的一步流動浸潤質(zhì)量、預成型體的耐沖刷性及低注射壓力等要求，因此研究開發(fā)適合于RTM工藝的樹脂基體是其關鍵環(huán)節(jié)。一般來講，適合RTM工藝的、理想的樹脂體系應該具有下列特點：長的適用期和注皎溫度下較低的黏度；凝膠時間短；揮發(fā)性小，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生。

       環(huán)氧3266樹脂體系是北京航空材料研究院最新開發(fā)的一種RTM用低黏度高韌性環(huán)氧樹脂體系。其與美國CYTEC公司同級別的CYC()M 823 RTMr4樹脂性能指標相當，某些性能如彎曲性能等還要高些。本工作研究了該樹脂體系的流變特性，并建立其化學流變模型，系統(tǒng)揭示和掌握該樹脂體系的流變特性，為科學確定RTM工藝低黏度工藝平臺窗口、實現(xiàn)樹脂工藝參數(shù)的全局優(yōu)化和保證產(chǎn)品質(zhì)量提供必要的理論依據(jù)。

1  材料及實驗

1.1  實驗材料

       RTM工藝結構復合材料用環(huán)氧3266樹脂體系，北京航空材料研究院自制。

1.2實驗內(nèi)容

1.2.1  示差掃描量熱(DSC)分析

      使用美國Thermal Analvsis＆．Rheology Instru-ments Inc.的oio DSC型分析儀，升溫速率為5'C/min，由室溫升至150 C。DSC實驗前，分別用高純銦(99. 9990/)和鋅(99. 9990/)校正溫度軸和能量軸。實驗均采用氮氣保護，氣體流量為50ml_/min。

1.2.2  黏度隨時間變化關系的測定

      根據(jù)DSC曲線，確定23，30，40，50 C為測試溫度點，對新鮮樹脂體系進行測定。所用儀器為：NDJ-5s型數(shù)顯黏度計，帶水浴恒溫槽，上海天平儀器廠生產(chǎn)。測試時間≥12h。

1.2.3  黏度隨溫度變化關系的測定

       運用美國產(chǎn)Brookfield DV-I型數(shù)字式黏度計，對新鮮樹脂體系進行測定。轉子號：SC4-34，體積：9. 5ml_，轉速／倍數(shù)：60/10，升溫速率：1 C/min。

2  結果與分析

2.1  DSC曲線分析

        圖1是環(huán)氧3266的DSC圖。由圖1可以看出：該樹脂體系在較寬的溫度范圍內(nèi)有一較為緩慢的單一反應放熱峰，說明各組分反應同步，溫度的波動對樹脂體系的反應影響較小，這對復合材料的成型有利；反應放熱峰的起始溫度、峰值溫度和終止溫度分別為80，152 C和180，是一個較為典型的中溫固化體系；考慮DSC測試所取的試樣量（約5mg）與實際工藝的樹脂量不同，綜合DSC結果和熱擴散因素的影響，初步確定樹脂的工藝溫度應在70 C以下才能滿足RTM工藝注射時間的要求；當溫度小于60 C時，樹脂體系熱焓的變化很小，說明溫度小于60 C時體系反應進行很緩慢，應具有比較理想的工藝操作期。
2.2  動態(tài)黏度分析

      對實驗1.2.3的數(shù)據(jù)作圖，便得溫度一黏度動態(tài)曲線如圖2所示。      樹脂黏度在30～100 C之間低于400mPa．s，而且在相當長的一段溫度范圍內(nèi)樹脂的黏度小于50mPa．s，這對于該樹脂的RTM成型工藝而言是最有意義的。結合樹脂DSC曲線考慮到RTM工藝對樹脂成型使用周期盡可能長的要求，若選擇該段溫度中的某一溫度作為RTM注膠過程中的儲膠溫度較為合適，又考慮到動態(tài)實驗過程中結果的滯后性以及實驗與實際成型之間的差異，故初步選擇25～105 C的溫度做具體的黏度與溫度及時間實驗測試與分析。

2.3  等溫黏度分析
       
       通過DSC曲線和動態(tài)黏度曲線分析，在20～50°C范圍內(nèi)選取四個溫度23，30，40°C和50°C作等溫黏度測試，依據(jù)實驗1.2.2測試數(shù)據(jù)結果作圖可得到圖3。        由圖3可以明顯看出，樹脂維持在任意溫度條件下，隨著反應時間的延長，固化度增加，樹脂黏度逐漸升高，只是黏度上升的平緩趨勢有所區(qū)別。

2.4化學流變模型的建立

       本研究采用雙阿累尼烏斯方程建立黏度模型，其理論基礎如下：
       基于Florv凝膠理論和Stockmayer支化理論，Roller根據(jù)黏度與溫度、時間的關系首先提出四參數(shù)模型：
        四參數(shù)模型能夠很好的描述等溫過程的熱固性樹脂的黏度變化。考慮到測試方法的準確性，為消除實驗方法帶來的誤差，使實驗結果更為準確地顯示樹脂的真實黏度特性，故引入相對黏度概念，即在一定溫度下，樹脂在t 時刻的黏度（nt）與樹脂初始黏度（n0）的比值。而且熱固性樹脂的固化反應期間黏度特性是由兩個不同但彼此相關的過程控制的，即熱活化和反應過程，因此化學流變模型采用的是這兩種影響加和在一起的經(jīng)驗關系——在整個可加工成型工藝溫度范圍內(nèi)樹脂的相對黏度特性符合雙阿累尼烏斯黏度方程，其相對黏度方程如下：
       用各時刻黏度值與零時刻黏度值相比，得到不同溫度下的一系列相對黏度值，再將其對時間作圖，便可得到圖5的結果。將相對黏度與時間的關系(n0/nt-t)進行非線性最小方差分析，擬合得到不同溫度下的模型參數(shù)n值，見表1。將不同溫度下的模型參數(shù)n擬合值取對數(shù)，并且將Inn與1/T作圖，便可以得到圖6．
       由圖6可以看出，Inn與l/T的線性關系比較好，表明以上熱固性樹脂化學流變模型對環(huán)氧3266樹脂的擬合具有很好的可靠性。通過對Inn與1/T的線性擬合，可以計算出參數(shù)K3、K4是。的具體數(shù)值，從而進一步可以得到模型參數(shù)卵的具體表達式，結果如下：     將(7)式代入(2)式，得到環(huán)氧3266樹脂的等溫相對黏度模型：        為確定該關系式的有效性，將實驗數(shù)據(jù)與擬合曲線進行比較，其結果可由圖7得知。由圖7可以看出模型曲線與實驗值具有較好的吻合性。將(8)式與(6)式相結合，便可得到環(huán)氧3266樹脂黏度計算數(shù)學模型，結果如下：        將該模型所得結果與實驗值進行對比（如圖8），在圖中清晰的看到在時間不是很長（小于9h）的情況下，模型對于黏度的擬合還是比較準確的，這已經(jīng)滿足了樹脂的工程設計要求；但在高溫下，樹脂的黏度預測總有偏差，而且時間越長，偏差越大，這可能是由于溫度越高，時間越長，反應的單元越復雜，而且以上兩個因素（時間和溫度）對擴散的影響尚不清楚等原因造成的；而在低溫下的偏差，主要是由于測試時間太短，只單一地體現(xiàn)溫度對黏度的影響，不能充分體現(xiàn)出長時間反應對黏度的影響。        根據(jù)黏度數(shù)學模型（式9）可以做出分別以黏度、時間、溫度為坐標的三維曲面圖，如圖9所示。        為了更加形象直觀地說明黏度、溫度、時間這三者的關系，同時也為了工程應用的方便，對圖9作等高線（等黏度）處理便得到圖10所示的時間一溫度一等黏度曲線，圖上每條線上的數(shù)字代表對應的黏度(mPa．s)。        由環(huán)氧3266樹脂的動態(tài)黏度曲線分析及DSC曲線分析可知，樹脂在30～80 C之間性能穩(wěn)定而且反應放熱曲線比較平緩，因此在理論上其中的任何一個溫度點都有可能成為RTM的注膠溫度，但必須以樹脂黏度、適用期以及成型周期作為RTM成型工藝點的選擇基礎，因此確定低黏度平臺的黏度要求分別為500，400，300，200，100，50mPa．s，由模型(9)對環(huán)氧3266樹脂的工藝窗口特征（低黏度平臺時間）準確的進行預報，預報結果列于表2。
3  結論

    研究表明，雙阿累尼烏斯流變模型可較好地用于RTM工藝專用環(huán)氧3266樹脂體系化學流變行為的模擬分析，模型分析結果與實驗結果取得一致性。環(huán)氧3266樹脂在50～110 C的溫度范圍內(nèi)可以滿足航空結構復合材料RTM成型的基本工藝要求。該樹脂體系在50～80°C內(nèi)，黏度低于200mPa．s的時間可達3h以上。因此，可以確定3266樹脂體系最適宜的注射溫度為50～80°C。而且注膠溫度范圍寬，適合較大零件的加工。該研究所建立的樹脂流變模型及工藝窗口預報將為高性能復合材料RTM工藝參數(shù)優(yōu)化及實施提供科學依據(jù)。