1·引言
氰酸酯樹脂(cyanateesterresin)是含有兩個或兩個以上氰酸酯官能團(-OCN)的新型高性能樹脂，具有高玻璃化轉變溫度和熱穩定性、低介電常數和介電損耗[1]。這些優異的性能使它能夠滿足航空航天領域結構/功能復合材料的要求，是一種具有良好前景的高性能基體樹脂[2，3]。然而，由于氰酸酯樹脂結構高度對稱，因此較脆，不能很好地滿足使用要求，故有必要對其進行改性。為了改善氰酸酯樹脂的韌性，人們提出了許多改性途徑，其中用環氧樹脂來改善氰酸酯樹脂的韌性、工藝性并降低成本的研究引起人們極大興趣[4~15]。本文采用環氧樹脂改性氰酸酯樹脂，研究出適用于纖維纏繞且具有較高耐熱性能樹脂體系。
2·實驗
2·1原材料
氰酸酯樹脂，國產;環氧樹脂，國產;促進劑，自制。
2·2性能測試
樹脂基體的拉伸性能和彎曲性能，采用Instron5500R試驗機測試。DSC采用Pyris6DSC，在氮氣環境下升溫速度為10℃/min條件下測定。熱變形溫度采用XWB-300F熱變形維卡溫度測定儀測試。NOL環剪切性能和拉伸性能，采用Instron5500R試驗機測試。介電性能采用QS30西林電橋，在頻率50Hz電壓1000V下測定。
3·結果與討論
3·1樹脂基體選擇
固化后的純氰酸酯樹脂脆性較大，往往要進行增韌改性。研究發現，氰酸酯樹脂可與環氧樹脂發生共聚合反應，生成氰脲環、異氰酸酯環、惡唑烷環及三嗪環等。因此氰酸酯/環氧改性樹脂既能形成大量的三嗪環，保留氰酸酯樹脂固有的性能優點，又能形成交聯網絡，提高材料的力學性能;樹脂固化物中含有大量的醚鍵，因而具有較高的韌性。通過對不同改性樹脂體系進行凝膠時間及DSC曲線的對比試驗和分析，不同樹脂體系具有不同的反應活性，影響著固化條件和耐熱性能。本文研究工作選擇了兩種改性氰酸酯樹脂體系-體系A和體系B。體系A是單一的氰酸酯樹脂環氧改性體系，而體系B是兩種氰酸酯樹脂經混合預聚后的環氧改性體系。
3·2樹脂基體的工藝性能
在纖維增強樹脂基復合材料的纏繞成型工藝中，樹脂基體的粘度是主要工藝指標之一。因此，我們希望研究的樹脂體系，在室溫下粘度與傳統的濕法纏繞環氧樹脂體系要求的粘度相似。本文研究工作對體系A和體系B進行了粘度測試，結果見圖1、圖2所示。
圖1 改性氰酸酯樹脂體系溫度-粘度曲線
圖2 改性氰酸酯樹脂體系時間-粘度曲線
由圖1可以看出，對于A、B兩個樹脂體系而言，溫度在20~40℃范圍內，樹脂粘度隨溫度升高而迅速降低。當溫度達到50℃時，粘度已小于100mPa·s。可以認為，A、B兩個樹脂體系在20~35℃溫度范圍內具有合適的粘度，是纏繞成型較好的工藝窗口。圖2表明，40℃恒溫條件下，粘度隨時間的增加并無明顯變化，這種平穩的趨勢可保持8小時以上。另外，將兩種體系在室溫下放置三周，均未見凝膠。由圖中還可看出，體系B的粘度略高于體系A，這是由于體系B中增加了一種分子量大的氰酸酯樹脂。不過從圖中可以看出，A、B體系粘度、使用期均能滿足濕法纏繞工藝的要求，具有優良的工藝性能。
3·3樹脂基體熱性能環氧樹脂的加入對基體的耐熱性能產生影響。表1是樹脂基體的熱變形溫度比較。從表1可知，改性后氰酸酯樹脂基體的熱變形溫度較純氰酸酯樹脂基體有所降低。還可以看出，后處理對樹脂基體耐熱性能有很大影響，當基體未經后處理時，耐熱性能未達到最佳，這是由于機體的固化不完全，沒有完全交聯;而經后處理的基體固化更完全，從而使耐熱性能有很大提高。
表1 基體熱變形溫度
由于CE存在熱固化反應溫度高，固化時間長的問題，給工藝帶來一定的困難。采用催化劑可以降低CE的固化反應溫度并縮短反應時間，大大改善工藝性。通過對催化體系進行DSC曲線和凝膠時間的對比試驗和分析，不同的催化劑具有不同的反應活性，影響固化條件，對耐熱性影響較大，對其他性能影響較小，催化劑加入量也直接影響體系的耐熱性能。表2所示為自制復合催化劑用量對體系B熱變形溫度的影響。從表中可知，隨著催化劑含量的增加，體系的熱變性溫度隨之降低。
表2 催化劑對熱變形溫度的影響
3·4樹脂基體力學性能
兩種改性樹脂體系的澆鑄體性能見表3。從表3可以看出，不同的改性樹脂基體，其性能不同。相比較而言，體系B的性能較好，其彎曲強度達到116.98MPa，延伸率達到2.74%，增韌效果明顯，其拉伸強度大大高于體系A。說明兩種氰酸酯樹脂經混合預聚對體系的力學性能有很大提高。
表3 澆鑄體性能
3·5樹脂基體介電性能
對純氰酸酯樹脂和改性體系B測定介電常數，并分別測定常溫、130℃、155℃下的介質損耗因數，測試結果見表4。表4表明改性氰酸酯樹脂在常溫和高溫條件下均具有優良的介電性能。
表4 改性氰酸酯樹脂體系介電性能
3·6改性樹脂基體與纖維界面性能對體系B分別以S2玻璃纖維和T700碳纖維做增強材料，采用纖維濕法纏繞工藝，在相同的條件下制作NOL環，并進行性能測試，結果見表5。表5表明改性氰酸酯基體與纖維的界面性能良好。
表5 體系A的NOL環性能
4·結語
本文研究的改性氰酸酯樹脂(體系A和體系B)在25℃下粘度均小于500mPa·s，且40℃下的使用期大于8小時，完全適用于濕法纏繞工藝。改性氰酸酯樹脂基體不僅充分發揮了氰酸酯樹脂的高耐熱性和優良的介電性能，同時由于環氧樹脂的加入還具有良好的力學性能和韌能。其復合材料具有很好的應用前景。可應用于高速數字和高頻印刷電路板、高性能透波材料和航空結構材料、導彈結構材料，還可用于高性能飛機雷達天線罩。而且，由于其寬頻帶特征，且具有低而穩定的介電常數和介電損耗角正切值，也是制造隱身飛行器的材料之一。
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