一種環(huán)氧樹脂固化收縮體積實時監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種環(huán)氧樹脂固化收縮體積實時監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]樹脂形態(tài)發(fā)展是復合材料成型工藝的關鍵因素之一，將直接影響復合材料的性能。同種樹脂體系在不同固化條件下所得的結構、性能可能相差極大。樹脂在固化過程中由于小分子的釋放以及交聯(lián)反應都會使樹脂體積減小，即產(chǎn)生化學收縮，進而導致復合材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋、翹曲或褶皺等缺陷。這些缺陷都會極大降低復合材料的性能。因此，揭示固化過程中化學收縮的發(fā)展對于提高復合材料性能是至關重要的。環(huán)氧樹脂在固化過程中，由于溫度變化及交聯(lián)反應而產(chǎn)生膨脹或收縮，理想的體積變化如圖2所示:
[0003]A—B階段:未反應樹脂從室溫To加熱到固化溫度Tc，由于熱膨脹而使樹脂體積膨脹，此過程沒有化學收縮產(chǎn)生；
[0004]B—C階段:保持固化溫度恒定不變，樹脂產(chǎn)生固化交聯(lián)反應，該過程體積減小完全來自化學收縮；
[0005]C—E階段:體系溫度從固化溫度Tc經(jīng)過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg下降到室溫To，由于冷卻收縮而使體積減小。這個過程又可分為兩個階段，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以上是高彈態(tài)(CD段)，在Tg以下是玻璃態(tài)(DE段)。兩個不同的狀態(tài)的熱膨脹系數(shù)不同，在圖中表現(xiàn)為斜率的差異。
[0006]化學收縮一般有兩種測試方法:體積膨脹法和非體積膨脹法。國外從70年代就有人利用毛細管膨脹計研究樹脂交聯(lián)反應時的體積變化，80年代末出現(xiàn)了柱塞式膨脹計，近十年來國外開始使用浮力法來測量固化過程中的化學收縮，將樹脂置于一個柔軟的密封袋內(nèi)(通常是PE袋或硅橡膠袋)，然后懸浮在液體中，等溫固化過程中樹脂密度改變但外界液體密度不變，固化時體積收縮會引起浮力的變化，從而利用阿基米德原理測得體積變化。這種方法最大的問題就是浮力非常小，受外界因素影響較大，往往會得到錯誤結果。以上三種屬于典型的體積膨脹法。非體積膨脹法一般是通過接觸或非接觸式傳感器從一維或二維尺寸上來測量體積變化。H.Yu等人提出的動力機械分析(DMA)就是一種最典型的二維接觸式傳感器法，流變儀同樣可用于測量和分析樹脂固化過程中的化學收縮，其次還有光纖布拉格光柵傳感器法、陰影云紋法等。
[0007]上訴方法存在一個共同的缺陷就是需要高精度儀器，測試只能在實驗室內(nèi)完成，無法應用于實際生產(chǎn)過程中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)氧樹脂固化過程中化學收縮特性的測試方法。
[0009]為達到上述目的，采用技術方案如下:
[0010]—種環(huán)氧樹脂固化收縮體積實時監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0011]I)將裝滿蒸餾水的滴瓶放入水浴鍋中，同時將移液管、溫度傳感器通過橡皮塞固定在滴瓶瓶口，且移液管底端和溫度傳感探頭深入到滴瓶液面以下；固定后升溫至測試溫度并保溫；
[0012]2)將待測環(huán)氧樹脂固化體系均勻混合裝入PE袋作為待測組，抽真空排盡PE袋內(nèi)部空氣并密封;設置等重量環(huán)氧樹脂裝入PE袋作為對照組，同樣抽真空排盡PE袋內(nèi)部空氣并密封;將待測組和對照組同時分別放入兩個滴瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞，調(diào)節(jié)移液管內(nèi)液柱高度，使其在O刻度線；
[0013]3)放入PE袋開始計時，通過移液管的液面變化進行讀數(shù);分別做出待測組與對照組不同反應時間所對應體積變化的曲線圖；
[0014]4)將待測組體積變化曲線減去對照組體積變化曲線，即得到待測環(huán)氧樹脂固化的化學收縮實時曲線。
[0015]按上述方案，所述移液管量程為Iml、精度0.0lml,滴瓶容量125ml，待測環(huán)氧樹脂固化體系與環(huán)氧樹脂的稱取量為7?9g。
[0016]按上述方案，步驟I)所述測試溫度為60_80°C。
[0017]按上述方案，步驟3)中30s讀一次數(shù)，10min時計時停止，視為固化結束，每個溫度重復實驗5次，取平均值。
[0018]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0019]通過在傳統(tǒng)毛細管膨脹計上添加一個對照瓶能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)氧樹脂的化學收縮。與現(xiàn)有方法相比具有便捷、準確、適用性廣、能全程監(jiān)控樹脂的固化過程等優(yōu)點。
[0020]PE袋能使樹脂在三維空間內(nèi)自由膨脹，非常貼近于實際生產(chǎn)過程，隔離狀態(tài)使得樹脂固化時不受外界因素所影響，其良好形變保證了樹脂固化收縮可以被實時監(jiān)測。
[0021]本發(fā)明與傳統(tǒng)測試方法相比，實驗裝置簡單、測試精度高，可廣泛應用于實際生產(chǎn)過程。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明環(huán)氧樹脂固化時化學收縮實時監(jiān)測裝置圖；
[0023]圖2是60°C條件下環(huán)氧樹脂化學收縮隨時間變化曲線；
[0024]圖3是70°C條件下環(huán)氧樹脂化學收縮隨時間變化曲線；
[0025]圖4是80°C條件下環(huán)氧樹脂化學收縮隨時間變化曲線。
【具體實施方式】
[0026]以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術方案，但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0027]本發(fā)明環(huán)氧樹脂固化收縮體積實時監(jiān)測方法，參照附圖1所示，其過程如下:
[0028]I)將裝滿蒸餾水的滴瓶放入水浴鍋中，同時將移液管、溫度傳感器通過橡皮塞固定在滴瓶瓶口，且移液管底端和溫度傳感探頭深入到滴瓶液面以下；固定后升溫至測試溫度60_80°C并保溫。
[0029]所用移液管量程為lml、精度0.01ml，滴瓶容量125ml，待測環(huán)氧樹脂固化體系與環(huán)氧樹脂的稱取量為7?9g。
[0030]2)將待測環(huán)氧樹脂固化體系均勻混合裝入PE袋作為待測組，抽真空排盡PE袋內(nèi)部空氣并密封;設置等重量環(huán)氧樹脂(相對于環(huán)氧樹脂固化體系未加入固化劑)裝入PE袋作為對照組，同樣抽真空排盡PE袋內(nèi)部空氣并密封;將待測組和對照組同時分別放入兩個滴瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞，調(diào)節(jié)移液管內(nèi)液柱高度，使其在O刻度線；
[0031]3)放入PE袋開始計時，通過移液管的液面變化進行讀數(shù);分別做出待測組與對照組不同反應時間所對應體積變化的曲線圖。30s讀一次數(shù)，10min時計時停止，視為固化結束。
[0032]4)