自1990年法国首先实现固体发动机壳体材料EB固化以来,这项技术的应用领域迅速扩展。随着人们对电子束(EB)固化反应研究的深入,通过EB固化制备高性能复合材料正在或将在以下领域得到广泛的应用。人们对EB固化的研究始于19世纪70年代末,其目标是获得航空航天用高性能热固性树脂,但由于种种缺点而难以在航空航天领域应用,能克服以上缺点的环氧树脂EB固化应运而生。然后环氧树脂EB固化而受诸多因素影响?环氧树脂EB固化受制于谁?环氧树脂EB固化影响因素的研究是内进展很快,特别是隋刚等人研究发现环氧树脂的化学结构如环氧官能团的密度、分子结构的空间位阻等,对其电子束辐射反应活性影响很大。
这种“很大”表现在:环氧官能团的密度越大反应活性越高,环氧官能团的空间阻碍越大反应活性越小,如环氧基团直接连接在酯环上的环氧树脂由于空间位阻使得其反应活性大大降低。而叔胺结构的环氧树脂易与阳离子活性中心,形成稳定的季铵盐使活性中心失活而不能进行固化反应。另外研究还表明:水的存在将抑制阳离于固化反应,甚至使反应不能进行,因此在固化过程中应严格控制水的含量。进一步研究表明环氧树脂EB固化的反应程度,与辐照剂量、引发剂用量、分子质量大小和分布有关。在低辐照剂量下,固化度随辐照剂量和引发剂用量的增加而增加,分子质量小的环氧树脂由于分子活动能力强而导致固化度提高。同时环氧树脂的固化度随分子质量分布变宽而略有增加。
J.Raghavan等人则对碳纤维增强的环氧树脂在阳离子光引发剂存在下的EB固化进行了研究,考察了光引发剂浓度、剂量以及加工温度对固化反应的影响。结果表明:固化涉及了与剂量有强烈依赖性的初级反应和与剂量依赖性较小的次级反应,当剂量达到50kGy时固化速度随剂量增加而增加,当剂量大于100kGy时达到平衡值。同时发现加工温度的升高导致同剂量下固化度增加,说明EB固化的同时进行热固化是有利的。纤维增强塑料具有重量轻、强度高的特点,被广泛用作航空工程的结构材料;而纤维与基体树脂的界面张力的大小或粘合程度的好坏直接影响复合材料的整体性能。玻璃纤维增强的环氧树脂EPikoto828经EB辐照固化后,采用韧性断裂方法进行测试,结果发现固化体系出现小裂纹及稳定的裂纹扩展行为,这表明EB固化后该体系基体树脂和玻璃纤维之间的界面性能较差。
Brigitle等人采用微压痕法对EB固化碳纤维增强的双酚A型环氧树脂(DGEBA)进行测试,并采用XPS考察了辐照固化后复合材料中碳纤维的表面状况,结果发现复合材料的性能主要取决于:碳纤维与基体树脂之间粘接性的好坏,而与EB辐照的加工条件,如剂量、剂量率等的关系不大,对于EB固化不完全的体系,基体树脂碳纤维之间表现出更好的粘接性。B.Zsigmond用环氧树脂-丙烯酸酯齐聚物浸渍织造成型的碳纤维布,经8MeVEB固化所得复合材料的弯曲强度达58MPa,层间剥离强度达9.5MPa,大大优于化学固化材料的性能,其密度小、比强度高,在动态负荷方面有非常好的应用前景。加拿大AECL公司经研究发现,电子束固化材料在-190℃,30min和120℃,30min2个交变循环后其性能未发生变化,具有优异的综合性能。