连续纤维增强可交联聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-11-21 16:04

  本文关键词：连续纤维增强可交联聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究

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【摘要】：树脂基复合材料按树脂基体分类,可分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。目前,用于制备树脂基复合材料的树脂基体大部分都是热固性树脂,因其良好的可加工性和高温条件下稳定的机械性能,传统的热固性树脂基复合材料已经在航空航天、导弹、武器装备等领域获得较好的应用,但热固性树脂基复合材料由于韧性不好,损伤容限较低,国内外的研究工作者都在投入较大的力量对传统的热固性树脂基体进行增韧改性或研究新型树脂,但取得的效果并不理想。而以热塑性树脂为基体的树脂基复合材料,因树脂基体自身良好的韧性,材料的损伤容限和韧性都较高,完美克服了传统热固性树脂基复合材料韧性不足、损伤容限较低的缺点。然而,热塑性树脂基复合材料也有其不足,在常温情况下复合材料的性能非常优异,但高温时树脂及其复合材料的机械性能大幅度降低,并且高性能热塑性树脂较高熔体粘度及抗溶剂性,导致其可加工性较差,使其应用受到限制。聚醚醚酮(PEEK)作为一种半结晶性高性能热塑性树脂的代表,因其优秀的综合性能使其成为航空航天、电子电器、军工、核能、石油、化工、等领域的理想材料。聚醚醚酮作为复合材料的树脂基体,能使复合材料具备良好的韧性、耐辐照、耐腐蚀和耐高温性能,在航空、航天等高科技领域显示出非常广阔的应用前景。但由于聚醚醚酮较高的熔融粘度以及抗溶剂性,导致PEEK的可加工性较差,制备连续碳纤维增强PEEK复合材料十分困难,限制其应用领域。因此,本论文从分子结构设计的角度出发,对PEEK基体进行化学改性,将苯乙炔基团引入PEEK分子中,并调整苯乙炔基含量制备了一系列侧基可自交联聚芳醚酮聚合物。大体积苯乙炔侧基的引入有效提高了聚合物的溶解性,未交联的聚合物可溶解于三氯甲烷(CHCl3),二甲基甲酰胺(DMF),二甲基乙酰胺(DMAc)等极性溶剂中。在交联反应过程中,没有小分子放出,交联反应后聚合物的热性能、抗溶剂性及力学性能显著提高。制得的聚合物具有热固性聚合物的可加工性和热机械性能,同时兼具聚醚醚酮树脂的韧性、抗辐照性、耐腐蚀性和良好的机械性能等。我们选取30%PEP-PEEK作为连续碳纤维复合材料的基体树脂,以溶液法制备复合材料预浸带,通过层压成型制备得到复合材料。研究工作对复合材料成型过程中的压温度,恒温时间,成型压力,纤维含量进行了优化,最终成功制备了力学性能优异的连续碳纤维增强聚芳醚酮复合材料,实验结果表明复合材料的拉伸强度可达1600MPa,弯曲强度可达1610MPa。对经过优化成型后的复合材料的相关性能进行了系统评价,特别是对复合材料的耐辐照性能进行了深入的讨论。研究结果表明我们制备的侧链含苯乙炔基可交联聚芳醚酮复合材料具有优异的力学性能,热稳定性。同时,材料的耐辐照性能也十分优异,在经过总剂量1.05×109 rad,剂量率100 rad/s的辐照测试后弯曲性能仅有小幅下降。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

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本文编号：1211467