改性片层氮化硼增强玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-04-18 09:28
随着人们环保意识的增强,以价格低廉、性能优异、环保无污染著称的纤维增强环氧树脂基复合材料被广泛应用到航天航空、建筑、军工、交通和汽车等领域。但是因为环氧树脂固化后质脆、抗裂纹扩展性差,在低温环境下使用时易开裂,且树脂基复合材料层合板在受到外力冲击时容易产生分层破坏,限制了复合材料的应用范围。所以本研究选取了可耐低温的玄武岩纤维（BF）作为环氧树脂的增强体,并且采用多巴胺（PDA）和聚乙烯亚胺（PEI）改性氮化硼纳米片来增韧环氧树脂基体。研究中通过机械共混法制备了改性氮化硼/环氧树脂复合材料（EP/BN-PDA-PEI）,探讨了不同分子量的聚乙烯亚胺改性氮化硼对环氧树脂基体增强增韧效果的影响。结果表明当PEI分子量为10000时,改性环氧树脂的综合性能达到最优。EP/BN-PDA-PEI-10000的拉伸强度、断裂韧性和断裂伸长率分别比纯EP提高51%、132%和170%。复合材料的初始储能模量比纯EP提高了1070 MPa,玻璃化转变温度（Tg）没有明显变化,质量损失5%时的热分解温度(T-5%)提高了51℃。研究中利用喷涂法将不同浓度的改性氮化硼溶液喷涂到玄武岩...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
玄武岩纤维主要组份及含量
西南科技大学硕士学位论文6缘材料、电子仪表、机械、涂料及先进复合材料等领域应用广泛[63,64]。根据分子结构不同，可以将环氧树脂大概分为五种类别[65]，它们分别是：(1)缩水甘油醚类环氧树脂；(2)缩水甘油酯类环氧树脂；(3)缩水甘油胺类环氧树脂；(4)线型脂肪族类环氧树脂；(5)脂环族类环氧树脂。其中，最常见且商品化程度最高的是双酚A-缩水甘油醚，即双酚A型环氧树脂，其化学结构如图1-2所示[66]。图1-2双酚A型环氧树脂化学结构示意图[66]Fig.1-2ThechemicalstructureofbisphenolAepoxyresins由于环氧树脂要经过固化成型后才可以应用到各个领域中,所以其最终的性能取决于环氧树脂固化物的性能[67]。而环氧树脂固化物的性能是由固化物的分子结构决定的。固化物的分子结构及其形成则又取决于环氧树脂的结构及性能、固化剂或添加剂的结构及性能，以及环氧树脂的固化历程[68]。双酚A型环氧树脂的分子结构决定了其固化物性能具有以下特点：(1)大分子的两端是反应能力很强的环氧基，且其具有很高的内聚强度，因此当其它基体材料与环氧树脂结合时，可以产生较大的粘结力，所以环氧树脂在工业上常常被用作胶黏剂[69]。(2)树脂的主链上还有大量苯环、异丙基和次甲基，所以其固化物有较高的耐腐蚀性、电性能和一定的韧性，苯环还可以增强聚合物的耐热性和刚性[70]。(3)环氧树脂自身含有羟基、醚键等极性基团，不仅有助于提高树脂的浸润性和粘附力，还可以增强填料与树脂之间的反应性，从而使环氧树脂材料的综合性能得到有效提高，因此其应用范围也被扩大了。(4)环氧树脂在固化时，环氧基三元环会先开环，然后与固化剂发生加成反应，因此反应过程中几乎不生成挥发性的低分子产物。于是树脂的工艺性好，可低压成型或接触压成型，同时还能够?
1绪论11图1-3PBA改性BN及其环氧树脂复合材料制备过程[107]Fig.1-3TheschemeofPBAmodifiedBNanditsepoxycomposite.1.4本课题的研究思路、主要内容及创新点1.4.1研究思路近几十年来，由于玄武岩产品具有良好的物理化学和力学性能，以及良好的加工性能和低成本的相应生产技术，人们对将玄武岩纤维作为复合材料增强体的兴趣与日俱增。其中，因为玄武岩纤维增强树脂基复合材料层合板拥有成型性好、易加工的特点，被广泛应用在各大与民生和军工相关的领域[109]。但是传统的层合板的各层之间仅由基体树脂粘结，在受到外界载荷时容易发生分层损伤现象，这限制了玄武岩纤维增强树脂基复合材料层合板的实际运用[110]。因此，要想提高层合复合材料的性能和实际运用范围，首先要改善其层间韧性，抑制其分层现象。实际上，层合复合材料基体的韧性是整个复合材料韧性的关键。基体韧性越高，则层合板在受到外力冲击时越能抵抗分层破坏，提升负载能力，从而降低复合材料的受损情况。因此，本课题对环氧树脂基体进行了增韧研究，然后再与玄武岩纤维复合制备层合板复合材料，以期获得不管在常温还是低温下，都能保持优异综合性能的纤维增强树脂复合材料。1.4.2研究内容本论文以国产玄武岩纤维为复合材料的增强材料，以E-51环氧树脂为基体，二乙基甲苯二胺（DETDA）为固化剂，利用多巴胺在碱性条件下的自聚和超强的粘附性，采用喷涂法，将不同浓度的聚多巴胺（PDA）/聚乙烯亚胺（PEI）改性氮化硼引入到玄
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂增韧机理及研究进展[J]. 袁智慧,牛永平,汪小伟,杜三明. 热固性树脂. 2019(06)
[2]高韧性环氧树脂最新研究进展[J]. 赵珩,李杰,郭安儒. 化学与粘合. 2019(05)
[3]环氧树脂的应用及市场分析[J]. 张谦,王涵,毕治功. 弹性体. 2019(01)
[4]玄武岩纤维对超高强混凝土力学性能的影响[J]. 杨智硕,陈明霞,叶梅新. 混凝土与水泥制品. 2019(02)
[5]玄武岩纤维布增强环氧树脂复合材料研究[J]. 陈杰,卢祉巡. 吉林化工学院学报. 2019(01)
[6]无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J]. 王慧,王秀玲,丁著明. 热固性树脂. 2018(06)
[7]玄武岩纤维的发展及应用[J]. 孙涵,钟智丽,薛兆磊,王子帅. 纺织科学与工程学报. 2018(04)
[8]玄武岩纤维及其复合材料作为建材的创新应用[J]. 吴智深. 江苏建材. 2018(04)
[9]BN表面改性对BN/环氧树脂复合材料导热性能的影响[J]. 汪蔚,曹万荣,陈婷婷. 复合材料学报. 2018(02)
[10]聚醚砜增韧环氧树脂的力学性能及固化体系相分离[J]. 贾文品,周金利,余木火,韩克清,朱姝,程超. 玻璃钢/复合材料. 2017(03)
硕士论文
[1]稀土La盐改性玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料力学性能研究[D]. 王琢.哈尔滨工程大学 2015
[2]玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备及性能研究[D]. 谢雨凌.上海交通大学 2013
[3]玄武岩纤维混凝土耐久性研究[D]. 苏青青.天津城市建设学院 2012
[4]BF/PU-EP复合材料的制备及性能研究[D]. 肖义岳.哈尔滨理工大学 2012
[5]改性玄武岩纤维及其复合材料力学性能研究[D]. 何昊.哈尔滨工业大学 2011
[6]玄武岩纤维增强环氧树脂复合工艺和机理的研究[D]. 许小芳.北京林业大学 2010
[7]连续玄武岩纤维复合材料制备技术研究[D]. 杨小兵.江苏大学 2009
[8]玄武岩连续纤维及其混杂复合材料性能评价[D]. 魏斌.哈尔滨工业大学 2008
[9]玄武岩连续纤维增强树脂及增强结构用胶合板的研制[D]. 丁杰.北京林业大学 2008
本文编号：3145240
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
玄武岩纤维主要组份及含量
西南科技大学硕士学位论文6缘材料、电子仪表、机械、涂料及先进复合材料等领域应用广泛[63,64]。根据分子结构不同，可以将环氧树脂大概分为五种类别[65]，它们分别是：(1)缩水甘油醚类环氧树脂；(2)缩水甘油酯类环氧树脂；(3)缩水甘油胺类环氧树脂；(4)线型脂肪族类环氧树脂；(5)脂环族类环氧树脂。其中，最常见且商品化程度最高的是双酚A-缩水甘油醚，即双酚A型环氧树脂，其化学结构如图1-2所示[66]。图1-2双酚A型环氧树脂化学结构示意图[66]Fig.1-2ThechemicalstructureofbisphenolAepoxyresins由于环氧树脂要经过固化成型后才可以应用到各个领域中,所以其最终的性能取决于环氧树脂固化物的性能[67]。而环氧树脂固化物的性能是由固化物的分子结构决定的。固化物的分子结构及其形成则又取决于环氧树脂的结构及性能、固化剂或添加剂的结构及性能，以及环氧树脂的固化历程[68]。双酚A型环氧树脂的分子结构决定了其固化物性能具有以下特点：(1)大分子的两端是反应能力很强的环氧基，且其具有很高的内聚强度，因此当其它基体材料与环氧树脂结合时，可以产生较大的粘结力，所以环氧树脂在工业上常常被用作胶黏剂[69]。(2)树脂的主链上还有大量苯环、异丙基和次甲基，所以其固化物有较高的耐腐蚀性、电性能和一定的韧性，苯环还可以增强聚合物的耐热性和刚性[70]。(3)环氧树脂自身含有羟基、醚键等极性基团，不仅有助于提高树脂的浸润性和粘附力，还可以增强填料与树脂之间的反应性，从而使环氧树脂材料的综合性能得到有效提高，因此其应用范围也被扩大了。(4)环氧树脂在固化时，环氧基三元环会先开环，然后与固化剂发生加成反应，因此反应过程中几乎不生成挥发性的低分子产物。于是树脂的工艺性好，可低压成型或接触压成型，同时还能够?
1绪论11图1-3PBA改性BN及其环氧树脂复合材料制备过程[107]Fig.1-3TheschemeofPBAmodifiedBNanditsepoxycomposite.1.4本课题的研究思路、主要内容及创新点1.4.1研究思路近几十年来，由于玄武岩产品具有良好的物理化学和力学性能，以及良好的加工性能和低成本的相应生产技术，人们对将玄武岩纤维作为复合材料增强体的兴趣与日俱增。其中，因为玄武岩纤维增强树脂基复合材料层合板拥有成型性好、易加工的特点，被广泛应用在各大与民生和军工相关的领域[109]。但是传统的层合板的各层之间仅由基体树脂粘结，在受到外界载荷时容易发生分层损伤现象，这限制了玄武岩纤维增强树脂基复合材料层合板的实际运用[110]。因此，要想提高层合复合材料的性能和实际运用范围，首先要改善其层间韧性，抑制其分层现象。实际上，层合复合材料基体的韧性是整个复合材料韧性的关键。基体韧性越高，则层合板在受到外力冲击时越能抵抗分层破坏，提升负载能力，从而降低复合材料的受损情况。因此，本课题对环氧树脂基体进行了增韧研究，然后再与玄武岩纤维复合制备层合板复合材料，以期获得不管在常温还是低温下，都能保持优异综合性能的纤维增强树脂复合材料。1.4.2研究内容本论文以国产玄武岩纤维为复合材料的增强材料，以E-51环氧树脂为基体，二乙基甲苯二胺（DETDA）为固化剂，利用多巴胺在碱性条件下的自聚和超强的粘附性，采用喷涂法，将不同浓度的聚多巴胺（PDA）/聚乙烯亚胺（PEI）改性氮化硼引入到玄
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂增韧机理及研究进展[J]. 袁智慧,牛永平,汪小伟,杜三明. 热固性树脂. 2019(06)
[2]高韧性环氧树脂最新研究进展[J]. 赵珩,李杰,郭安儒. 化学与粘合. 2019(05)
[3]环氧树脂的应用及市场分析[J]. 张谦,王涵,毕治功. 弹性体. 2019(01)
[4]玄武岩纤维对超高强混凝土力学性能的影响[J]. 杨智硕,陈明霞,叶梅新. 混凝土与水泥制品. 2019(02)
[5]玄武岩纤维布增强环氧树脂复合材料研究[J]. 陈杰,卢祉巡. 吉林化工学院学报. 2019(01)
[6]无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J]. 王慧,王秀玲,丁著明. 热固性树脂. 2018(06)
[7]玄武岩纤维的发展及应用[J]. 孙涵,钟智丽,薛兆磊,王子帅. 纺织科学与工程学报. 2018(04)
[8]玄武岩纤维及其复合材料作为建材的创新应用[J]. 吴智深. 江苏建材. 2018(04)
[9]BN表面改性对BN/环氧树脂复合材料导热性能的影响[J]. 汪蔚,曹万荣,陈婷婷. 复合材料学报. 2018(02)
[10]聚醚砜增韧环氧树脂的力学性能及固化体系相分离[J]. 贾文品,周金利,余木火,韩克清,朱姝,程超. 玻璃钢/复合材料. 2017(03)
硕士论文
[1]稀土La盐改性玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料力学性能研究[D]. 王琢.哈尔滨工程大学 2015
[2]玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备及性能研究[D]. 谢雨凌.上海交通大学 2013
[3]玄武岩纤维混凝土耐久性研究[D]. 苏青青.天津城市建设学院 2012
[4]BF/PU-EP复合材料的制备及性能研究[D]. 肖义岳.哈尔滨理工大学 2012
[5]改性玄武岩纤维及其复合材料力学性能研究[D]. 何昊.哈尔滨工业大学 2011
[6]玄武岩纤维增强环氧树脂复合工艺和机理的研究[D]. 许小芳.北京林业大学 2010
[7]连续玄武岩纤维复合材料制备技术研究[D]. 杨小兵.江苏大学 2009
[8]玄武岩连续纤维及其混杂复合材料性能评价[D]. 魏斌.哈尔滨工业大学 2008
[9]玄武岩连续纤维增强树脂及增强结构用胶合板的研制[D]. 丁杰.北京林业大学 2008
本文编号：3145240
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