连续纤维增强热塑性聚胺醚复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-10-06 04:20

  本文关键词：连续纤维增强热塑性聚胺醚复合材料的制备与性能研究

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【摘要】：连续纤维增强热塑性复合材料具有质量轻、韧性好、高比强度、高比模量等特点,广泛应用于航空航天、汽车部件和电器等行业。但是,通常热塑性树脂熔融后熔体黏度很大(1000 Pa.s)、流动性差,难以充分而均匀地浸润纤维,使树脂／纤维的界面粘结性差,机械性能受到影响。本文以双酚A型环氧树脂(DGEBA)和对甲氧基苯胺、哌嗪为单体构建了聚胺醚反应体系,通过原位聚合的方法制备了连续玻纤增强热塑性聚胺醚复合材料。首先研究了DGEBA/对甲氧基苯胺体系的反应特性和以此制备的聚胺醚的基本物理性能。该体系的活化能为51.52kJ·mol-1,峰顶放热温度为134.9℃,在室温下较长时间内能保持较低的黏度；聚胺醚能溶于DMF、四氢呋喃等极性溶剂,玻璃化转变温度为86.7℃,起始分解温度为310.2℃；最佳反应配比、制备工艺为1：1.07、140℃/5h,此时聚胺醚浇注体的弯曲强度达126.9MPa,弯曲模量达10.2GPa,冲击强度为7.0kJ·m-2。然后研究了连续玻纤增强聚胺醚(GF/DGEBA-对甲氧基苯胺)单向复合材料的力学性能、界面性能和耐热性能。当玻纤体积分数为59.3%时,复合材料的弯曲强度达1327.2MPa,弯益模量达21.8MPa,层剪强度达86.2MPa;Tg为96.6℃,初始分解温度达349.6℃;SEM分析表明DGEBA/对甲氧基苯胺反应体系对玻璃纤维束浸润效果较好。最后研究了DGEBA/哌嗪体系以及DGEBA/哌嗪／对甲氧基苯胺共聚体系的基本性能,并研究了哌嗪含量对共聚聚胺醚浇注体及复合材料力学性能及热性能的影响。DGEBA/哌嗪体系的峰顶放热温度为61.6℃,室温下适用期仅为30min,之后极易发生暴聚；哌嗪组分的加入显著改善了共聚聚胺醚及其复合材料的强度、韧性和耐热性,当哌嗪组分摩尔分数为73.75%时,共聚聚胺醚浇注体的弯曲强度和冲击强度均达到最大,分别为170.2MPa、17.1kJ·m-2,弯曲模量为5.2GPa,初始分解温度为344.2℃；此时共聚聚胺醚单向复合材料的弯曲强度达1405.4MPa,弯曲模量为19.7GPa,层剪强度为52.1MPa,初始分解温度达364.2℃,Tg为104.6℃。SEM分析表明共聚聚胺醚复合材料较GF/DGEBA/哌嗪有更好的界面粘接。
【关键词】：聚胺醚 热塑性复合材料 原位聚合 连续玻璃纤维 对甲氧基苯胺
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 复合材料概述15
• 1.2 热塑性树脂基复合材料15-16
• 1.3 连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)16-21
• 1.3.1 浸渍工艺17-18
• 1.3.2 成型工艺18-20
• 1.3.3 国内外研究进展20-21
• 1.3.3.1 原位聚合法制备CFRTP相关研究进展20-21
• 1.4 聚胺醚21-25
• 1.4.1 聚胺醚的定义21-22
• 1.4.2 发展历史22-24
• 1.4.3 热塑性聚胺醚的研究进展24
• 1.4.4 聚胺醚复合材料的研究进展24-25
• 1.5 本课题的研究背景、目的和内容25-27
• 1.5.1 研究背景、目的25-26
• 1.5.2 研究内容和创新点26-27
• 第二章 实验部分27-31
• 2.1 实验原料及仪器27-28
• 2.2 试样制备方法28
• 2.2.1 聚胺醚浇注体的制备28
• 2.2.2 聚胺醚单向玻璃纤维复合材料的制备28
• 2.3 分析测试28-31
• 2.3.1 DSC测试28
• 2.3.2 黏度分析28-29
• 2.3.3 熔融指数测试29
• 2.3.4 红外光谱分析29
• 2.3.5 凝胶渗透色谱分析(GPC)29
• 2.3.6 力学性能测试29-30
• 2.3.7 热失重分析30
• 2.3.8 动态热机械分析30
• 2.3.9 SEM分析30-31
• 第三章 结果与讨论31-63
• 3.1 引言31-32
• 3.2 DGEBA/对甲氧基苯胺体系聚胺醚的制备与性能32-46
• 3.2.1 DGEBA/对甲氧基苯胺体系的反应特性32-36
• 3.2.1.1 反应动力学参数分析33-35
• 3.2.1.2 外推法求最佳反应温度范围35-36
• 3.2.2 DGEBA/对甲氧基苯胺体系反应程度跟踪分析36-39
• 3.2.2.1 反应体系黏度36-37
• 3.2.2.2 熔体流动速率37-39
• 3.2.3 聚胺醚的溶解性能39-40
• 3.2.4 聚胺醚的结构表征40-41
• 3.2.5 聚胺醚的分子量及分布41
• 3.2.6 聚胺醚的热性能41-44
• 3.2.6.1 玻璃化转变温度41-43
• 3.2.6.2 热失重分析43-44
• 3.2.7 聚胺醚浇注体的力学性能44-45
• 3.2.7.1 弯曲性能44-45
• 3.2.7.2 冲击性能45
• 3.2.8 小结45-46
• 3.3 连续玻璃纤维增强聚胺醚单向复合材料的性能46-50
• 3.3.1 力学性能46-47
• 3.3.2 热稳定性47-48
• 3.3.3 动态热机械性能48-49
• 3.3.4 微观形貌分析49-50
• 3.3.5 小结50
• 3.4 共聚聚胺醚及其复合材料的制备与性能50-63
• 3.4.1 DGEBA/哌嗪体系聚胺醚的制备与性能51-55
• 3.4.1.1 DGEBA/哌嗪体系的反应特性51-52
• 3.4.1.2 DGEBA/哌嗪体系室温下的“适用期”52-54
• 3.4.1.3 聚胺醚的红外结构表征54
• 3.4.1.4 聚胺醚浇注体的基本性能54-55
• 3.4.2 共聚聚胺醚的制备与性能55-57
• 3.4.2.1 力学性能56-57
• 3.4.2.2 热稳定性57
• 3.4.3 共聚聚胺醚单向复合材料的性能57-62
• 3.4.3.1 力学性能58-59
• 3.4.3.2 热稳定性59
• 3.4.3.3 动态热机械性能59-61
• 3.4.3.4 微观形貌分析61-62
• 3.4.4 小结62-63
• 第四章 结论部分63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 研究成果及发表的学术论文71-73
• 作者及导师简介73-75
• 附件75-76

【参考文献】

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本文编号：980685