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《北京化工大学》 2000年
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玻璃纤维/联苯聚芳醚酮耐高温复合材料的研究

张文强  
【摘要】:先进热塑性复合材料(ATCP),由于其耐热等级高、韧性好、耐辐射、耐破坏性好、加工容易等优点,问世十几年来,发展十分迅速。近些年来其研究发展成为一个十分引入注目的领域,主要的研究是通过选择高性能的增强纤维和综合性能优异的树脂基体,通过对增强纤维表面的处理来改善纤维/聚合物之间界面的性能,调节温度场和剪切场等加工参数使纤维获得均匀分散,来获得性能良好的复合材料。为了获得耐高温、耐湿热、耐冲击、耐辐射的玻璃纤维增强聚芳醚酮复合材料,本文分以下两个阶段对复合材料的制备工作进行了研究。 第一阶段:复合材料界面性能的研究 由于玻璃纤维的表面光滑惰性,所以在制备玻纤/聚芳醚酮复合材料时,首先要解决无机的玻璃纤维和聚合物基体的界面粘结问题。在此阶段,本文用多种处理方法对增强纤维(GF)进行了处理,所用的处理方法包括酸碱(H_2SO_4,HCl和NaOH)刻蚀和偶联剂(KH-550,A-174,M-503和M-302)处理的方法。并对经不同处理后的玻纤表面性质进行了探讨。 采用动态毛细吸附法研究了经不同处理方法处理后的玻璃纤维对水和正己烷的接触角,表面自由能以及表面自由能的极性分量和非极性分量。结果表明:不同玻璃纤维对水和正己烷的浸润速度排序也不同,在对水浸润性的影响因素中,表面自由能的极性分量起主要作用;而对正己烷的浸润性和玻璃纤维表面自由能中的非极性分量有很好的对应关系。随着表面自由能中非极性分量的增加,玻纤对正己烷的接触角变小,浸润性交好。同时,单丝强度测定结果表明:S玻纤的耐温性要好于E玻纤,并且浓硫酸在短时间内刻蚀,可以有效的去除玻纤表面的应力集中点,提高玻璃纤维的单丝强度;而扫描电子显微镜(SEM)照片显示:稀酸刻蚀使玻纤表面出现凹坑,增加了玻纤的比表面积,可以改善玻纤和聚合物之间的粘接。 此外,本文利用万能材料试验机、差示热分析、热失重、红外光谱、扫描电了显微镜等各种测试和分析手段,对经表面处理的玻纤增强复合材料的拉伸性能,冲击性能,弯曲性能和断口的形貌进行了详细的研究。力学性能测试结果和扫描电子显微镜照片表明:偶联剂M-503和A-174能够较大幅度的提高玻纤/聚芳醚酮复合材料的拉伸强度和冲击强度;从复合材料的断口来看,经偶联剂处理的玻璃纤维在遭到破坏被拔出时,其表面粘有大量的树脂,复合材料的界面得到了改善。同时、 北京化工_)、学硕上学位论文玻映纤维/联苯聚芳醚酮耐高温复合材料的研究 红外谱图显示:硅烷偶联剂中的硅轻基和玻纤表而的硅轻基发生了缩合反应,产生了 化学键。 第二阶段:玻纤/联苯聚芳醚酮复合材料的制备,后处理工艺以及综合变量的数 学分析 在此阶段,讨论了影响耐热高聚物纤维复合材料力学、热学性能的因素;并以 聚醚醚酮和联苯型的聚芳醚酮为基体,制得了高模量、高耐热性、高绝缘、高抗冲 击的综合性能优异的耐热复合材料。利用光学显微镜,扫描电子显微镜和差示热分析 仪等分析测试仪器对复合材料的加工条件、纤维/树脂复合材料的宏观力学性能、结 晶性能以及耐热性等进行了探讨。并利用先进的均匀设计方法对材料性能的影响因 素进行了综合分析和预测。 光学显微镜照片显示:挤出机对玻纤有强烈的剪切作用,高的挤出速度造成 纤维的剧烈破碎,因为玻纤长度的减小,增加了复合材料中的应力集中,从而影响了 纤维对树脂基体的增强作用。 利用差示热分析仪研究了含有联苯结构的聚芳醚酮及其复合材料的热性能, 结果表明:聚芳醚酮分子链中联苯结构的加入可以很大程度的提高聚合物的耐热 性。同时差示热分析研究了以联苯聚芳醚酮为基体的玻纤/聚芳醚酮复合材料的等温 结晶的影响因素。结果表明:在纯联苯聚芳醚酮和玻纤增强的聚芳醚酮的等温结晶 曲线上都出现了完整结晶的熔融峰和不完整结晶的熔融峰。随着热处理温度的提高 和热处理时间的延长,不完整结晶的熔融峰面积减小,且出现的位置逐渐向完整结晶 的熔融峰位置靠近。同时,通过结晶度的计算得到:玻纤具有诱导结晶的作用,玻纤 的加入使聚芳醚酮的结晶度变大,结晶速率提高。此外,结合复合材料的耐热性,发 现在结晶性聚合物中,结晶度的提高对聚合物的耐热性有积极的影响。 最后,利用均匀设计的方法对影响复合材料性能的各影响因素,进行了综合变量 数学分析。可以发现:均匀设计的方法可以很好的分析影响复合材料的多个因素, 减少实验次数,缩短实验周期,并对实验结果具有较好的预测。 关键词:复合材料;耐热高聚物;联苯聚芳醚酮;界面性能;均匀设计 第11页
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TB332

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【引证文献】
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1 张莉;玄武岩纤维表面处理对复合材料性能的影响[D];北京林业大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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