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HPM改性氰酸酯树脂及其高模量碳纤维复合材料性能研究

田建军  
【摘要】:纤维增强的树脂基复合材料在航天航空领域、军工科技领域和高端休闲专业体育用品领域得到广泛应用。氰酸酯树脂单体具有对称的刚性分子结构而其固化产物又能形成具有对称三嗪环的网络结构,这给予了它优良的力学性能、高的耐热性能、低的吸湿率、良好的加工工艺性以及特有的介电性能,这些优异的综合性能使其倍受材料学专家的关注,也使它成为高性能的树脂基体材料。但氰酸酯树脂固化温度高、固化产物韧性差等缺点,给它的加工和使用带来了困难。因此,要改性氰酸酯树脂以降低其固化温度、提高其韧性,从而拓宽其应用范围。 本文以合成N-(4-羟基苯基)马来酰亚胺(HPM)为改性剂,对双酚A型氰酸酯树脂进行共聚增韧改性研究。通过DSC分析确定了改性树脂的固化制度,并研究了改性树脂体系的固化动力学和固化机理。通过研究不同含量HPM对改性氰酸酯树脂体系在力学性能、介电性能、湿热性能等方面的影响,获得了具有综合性能最佳的配比组成,并以此配比树脂为基体制备了CFRP复合材料,研究了其吸湿前后的力学性能变化。 DSC分析研究发现HPM能催化固化氰酸酯树脂,使其固化温度降低了90℃;并确定其固化制度为160℃/1h,200℃/3h,240℃/1h;还得到了改性体系固化动力学方程daa/dt=3.196×108exp(-85800/RT)a0.033(1一α)1.0747,它能较好地描述改性体系的固化过程。对HPM-CE固化树脂各性能的研究结果显示,固化树脂力学性能得到提高,但其介电性能、吸湿性能以及耐热性能略有下降。CE:HPM=5:1时,改性树脂具有最优的综合性能,其韧性参数如弯曲强度和冲击强度分别提高45.5%和67.5%,拉伸强度也提升到了73.2MPa,起始热分解温度达到378.2℃。以此配比制得的碳纤维增强复合材料具有更高的层间剪切强度,相比未改性树脂,ILSS提高了9.6%;湿热环境会使复合材料性能有明显的影响,但HPM的加入提高了复合材料层间剪切强度的保持率。


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