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国产高模碳纤维相匹配氰酸酯树脂体系研究

李松  
【摘要】:为了打破西方发达国家对我国进口高模碳纤维的禁运,高模碳纤维的国产化势在必行。为国产高模碳纤维复合材料在航天器的应用,根据国产高模碳纤维的表面特性,研究与之相匹配的树脂体系具有重要的理论和应用价值。 采用SEM、AFM、XPS、XRD等现代分析测试手段对国产和进口高模碳纤维表面进行了比较分析。结果表明,与进口高模碳纤维相比,国产高模碳纤维表面沟槽分布不均匀,粗糙度和极性键含量较小。 针对国产高模碳纤维的表面特点,合成了与之相匹配的氰酸酯树脂体系,研究了不同配比、反应温度和时间对改性氰酸酯树脂体系浇铸体的压缩强度、弯曲强度、拉伸强度和耐热性能的影响。结果表明,CE:EP配比、反应温度和时间等工艺参数对改性氰酸酯树脂体系浇铸体的压缩、弯曲和拉伸强度有较大影响影响。当CE:EP配比8:2、反应温度150℃、反应时间9 h时树脂体系浇铸体具有较高的压缩、弯曲和拉伸强度,分别为197 MPa、176 MPa和62 MPa。将此树脂改性体系与国产高模碳纤维复合制成材料,弯曲强度和层剪剪切强度分别为1025Mpa和51Mpa。 为了进一步提高复合材料性能,以苯乙烯、丙烯酸甲酯、γ-甲基(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷为原料,合成了一种新型偶联剂。并研究了偶联剂含量对复合材料力学和耐热性能的影响。结果表明,在偶联剂添加量为3%时,复合材料界面性能有了显著的提高,其弯曲强度和层间剪切强度分别为1090Mpa和61Mpa,比未加偶联剂时分别提高6%和17%。


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