国产高模碳纤维相匹配氰酸酯树脂体系研究

论文摘要

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%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源和目的意义
• 1.2 高模碳纤维的发展
• 1.2.1 高模碳纤维性能特点
• 1.2.2 国外高模碳纤维研究现状
• 1.2.3 国产高模碳纤维研究现状
• 1.3 氰酸酯树脂的发展现状
• 1.3.1 氰酸酯树脂性能特点
• 1.3.2 氰酸酯树脂改性研究
• 1.4 复合材料改性研究
• 1.4.1 复合材料改性方法
• 1.4.2 硅烷偶联剂的发展现状
• 1.4.3 偶联剂在复合材料中的作用
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验的主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 环氧改性氰酸酯树脂的制备
• 2.2.2 偶联剂的合成
• 2.2.3 国产高模碳纤维增强复合材料的制备
• 2.3 材料性能测试
• 2.3.1 力学性能测试
• 2.3.2 热失重分析
• 2.3.3 微观结构分析
• 第3章 国产高模碳纤维相匹配树脂体系研究
• 3.1 国产和进口高模碳纤维表面特点分析
• 3.1.1 国产高模碳纤维表面形貌分析
• 3.1.2 国产高模碳纤维表面组成分析
• 3.1.3 国产高模碳纤维表面结构分析
• 3.2 国产高模碳纤维相匹配树脂体系研究
• 3.2.1 氰酸酯树脂改性工艺研究
• 3.2.2 树脂体系组成分析
• 3.2.3 氰酸酯树脂改性体系热学性能测试
• 3.2.4 氰酸酯树脂改性体系浇铸体微观形貌分析
• 3.3 国产高模碳纤维/氰酸酯树脂体系复合材料性能研究
• 3.3.1 改性氰酸酯树脂基复合材料力学性能研究
• 3.3.2 改性氰酸酯树脂基复合材料热学性能研究
• 3.3.3 改性氰酸酯树脂基复合材料断面形貌研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 偶联剂对复合材料性能的影响
• 4.1 偶联剂的设计
• 4.2 偶联剂的制备原理
• 4.3 偶联剂组成分析
• 4.4 偶联剂对树脂体系的影响
• 4.4.1 偶联剂对树脂体系力学性能的影响
• 4.4.2 偶联剂对树脂体系热学性能的影响
• 4.5 偶联剂对复合材料的影响
• 4.5.1 偶联剂对复合材料力学性能的影响
• 4.5.2 偶联剂对复合材料热学性能的影响
• 4.5.3 偶联剂对复合材料断面形貌的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢