高碳酚醛树脂及其复合材料的炭化性能演变

碳纤维增强酚醛树脂基复合材料是制备C/C复合材料的前驱体,但是目前所应用的酚醛树脂残炭率较低,浸渍炭化周期过长,工艺成本过高,限制了C/C复合材料在民用领域的大规模应用。因此,研究新型的高碳酚醛树脂及其作为基体的复合材料在炭化过程中的性能演变情况,可以有效促进酚醛树脂在C/C复合材料生产中的应用。本文探究了高碳酚醛树脂及其复合材料的炭化性能,研究了高碳酚醛树脂的结构、固化、耐热性,对高碳酚醛树脂及其碳纤维增强复合材料的炭化后性能进行了研究。研究结果表明:高碳酚醛树脂具有较普通酚醛树脂更高的残炭率;当炭化温度过高时,会出现无规则的非晶态的碳颗粒,影响材料的有序性、显气孔率等。在1000℃下炭化,会得到较为优异的孔隙率,利于后续制备工艺的进行。

聚(间二乙炔基苯-甲基氢硅烷)/含乙炔基苯并噁嗪树脂共混体系固化行为及其耐热性能研究

聚(间二乙炔基苯-甲基氢硅烷)(PSA)和含乙炔基苯并噁嗪树脂(A-PBZ)在热作用下均能够聚合形成交联网状结构。研究了PSA/A-PBZ共混树脂(SB)的固化行为。通过红外光谱(FT-IR)、旋转流变仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了PSA/A-PBZ质量比为5∶2时共混树脂(SB-2)的固化特性,利用动态DSC分析,根据Kissinger方法和Ozawa方法计算得出SB-2共混树脂固化反应的表观活化能分别为108.4 kJ/mol、111.1 kJ/mol,反应级数分别为0.93和0.95,固化反应遵循一级反应机理。同时还对SB共混树脂体系的耐热性能进行了探究,热重分析(TGA)结果表明:在氮气和空气氛围下,SB共混树脂固化物失重5%的温度(T_(d5))和1 000℃时的质量保留率均随着A-PBZ树脂加入量的增加而减小,但SB共混树脂仍然表现出优异的耐热性能。

改性逆热致相分离法制备亲水性聚醚砜超滤膜及其性能

通过在非低临界共溶温度三元成膜体系聚醚砜(PES)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/一缩二乙二醇(DEG)中添加亲水性超支化聚酯(HBPE)成功构建了四元低临界共溶温度(LCST)成膜体系,采用改性逆热致相分离(m-RTIPS)法一步制备了亲水性PES微孔膜。通过扫描电镜、亲水性、渗透性和力学性能实验研究了LCST体系的构建机理和HBPE添加量对膜结构和性能的影响。结果表明,随着HBPE质量比的增加,铸膜液体系的LCST降低;以m-RTIPS法所制得的膜表面开孔率较高、平均孔径较大且可抑制膜断面指状孔的形成并向双连续结构转变,同时膜的渗透性能和力学性能均优于NIPS法所制膜;膜表面的接触角随HBPE质量比的增加而减小,表面膜的亲水性得到改善,抗污染能力增强。

RTM成型工艺用改性硅炔杂化树脂性能研究

采用间二乙炔基苯(PAA)改性硅炔杂化树脂(PSA),制备了适用于RTM成型工艺的耐高温聚合物(H树脂)。通过差示扫描量热(DSC)法、流变分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)法探索H树脂的固化行为。研究结果表明:随着PAA含量增加,H树脂的DSC固化峰值温度从235℃降到208℃;H-0、H-2、H-3和H-4的凝胶温度分别为194、162、136和132℃;采用Kissinger法和Ozawa法计算得到H-2树脂固化的表观活化能分别为122.7和124.6 kJ/mol,属于一级固化反应;玻璃纤维增强H-2树脂复合材料的常温弯曲强度为208 MPa,经700℃热处理7 min后常温弯曲强度为105 MPa。

基于圈形二胺的六元环聚酰亚胺共聚物膜的制备与气体分离性能研究

以2,7-二硝基-9-芴酮和苯酚作为原料,通过两步反应合成了一种含羟基的圈形二胺单体2,7-二氨基-9,9-双(4-羟苯基)芴(BHPDAF)。将其与9,9-双(4-氨基苯基)芴(BAPF)和1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)在间甲酚中进行无规共聚,通过控制两种二胺单体之间的摩尔比(BHPDAF/BAPF=1/2,1/1,2/1)合成了三种具有不同羟基含量的新型六元环聚酰亚胺共聚物[NTDA-BHPDAF/BAPF(1/2,1/1,2/1)]。这些聚酰亚胺共聚物在间甲酚、1-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲亚砜(DMSO)和γ-丁内酯(GBL)等有机溶剂中具有良好的溶解性。用溶液浇铸法制得了具有良好力学性能的薄膜,其拉伸强度为59.6M~70.2MPa,断裂伸长率为16.8%~26.6%。热重分析结果表明,这些聚酰亚胺共聚物膜的5%热失重温度(T_(d5))均超过480℃。气体分离性能测试结果表明,共聚物膜均具有良好的气体分离性能。例如:NTDA-BHPDAF/BAPF(2/1)薄膜在35℃和202kPa(膜两侧压差)条件下的CO_(2)渗透系数(P_(CO_(2)))为351Barrer,CO_(2)/CH4渗透选择性为27.9。

苯并噁嗪-氨基稀释剂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用氨基稀释剂(AD)和端乙炔基型聚苯并噁嗪(EB)树脂改性一种具有高力学性能的聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)(PDMP)树脂。按照质量比PDMP∶EB∶AD=5∶1∶1进行共混后制备PDMP-EB-AD树脂。利用FTIR、DSC、介电分析仪(DEA)、TGA分析改性前后树脂的结构、黏度、固化过程和耐热性能变化。结果表明,AD与EB中的-NH2和-C≡CH均参与进PDMP固化过程中,共混后PDMP-EB-AD树脂固化温度升高,黏度降低,热分解温度(Td5)在N2和空气下分别为539.5℃和518.7℃,1000℃质量保留率分别为85.1%和18.1%。利用浸渍法将PDMP-EB-AD树脂与石英纤维(QF)制备成预浸料进行模压成型,制备的QF增强PDMP-EB-AD树脂(QF/(PDMP-EB-AD))复合材料力学性能极大提高,且树脂与纤维的黏结性得到改善。常温下QF/(PDMP-EB-AD)复合材料弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别为694.5 MPa和41.9 MPa,较QF/PDMP复合材料分别提高了176.6%和96.7%,250℃时弯曲强度和ILSS达到319.5 MPa和20.11 MPa。

双酚A型邻苯二甲腈树脂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用双酚A型邻苯二甲腈预聚树脂(BAPh-P)改性聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PDMP)制备了双酚A型邻苯二甲腈/聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PBA),利用DSC、FTIR、流变分析、TGA等技术分析其固化行为、黏度以及耐热性变化。结果表明,PBA树脂固化峰值温度较PDMP升高;固化反应主要为炔基的Diels-Alder和加成反应、氰基进一步交联生成三嗪环和酞菁环等结构反应;BAPh-P的加入提升了PDMP在空气下的耐热性,PBA-1(PDMP:BAPh-P质量比为5∶1)树脂固化物在N_(2)和空气氛围质量损失5%的温度(T_(d5))分别为640.6℃和591℃,1000℃质量保留率为89.0%和26.9%;随着BAPh-P质量增加,PBA树脂固化物T_(d5)呈下降趋势,但空气中T_(d5)均高于PDMP;石英纤维增强PBA树脂基(QF/PBA)复合材料随BAPh-P质量增加室温弯曲强度逐渐升高,高温弯曲强度先升高后降低;其中QF/PBA-2复合材料室温和400℃弯曲强度分别为363 MPa和330 MPa,较PDMP分别提升91%和214%,室温和400℃的层间剪切强度(ILSS)分别为37.5 MPa和22.2 MPa。