聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料的制备与性能

采用六方氮化硼(h-BN)、蔗糖和尿素以干法球磨的方式高产率制备了氨基和羟基功能化的氮化硼纳米片(BNNS-AH),对BNNS-AH进行了详细的表征,制备的BNNS-AH的厚度为1.5 nm,层数为4~6,平均直径约为1.5μm,产率可达91.0%,在水中稳定的分散液浓度可达30 mg/mL。然后以共混的方法制备了聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料(PTA树脂/BNNS-AH复合材料),并研究了BNNS-AH的添加量对PTA树脂/BNNS-AH复合材料热性能的影响。结果表明:与PTA纯树脂相比,复合材料的玻璃化转变温度(T_(g))、质量失重5%时的温度(T_(d5))、导热系数均有明显提升,其中当BNNS-AH质量分数为3.0%时,复合材料的T_(g)达到243℃,提高了32℃;T_(d5)达到362℃,提高了19℃;导热系数为0.33 W·m^(-1)·K^(-1),提高了64.5%。

3,3',4,4'-联苯四胺改性邻苯二甲腈树脂及其复合材料性能

采用3,3',4,4'-联苯四胺(LBS)与联苯型邻苯二甲腈树脂(BPh)进行预聚反应制备改性联苯型邻苯二甲腈树脂预聚物(BLBS)。利用红外光谱法、差示扫描量热仪、旋转流变仪和热重分析对BLBS的固化行为、流变性能和耐温性能进行研究。结果表明,BLBS最低可在240℃前开始固化,但仍需要较高的温度才能固化完全;BLBS-3固化物在氮气和空气氛围中的质量损失5%时的温度(Td5)分别为549.4℃和555.6℃。石英纤维增强BLBS复合材料(QF/BLBS)具有优异的力学性能和耐热性能,玻璃化转变温度(T_(g))大于500°C,室温弯曲强度和层间剪切强度分别为711.5 MPa和48.5 MPa,400℃热处理2 h后弯曲强度和层间剪切强度分别为680.5 MPa和31.3 MPa。

聚醚酰亚胺耐热大分子偶联剂增强增韧石英纤维/含硅芳炔复合材料

设计并制备了一种新型乙炔基封端聚醚酰亚胺大分子偶联剂(BDA-K),探究了其对石英纤维(QF)/含硅芳炔(PSA)复合材料界面增强增韧的效果.在常温下,加入大分子偶联剂的复合材料层间剪切强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别提高了54.1%,59.0%和23.8%;在250℃时,层间剪切强度和弯曲强度保留率分别达到89.0%和89.6%,500℃时保留率分别达到63.3%和67.9%.傅里叶变换红外光谱和X光电子能谱分析结果表明,BDA-K参与PSA的交联固化,与QF发生有效化学键合;热重分析(TGA)结果表明,由于BDA-K的分子结构中引入耐热官能团酰亚胺环等,使其大分子偶联剂的T_(d5)达到489℃;扫描电子显微镜(SEM)结果表明,柔软的大分子层提供了适中的界面结合,使强度和韧性都得到提高.

DAP/聚苯醚改性氰酸酯树脂复合材料及其性能

邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)和聚苯醚(PPO)共同改性氰酸酯树脂(CE),利用差式扫描量热法(DSC)和热失重分析(TGA)考察了DAP/PPO/CE树脂的固化行为和耐热性能。按照不同质量比制备了DAP/PPO/CE玻璃纤维复合材料,通过介电分析仪(DEA)、弯曲强度和层间剪切强度测试分析该复合材料的各项性能。结果表明,DAP的加入促进了PPO/CE树脂的固化,改善了复合材料的力学性能和介电性能,树脂体系仍保持优异的耐热性能,并且在DAP/PPO/CE=8/40/100(质量比)时促进效果、力学性能和介电性能最为优异,弯曲强度可达651.4 MPa,层间剪切强度可达62.0 MPa。

具有绿色降解自修复特性的苯氧树脂及其复合材料的制备

以苯硼酸(PBA)作为苯氧树脂(PO)的固化剂,采用一步法合成了一种含有可逆硼酸酯键(B—O—C)的新型苯氧树脂(POPBA30),并制备了碳纤维增强复合材料(CFRPs)。探讨了POPBA30树脂的固化过程和热性能,以及CFRPs的力学性能、热力学性能、降解性能、自修复性能及耐溶剂性能。利用红外光谱对PO、POPBA30、再生苯氧树脂(R-PO)和再生苯硼酸(R-PBA)进行了结构表征。通过差示扫描量热分析测得POPBA30的T_(g)高达206℃,热重分析测得POPBA30在空气和氮气气氛中的T_(d5)分别为411℃和399℃,800℃的质量保留率均高于38%;POPBA30还具有良好的耐化学性,可以在常见的溶剂中稳定存在21 d。以POPBA30为基体制备复合材料(CF/POPBA30),通过万能试验机测得其弯曲强度、层间剪切强度和抗张强度分别为975 MPa,55MPa和734 MPa。CF/POPBA30还具有优异的自修复性能,自修复效率约为85.6%。此外,CF/POPBA30可在室温下99%的乙醇水溶液中发生绿色降解,并实现对碳纤维和苯氧树脂的回收。

改性甲基二苯乙炔基硅烷复合材料耐湿热性能

采用改性双马来酰亚胺(GBMI)共混改性甲基二苯乙炔基硅烷(MDPES)树脂,并以此为树脂基体制备了GF/MDPES-GBMI复合材料。通过吸水、脱水实验及理论计算,研究GF/MDPES-GBMI复合材料吸湿、脱水行为和湿热老化对复合材料界面的影响。结果表明,随着MDPES-GBMI树脂中GBMI含量的增加,复合材料的扩散系数由0.0193 mm^(2)/s下降为0.0147 mm^(2)/s,渗透系数大幅度降低,由9.94×10^(-4)mm^(2)/s下降为1.84×10^(-4)mm^(2)/s,同时平衡吸水率和平衡脱水率也有所降低。虽然复合材料的弯曲强度在湿热老化后有所下降,但干燥后性能即可恢复。水分子以准自由态形式存在于GF/MDPES-GBMI复合材料的孔隙中,吸水和脱水规律遵循Fick第二定律。

低分子量PAA的制备与纳米二氧化硅颗粒分散性能研究

采用恒流滴定法,以高效液相色谱跟踪聚丙烯酸(PAA)水溶液聚合反应过程,系统研究了单体浓度、体系pH、链转移剂量、加料时间、引发剂量及反应温度等对PAA分子量的影响,获得了低分子量PAA的可控合成方法。以所制的PAA为超分散剂,利用正交试验研究了pH、PAA分子量及其质量分数等因素对纳米二氧化硅颗粒分散性能的影响。研究结果表明:单体丙烯酸浓度不宜过大,控制在小于30%为宜;若要获得低分子聚合物,单体pH应该小于4.5;随着链转移剂异丙醇量的增加,PAA分子量下降,当异丙醇/丙烯酸质量比为2.9∶1时,PAA分子量降为3000左右;随着加料时间的延长,PAA分子量逐渐下降并趋缓,综合考虑,加料时间控制在120 min为宜;随着引发剂量增大或反应温度增加,PAA的动力学链长减小,分子量相应减小。多因素方差分析表明,pH对分散效果影响最大。同时确定了纳米二氧化硅的最优分散条件为:pH为7,PAA分子量为5210,质量分数为2.0%。

聚醚酰亚胺底涂剂增强石英陶瓷/异种材料胶接性能

为提高石英陶瓷与低膨胀合金钢、碳纤维复合材料等异种材料的胶接强度,设计并制备了一种新型的含硅烷侧链的聚醚酰亚胺底涂剂(BDA-K),测试了底涂剂增强的石英陶瓷/异种材料的胶接强度,分析了底涂剂对胶接结构的作用机理。研究结果表明:BDA-K可以显著提高石英陶瓷与异种材料的胶接强度;与无底涂剂时相比,石英陶瓷/碳纤维复合材料室温下的胶接强度提升率为45.7%、280℃下胶接强度提升率为67.0%;石英陶瓷/4J36低膨胀合金钢材料室温下的胶接强度提升率为70.4%、300℃下胶接强度提升率为126.0%。

芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能,从树脂基体入手,依据相似相容原理和芳纶的结构特点,合成出新型热固性树脂(AFR–T)用作芳纶复合材料的基体,以未经表面处理的芳纶作增强材料,采用热压成型法制备了AFR–T/芳纶纤维复合材料,并通过测定溶度参数、接触角、线膨胀系数、层间剪切强度(ILSS)和横向拉伸强度等方法研究了复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR–T树脂浇注体与芳纶的溶度参数相近,AFR–T树脂溶液在芳纶纸表面的接触角为36.9°,小于环氧树脂(EP)溶液与芳纶纸的接触角(53.2°),说明AFR–T树脂对芳纶的浸润性优于EP;AFR–T/芳纶纤维复合材料的ILSS和横向拉伸强度为73.0 MPa和25.3 MPa,分别比EP/芳纶纤维复合材料提高了25.9%和32.5%,这表明AFR–T树脂与芳纶纤维之间的浸润性和界面粘结性能较好。

PBO纤维自然老化与加速老化的相关性研究

研究了PBO纤维在户外自然暴晒实验中纤维强度和分子量的变化规律,发现PBO纤维在暴晒初期纤维强度下降较快,但随着老化时间的延长,纤维强度下降趋势逐渐变缓。此外,文章还对比研究了人工加速老化过程中纤维强度的下降规律,并以强度保持率为参照标准,分别从老化时间和总辐照能量两方面比较了2种老化实验的相关性和加速因子。研究发现,基于老化时间作为参照时,在老化的不同阶段,加速因子的变化较大;而基于总辐照能量作为参照时,在纤维强度降低到原始强度的64%之前,可较好地利用人工加速老化实验结果来预测其在户外环境下的老化失效行为。

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。

改性含硅芳炔树脂及其复合材料性能研究

含硅芳炔树脂(PSA树脂)具有良好的机械、耐热、透波等特性,是一种高性能的树脂基体。本文采用炔醚和噁嗪化合物改性含硅芳炔树脂,研究改性树脂的工艺性能、固化特性、耐热性能和介电性能,以及复合材料的力学性能。研究结果表明,改性含硅芳炔树脂具有低粘度、宽加工窗和良好的耐热性能,其复合材料具有优良的力学性能。

新型含硅芳炔树脂复合材料制备工艺

以含硅芳炔树脂为基体、高强玻璃布为增强材料制备了新型含硅芳炔树脂复合材料,探讨了树脂的固化工艺,研究了树脂含量、成型温度和成型压力对复合材料性能的影响,确定了含硅芳炔树脂复合材料成型的工艺参数:树脂质量分数31%、升温程序170℃/2h+210℃/2h+250℃/4h、成型压力1.0MPa。优化工艺条件下制备的复合材料弯曲强度达278MPa。

含聚硅氧烷链段邻苯二甲腈树脂的制备及性能

以端羟基聚二甲基硅氧烷和4-硝基邻苯二甲腈为原料,在强极性溶剂中进行亲核取代反应合成了含聚硅氧烷链段邻苯二甲腈树脂(SIPH),并利用氨基改性剂(AWL)与该树脂进行反应制备了改性含聚硅氧烷链段邻苯二甲腈树脂预聚物(SIPH-AL)。通过红外光谱和核磁共振表征了SIPH树脂的化学结构;采用差示扫描量热法、红外光谱法、热重分析和动态力学热分析表征了SIPH-AL的固化行为和固化物的耐热性。结果表明,SIPH-AL起始固化温度为207℃,其固化物在空气和氮气中失重5%的温度(T_(d5))及1000℃质量保留率分别是453℃,29%和500℃,77%;石英纤维增强SIPH-AL复合材料室温和600℃时的弯曲强度分别为515.5 MPa和94.5 MPa,玻璃化转变温度(T_(g))高于500℃。

硅氮烷改性含硅芳炔树脂及其复合材料的性能

文摘采用胺解法合成了二(3-乙炔基苯胺)-二甲基硅烷(SZ),并与含硅芳炔(PSA)树脂熔融共混制备了PSA/SZ。利用一系列测试手段考察了PSA/SZ树脂的流变行为、固化反应、热稳定性、弯曲、介电性能以及石英布增强PSA/SZ复合材料的力学性能。结果表明,硅氮烷SZ的加入有效降低了PSA/SZ树脂的黏度,PSA/SZ浇铸体的弯曲强度提高了62.7%,石英纤维增强PSA/SZ复合材料的弯曲和层剪强度分别提高了18.7%和60.4%。

石英纤维增强磷酸铬铝/有机硅杂化树脂基复合材料性能

通过甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)在磷酸铬铝中水解制备了磷酸铬铝/有机硅的有机-无机杂化树脂,以石英纤维为增强材料,氧化铝为固化剂,采用模压成型工艺制备纤维增强杂化树脂基复合材料。考察了杂化树脂基体以及复合材料的力学、介电性能等,结果表明复合材料的弯曲强度大大提高,介电性能更加优越。

异氰酸酯基硅烷偶联剂改性石英纤维/含硅芳炔复合材料界面

含硅芳炔树脂是一类有机无机杂化树脂,它的分子极性小,表面能低,与石英纤维复合时的粘结性能差,影响复合材料的力学性能。本文采用一种结构中含有异氰酸酯基的硅烷偶联剂对石英纤维/含硅芳炔复合材料进行改性,实验结果表明经偶联剂改性后复合材料的层间剪切强度有了较大的提高,与未处理的相比可提升41.5%。XPS、表面能分析、AFM、SEM等分析表征推断,偶联剂的改性机理为偶联剂与石英纤维表面活性基团作用,在纤维表面生成极性官能团,增大石英纤维的表面能,改善了与含硅芳炔树脂的界面粘结性能,使得复合材料的层间剪切强度提高。

含噁嗪环硅烷偶联剂对石英纤维/含硅芳炔复合材料性能的影响

从石英纤维(QF)、含硅芳炔树脂(PSA)分子结构特点出发,设计并合成了一种含有噁嗪环和端炔的新型硅烷偶联剂(BCA),并以BCA改善QF/PSA复合材料的界面性能。采用差示扫描量热分析(DSC)、红外光谱分析(FT-IR)、X-射线电子能谱(XPS)及扫描电镜(SEM)等测试手段表征了BCA与QF/PSA复合材料的相互作用和界面改性效果。结果表明:BCA能够分别与PSA和QF形成良好的化学键合,改善复合材料的界面黏结;经w=2.0%的BCA处理后,QF/PSA复合材料的层间剪切强度、弯曲强度分别较未处理前提高了69.1%和68.8%。

异氰酸酯硅烷处理石英布／PSA树脂复合材料的影响

设计并选用一种分子结构中带有异氰酸酯基的硅烷偶联剂对石英布进行了表面处理,对比了石英纤维改性对含硅芳炔树脂复合材料部分力学、介电及耐热性能等的影响。结果表明:偶联剂处理石英纤维后,偶联剂与石英纤维表面发生化学键合,明显改善石英纤维与含硅芳炔树脂的界面粘接,复合材料的层间剪切强度比未处理的提高了24.7%,弯曲强度提升了12.4%,偶联剂的加入不会降低复合材料的T g和介电性能。

新型含硅聚三唑树脂及其复合材料的制备与性能

通过格式试剂法合成了低分子量的含硅芳炔(LPSA),并以LPSA和二叠氮(A2)为原料制备出加工性能较好的新型含硅聚三唑树脂(Si-PTA树脂),采用模压方法制备了单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料。用FT-IR、流变、DSC、DMA、TGA等分析测试方法表征了Si-PTA树脂及其固化物的结构与性能,研究了炔基和叠氮基团配比对树脂热性能的影响,测定了复合材料的力学性能。结果表明,Si-PTA树脂可以在80℃下固化,固化后树脂的玻璃化温度(Tg)能达到310℃,在氮气气氛中的5%热失重温度(Td5)在340℃以上。单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料常温下弯曲强度为1622MPa,弯曲模量为132GPa,层间剪切强度为58.2MPa,200℃下弯曲强度保留率为70.8%。