国产高模碳纤维相匹配氰酸酯树脂体系研究

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197MPa、176MPa和62MPa。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%。

目录

国产高模碳纤维相匹配氰酸酯树脂体系研究

STUDY ON CYANATE ESTER RESIN

摘要

Abstract

目 录

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

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致 谢