光引发原位聚合聚丙烯酸酯树脂/玻纤预浸料的制备与研究

摘要

相较于热固性复合材料，热塑性复合材料具有更大的比强度和比刚度、较优的抗冲击性能、较短的加工周期、较低廉的加工成本、较好的耐化学性能和废料可以回收利用等优点，因此热塑性复合材料已经成功应用在航空航天、交通运输、电子电器和建筑建材等领域。但是热塑性树脂熔体粘度大，很难与纤维达到良好的浸渍效果。因此热塑性树脂与纤维之间的浸渍问题成为了热塑性复合材料发展的关键和重点。 针对热塑性树脂熔体粘度大、难以浸渍纤维的特点，本论文采用光引发原位聚合浸渍工艺制备了聚丙烯酸酯树脂/玻纤预浸料，并按照一定的铺层方式，在一定温度、压力和保压时间的条件下，将预浸料通过热压成型工艺制备成了复合材料。使用该方法制备预浸料的优点是避开了热塑性树脂熔融状态下粘度大的特点，采用单体直接浸渍纤维，便于实现树脂和纤维的良好浸渍效果。 本文首先采用紫外光引发甲基丙烯酸甲酯进行聚合，通过测试确定了预浸料制备工艺为：光引发剂用量为2wt%，光照距离为120mm，光照时间12min。然后将丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸脱水甘油酯同时引入到聚甲基丙烯酸甲酯体系中，用于改善聚合物的脆性。经过热性能研究发现，聚合物的热稳定性随着GMA含量的增加而提高。通过光引发原位聚合的方式制备了共聚丙烯酸酯树脂/玻纤预浸料，并进一步制备了其复合材料，对预浸料的树脂含量和吸水率进行了检测，对复合材料的力学性能和断面微观结构进行了研究。研究发现预浸料树脂含量稳定在30%左右，吸水率在5%以内；复合材料的弯曲强度和拉伸强度随着GMA含量的增加呈现出现增加后减小的趋势，并在GMA含量为20%时同时达到最大，分别为780.9MPa和861.4MPa。通过对扫描电镜图片的观察，发现预浸料浸渍性良好，复合材料层间结合良好。 此外，为了达到更好的力学性能和热性能，本论文还以光引发为条件，将三羟甲基丙烷三丙烯酸酯引入到光引发聚甲基丙烯酸甲酯体系进行共聚交联，研究了交联剂含量对树脂热性能、交联度、力学性能的影响。研究结果表明：随着交联剂含量的增加，交联度呈现出先迅速增长后缓慢增加的趋势，并在交联剂含量达到0.6%时失去热塑性；随着交联剂含量的增加，聚合物的热稳定性提高，玻璃化转变温度提高；随着交联剂含量的增加弯曲强度和冲击强度呈现出先增加后降低的趋势，并在交联剂含量为0.4%时达到最大值，分别为44.8MPa和3.14kJ/m2。最后对交联剂含量为0.4%的树脂体系进行了预浸料和复合材料的制备，研究发现：预浸料的树脂含量依然保持在在30wt%左右，吸水率略有降低，达到了3.23wt%；复合材料的拉伸强度和弯曲强度相比于未交联的复合材料有了一定幅度提高，分别达到了909.6MPa和703.1MPa。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 热塑性复合材料概述

1.1.1短切纤维增强热塑性复合材料（SFRTP）

1.1.2 长纤维增强热塑性复合材料（LFRTP）

1.1.3 连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）

1.2连续纤维增强热塑性预浸料概述

1.2.1连续纤维增强热塑性预浸料成型工艺

1.2.2 连续纤维增强热塑性预浸料加工工艺

1.3 紫外光聚合概述

1.4 本论文研究目的和主要研究思路

1.4.1 本论文研究的主要目的

1.4.2 本论文的主要研究思路

第2章 聚丙烯酸酯树脂/玻纤预浸料的制备与研究

2.1 引言

2.2实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验设备

2.2.3 聚丙烯酸酯树脂的制备

2.2.4 聚丙烯酸酯树脂/玻纤预浸料的制备

2.2.5 聚丙烯酸酯树脂/玻纤复合材料板材的制备

2.2.6 测试与表征

2.3 实验结果与讨论

2.3.1光引发聚合工艺的确定

2.3.2聚丙烯酸酯树脂的热性能

2.3.3 预浸料树脂含量及吸水率

2.3.4聚丙烯酸酯树脂/玻纤复合材料动态力学分析

2.3.5 聚丙烯酸酯树脂/玻纤复合材料的力学性能

2.3.6 聚丙烯酸酯树脂/玻纤复合材料的断形貌

2.4 本章小结

第3章 交联聚甲基丙烯酸甲酯/玻纤预浸料的制备与研究

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验设备与仪器

3.2.3 交联聚甲基丙烯酸甲酯浇注体的制备

3.2.4 预浸料的制备

3.2.5 复合材料板材的制备

3.2.6 测试与表征

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 红外光谱分析

3.3.2 交联聚甲基丙烯酸甲酯交联度的测试

3.3.3交联聚甲基丙烯酸甲酯的热性能分析

3.3.4 交联聚甲基丙烯酸甲酯的动态机械热分析

3.3.5 交联聚甲基丙烯酸甲酯的力学性能分析

3.3.6 交联聚甲基丙烯酸甲酯/玻纤预浸料的树脂含量和吸水率

3.3.7 交联聚甲基丙烯酸甲酯/玻纤复合材料的动态机械热分析

3.3.8 交联聚甲基丙烯酸甲酯/玻纤复合材料的力学性能

3.4 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 全文总结

4.2 研究展望

致谢

参考文献

附录：硕士研究生期间发表的论文