邻苯二甲腈树脂基杂化耐高温复合材料的研究

摘要

邻苯二甲腈树脂作为一种新型热固性树脂，具有优异的热性能、机械性能和加工性能，广泛的应用在航空航天、电子电气和汽车制造等领域。本文主要围绕邻苯二甲腈树脂的制备、树脂与无机粒子共混杂化及碳纤维复合增强材料的制备三个方面展开探究。本研究表明，以无机粒子杂化邻苯二甲腈树脂为基体材料制备出的碳纤维复合材料具有优异的综合性能。 本文研究内容如下： 采用4-硝基邻苯二甲腈（Nph）与联苯二酚(Bp）制备出邻苯二甲腈树脂(Bpph），并使用FT IR、1HNMR、DSC、流变仪对其结构与性能进行了表征。将Bpph树脂分别与Al2O3、B4C按比例共混，并在4’4-二氨基二苯砜(DDS,5wt%）作用下固化得到杂化体系。通过Kissinger方程探究了不同体系固化动力学，研究发现B4C在一定程度上能降低体系固化活化能(ΔE）。流变测试结果表明无机粒子拓宽了树脂的加工窗口。红外测试结果表明：在固化剂DDS作用下，B4C与Bpph固化后形成了B-H键，进而提升了材料稳定性。无机粒子改性并固化后的树脂热性能通过TGA、DTG和DSC表征，所有体系Tg均大于400℃，B4C杂化的树脂固化物Td5%N2高达600℃，Cy1000℃为86%，空气氛围Td5%air达581℃，Cy1000℃为80.6%，具有优异的热稳定性。 虽然B4C提升了Bpph的热稳定性能，但单一的树脂共混固化物体系不足以满足材料实际应用中对力学性能的要求。因此设计制备B4C杂化邻苯二甲腈树脂基复合材料具有重要的实际意义。纯Bpph树脂溶于热N，N-二甲基乙酰胺(DMAc，比例1:3）中制备树脂胶液，碳纤维浸渍后烘干制成预浸片，分别采用控制变量和正交分析法探究了热压罐成型工艺，探究出纯Bpph树脂基复合材料和B4C杂化Bpph树脂基复合材料的最佳制备工艺。 通过万能试样机对复合材料常温、高温弯曲性能以及常温、高温层间剪切性能进行了表征。结果表明材料具有较好的耐高温性能，尤其是B4C杂化复合材料相比纯的Bpph碳纤维增强复合材料具有较高的高温弯曲、层间剪切强度和高温保持率。B4C杂化Bpph/T700复合材料室温下弯曲强度达1829MPa，400℃时高达1004MPa。B4C杂化Bpph/T800织物增强复合材料450℃下弯曲强度219MPa，DMA分析发现材料Tg均大于480℃，TGA分析发现B4C杂化Bpph树脂基复合材料具有优异的热稳定性。

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