液晶增韧改性环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

摘要

环氧树脂（Epoxy）作为一种复合材料的树脂基体，具有粘接性好、固化收缩性低、绝缘性优异、成型工艺简单、机械性能强等诸多优异特性，环氧树脂是热固性树脂中最重要的一种，在航天、航空、电子电气、粘合剂、涂料等多个领域广泛使用，具有广阔的应用前景。由于环氧树脂使用过程中发生交联固化，造成了环氧树脂抗冲击性能变差，因此针对提高环氧树脂的冲击韧性吸引着大量研究者的目光。论文针对提高环氧树脂复合材料抗冲击性的难题，通过设计合成同时具有刚性链和柔性链结构的液晶高分子（LCP）对环氧树脂复合材料进行增韧改性。采用手糊成型的制备方法，把LCP增韧改性环氧树脂与玻璃纤维（GF）、聚酯纤维（PET）、玻璃纤维/聚酯纤维制备成复合材料。研究了Epoxy/GF/LCP、Epoxy/PET/LCP、Epoxy/GF/PET/LCP复合材料的抗冲击性能，并初步研究了混杂纤维体系对复合材料的影响。　　设计合成具有增韧效果的LCP，通过傅里叶红外光谱验证了合成产物具有所设计的特征基团。DSC结果显示149℃为自制LCP的近晶相转变，而177℃则为LCP从固态到液晶态转变温度。TGA结果表明自制LCP具有很好的热稳定性。　　Epoxy/GF/LCP复合材料性能研究结果表明：（1）LCP的加入能够显著提高玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的抗冲击性能，加入5％的LCP能够使复合材料的冲击强度从25kJ/m2提高到33.84kJ/m2，冲击强度提高了35.4%；（2）LCP的加入降低了复合材料的动态储能模量，提高了复合材料的韧性，提高了复合材料的交联度并且玻璃化温度升高。　　Epoxy/PET/LCP复合材料性能研究结果表明：（1）随着LCP的添加聚酯纤维增强环氧树脂复合材料，冲击强度随之提高，从0%LCP添加量的7.11kJ/m2提高到5%LCP添加量的13.385kJ/m2，提高了88.3%；（2）TGA结果表明LCP的添加提高了复合材料的分解温度，热稳定性提高；（3）LCP的加入降低了复合材料的动态储能模量，复合材料的损耗因子先上升再下降。　　Epoxy/GF/PET/LCP复合材料性能研究结果表明：（1）混杂纤维复合材料的冲击强度随着LCP的添加而提高，冲击强度提高了20.9%；（2）与Epoxy/PET/LCP复合材料相比，Epoxy/GF/PET/LCP复合材料的冲击强度提高了36.5%；（3）动态机械热分析（DMA）结果表明LCP的加入降低了复合材料的动态储能模量，损耗模量峰会变宽，韧性提高，玻璃化温度升高，LCP的添加提高了复合材料纤维层间的相容性。（4）LCP的加入降低了复合材料的热稳定性。　　综上所述，LCP的加入显著提高环氧树脂基纤维增强复合材料的抗冲击性能；玻璃纤维/聚酯纤维的混杂结构提高了聚酯纤维复合材料的抗冲击性能；LCP的加入提高了混杂纤维复合材料的界面粘结性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 项目的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标、拟解决的关键问题和技术路线

1.4 论文结构安排

2 环氧树脂增韧剂液晶的制备和表征

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

3 玻璃纤维复合材料的制备和性能测试

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

4 聚酯纤维复合材料的制备和性能测试

4.1实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

5 玻璃纤维/聚酯纤维混杂复合材料的制备和性能测试

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6 总结

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果