聚酰亚胺纤维增强环氧复合材料的制备及性能

摘要

高性能聚酰亚胺纤维是具有良好力学和介电性能、耐热、耐化学腐蚀、耐辐照的新型有机纤维，十分适合作为轻质透波复合材料的增强体。环氧树脂具有良好的综合性能和加工工艺性，它在固化中的收缩小且成本相对较低，是制作复合材料的最常用基体树脂。制备以聚酰亚胺纤维为增强体、以环氧为基体的复合材料对透波复合材料意义重大。论文的研究内容有以下几个方面。
　　1.合成一种含氟环氧FDE，并把它作为低介电改性剂加入到DGEBA/MNA体系中，研究了FDE添加对固化动力学和性能的影响。研究发现，FDE添加对固化工艺并无明显影响，通过动力学研究确定了合适的固化工艺，即110℃/2h+130℃/2h+150℃/3h+190℃/1h。当FDE添加量为10wt％DGEBA时，固化物的介电常数大约降低了0.3，抗冲韧性由20kJ/m2提高到25k J/m2，同时玻璃化转变温度也没有明显降低。
　　2、以S35聚酰亚胺纤维作为增强体，以DGEBA/MNA为基体，用湿法缠绕制备了预浸料，并优化了制备工艺参数。针对湿法中存在的含胶量不均、挥发组分含量高等不足之处，又使用胶膜法制备了预浸料，并对制备工艺参数进行了优化，获得的最佳成膜条件是:在体系中添加3wt％气相SiO2为并在85℃预固化60min。热熔预浸机最佳的工艺参数是:热辊温度55℃，热辊压力4MPa，热辊转速1rpm。由此制备出的预浸料含胶量均匀、性能稳定，可进行下一步的加压固化。
　　3、把预浸料层叠后用模压机通过加压加热的方式制备出复合材料层板，重点研究了压力大小和加压时机对性能的影响。固化工艺使用树脂的固化工艺:110℃/2h+130℃/2h+150℃/3h+190℃/1h，当升温至80℃时施加4MPa的压力，并且在固化过程中一直保持压力不变。单向复合材料层板的层间剪切强度、拉伸强度、拉伸模量、压缩强度、压缩模量、弯曲强度和弯曲模量分别为50MPa，1.37GPa，56GPa,234MPa,50.5GPa,580MPa，和50GPa.
　　4、以DGEBA/MNA为树脂基体，分别以Kevlar29型芳纶纤维和S35聚酰亚胺纤维为增强体制备了复合材料。在同样条件下，聚酰亚胺纤维复合材料的力学性能、介电性能以及耐热性能都优于芳纶纤维复合材料。
　　5、研究了FDE添加对聚酰亚胺纤维增强复材性能的影响。在DGEBA/MNA体系中加入了10wt％FDE后，复材的介电常数从3.4降低至3.2，而且力学性能和耐热性能几乎没有降低。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 聚酰亚胺纤维

1．1．1 聚酰亚胺纤维结构与性能

1．1．2 聚酰亚胺纤维的应用

1．1．3 聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究进展

1．2 透波复合材料

1．2．1 树脂基透波复合材料的增强纤维

1．2．2 树脂基透波复合材料的树脂基体

1．3 纤维增强树脂基复合材料制备工艺

1．3．1 复合材料预浸料的制备工艺

1．3．2 复合材料制备工艺

1．4 本课题研究背景及意义

1．5 本课题研究主要内容

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验用仪器设备

2．2．3 测试与表征

2．2．4 (4-氟-4’，4”-二羟基)-三苯基甲烷(FDH)的合成

2．2．6 环氧树脂的固化

2．3 结果与讨论

2．3．1 FDE的合成与表征

2．3．2 环氧树脂体系固化工艺的测定

2．3．3 DGEBA／FDE改性树脂体系的红外表征

2．3．4 DGEBA／FDE改性树脂体系的介电性能

2．3．5 DGEBA／FDE改性树脂体系的DSC表征

2．3．6 DGEBA／FDE改性树脂体系的DMA表征

2．3．7 DGEBA／FDE树脂体系的力学性能

2．4 结论

第三章 聚酰亚胺纤维增强环氧复合材料预浸料的制备及性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料和设备

3．2．2 实验用仪器设备

3．2．3 测试与表征

3．2．4 湿法缠绕制备聚酰亚胺纤维增强环氧复合材料预浸料

3．2．5 胶膜法制备聚酰亚胺纤维增强环氧复合材料预浸料

3．3 结果与讨论

3．3．1 湿法缠绕制备复合材料预浸料工艺参数的确定

3．3．2 胶膜法制备复合材料预浸料

3．3．3 预浸料性能的测试与分析

3．3．4 湿法缠绕与胶膜法制备预浸料的性能比较

3．4 结论

第四章 复合材料层板的制备及性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验用仪器设备

4．2．3 测试与表征

4．2．4 模压法制备复合材料单向层板

4．2．5 复合材料单向层板样条的裁剪

4．3 结果与讨论

4．3．1 加压时机对复合材料力学性能的影响

4．3．2 压力大小对复合材料力学性能的影响

4．3．3 芳纶纤维／环氧基复合材料与聚酰亚胺纤维，环氧基复合材料性能的比较

4．3．4 树脂基体加入含氟环氧FDE对复合材料性能的影响

4．4 结论

第五章 结论

参考文献

致谢

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