一种含腈基的硅烷偶联剂改性石英纤维/含硅芳炔复合材料

设计并合成了一种含有二腈基的硅烷偶联剂DCA（Dicyanide-containing Silane Coupling Agent）,采用FTIR、1H-NMR、13C-NMR表征了其化学结构。将DCA添加到石英纤维/含硅芳炔（QF/PSA）复合材料体系中,DCA含量为QF的2.0wt%时,常温条件下改性后的QF/PSA复合材料层间剪切强度（ILSS）和弯曲强度分别提升了63.3%和28.1%;250℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别为83.0%和81.9%;500℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别为54.7%和60.0%。偶联剂DCA固化后的热失重5%的温度（T_d5）为357.8℃,900℃时残炭率为55.7%。XPS和DSC数据表明,偶联剂DCA在QF/PSA复合材料界面形成化学桥接,其中腈基在229℃固化,炔基在245℃参与PSA的固化,在PSA与QF间形成强界面层。SEM观察表明,经偶联剂DCA改性后QF/PSA复合材料的破坏属于韧性断裂。新型偶联剂DCA可显著改善QF/PSA复合材料界面,提高其高温力学性能。      

石英纤维增强含硅芳炔树脂复合材料的界面增强

制备苯乙炔全封端的含硅芳炔树脂,与含硅芳炔树脂(PSA)共混,得到满足RTM成型工艺要求的低黏度含硅芳炔树脂,合成三乙氧基乙炔基硅烷(TEOAS)并应用于改性石英纤维(QF)布,采用RTM工艺制备石英纤维增强的PSA树脂复合材料。对共混树脂的加工工艺性、耐热性能、石英纤维的表面和复合材料的性能进行研究。结果表明:共混PSA树脂不但具备较高的耐热性,而且有良好的加工工艺性能;X射线光电子能谱(XPS)分析表明QF表面接枝上乙炔基,TEOAS处理后QF与共混PSA树脂的界面黏结强度增强,复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别较未处理时提高了28.8%和25.4%。     

含端炔硅烷偶联剂处理石英纤维对透波用QF/PSA复合材料界面影响

运用一种结构中含有端炔的硅烷偶联剂(AG-2),提高透波用石英纤维(QF)/含硅芳炔树脂(PSA)复合材料的界面粘接,运用TGA、XPS、SEM、AFM、表面能分析等表征了偶联剂与纤维、树脂的相互作用。凝胶时间和TGA分析表明AG-2加入对PSA的高温性能影响不大;TGA、XPS、表面能匹配分析等推断AG-2的作用机理为偶联剂分别与纤维表面、树脂基体发生化学偶联,同时增大了QF的表面能,改善了与PSA的表面张力匹配;偶联剂处理后QF/PSA复合材料界面粘结强度增加,复合材料的力学性能提高,层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别较未处理前提高了34.77%和38.30%。     

碳纤维布增强的改性含硅芳炔树脂基复合材料的制备和性能

先合成双酚A型含硅芳炔醚(SAPE-BA)和二苯醚型含硅芳炔醚(SAPE-DPE)树脂并表征其结构,再将其与含硅芳炔树脂(PSA)共混得到改性树脂PSA/SAPE-BA和PSA/SAPE-DPE,用热模压法制备碳纤维布增强的改性PSA树脂基复合材料,研究了改性PSA树脂的加工工艺性能、热性能、力学性能和复合材料的力学性能。结果表明,与PSA树脂相比,改性PSA树脂不但具有较好的加工性能,还具有较好的耐热性能。两种改性PSA树脂的玻璃化转变温度(Tg)都高于500℃,在氮气中5%热失重温度(Td5)分别达550℃和590℃;这两种改性树脂浇注体的弯曲强度分别提高了78.3%和54.2%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-BA共混树脂基复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别提高了38.4%和33.5%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-DPE树脂复合材料的弯曲强度和ILSS分别提高了23.4%和21.8%。     

含硅芳炔树脂的改性及复合材料性能

合成了苯乙炔全封端含硅芳炔树脂(FEC-PSA)和含炔丙氧基苯并口恶嗪(P-appe),通过与含硅芳炔树脂(PSA)混合得到了4种不同共混质量比的改性含硅芳炔树脂,用模压成型制备了单向T800碳纤维增强改性含硅芳炔树脂复合材料。利用红外光谱、核磁共振氢谱、差示扫描量热分析和热重分析等方法对改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构和性能进行了研究。结果表明,共混树脂的黏度随温度的升高和加入P-appe质量分数增加而明显下降。当P-appe质量分数为30%时,共混树脂固化物5%热失重温度(T_(d5))为531℃,800℃残留率为85%;共混树脂浇铸体的弯曲强度为41.5 MPa,冲击强度达5.5 kJ/m~2;改性PSA树脂经T800碳纤维增强,其复合材料的弯曲强度和弯曲模量在常温下为1557 MPa和153 GPa,层间剪切强度为66 MPa。     

新型含硅聚芳炔树脂基透波复合材料的制备与性能

为满足工程领域对耐高温树脂基透波复合材料的需求,研究石英纤维(QF)增强新型含硅改性聚芳炔(PSA)树脂基复合材料(QF/PSA)的制备方法及其性能。首先对树脂的黏度进行分析,确定了树脂在不同温度和时间下的黏度变化预测模型,适宜的树脂传递模塑工艺(Resin Transfer Molding, RTM)注胶温度在70~100℃范围;对树脂固化过程中的放热量、红外光谱和流变特性进行分析,确定了树脂的固化温度和固化过程,在250℃可以实现树脂的固化。基于上述分析进行了复合材料的高质量制备,并进一步对复合材料的微观形貌、力学性能、热膨胀性能、介电性能和耐高温性能进行分析和试验验证。材料的玻璃化转变温度(T_g)大于500℃,5%热失重温度(T5%)高达625℃,石英灯试验表明耐高温能力可达520℃/1000 s;介电常数稳定在3.1~3.2,介电损耗稳定在0.003以下;力学性能满足功能材料的使用要求。上述研究表明,该新型含硅聚芳炔树脂基透波复合材料在航空航天领域具有重要的应用价值。      

苯并噁嗪-氨基稀释剂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用氨基稀释剂(AD)和端乙炔基型聚苯并噁嗪(EB)树脂改性一种具有高力学性能的聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)(PDMP)树脂。按照质量比PDMP∶EB∶AD=5∶1∶1进行共混后制备PDMP-EB-AD树脂。利用FTIR、DSC、介电分析仪(DEA)、TGA分析改性前后树脂的结构、黏度、固化过程和耐热性能变化。结果表明,AD与EB中的—NH₂和—C≡CH均参与进PDMP固化过程中,共混后PDMP-EB-AD树脂固化温度升高,黏度降低,热分解温度(T_d5)在N₂和空气下分别为539.5℃和518.7℃,1 000℃质量保留率分别为85.1%和18.1%。利用浸渍法将PDMP-EB-AD树脂与石英纤维(QF)制备成预浸料进行模压成型,制备的QF增强PDMP-EB-AD树脂(QF/(PDMP-EB-AD))复合材料力学性能极大提高,且树脂与纤维的黏结性得到改善。常温下QF/(PDMP-EB-AD)复合材料弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别为694.5 MPa和41.9 MPa,较QF/PDMP复合材料分别提高了176.6%和96.7%,250℃时弯曲强度和ILSS达到319.5 MPa和20.11 MPa。      

侧氰基芳醚硅芳炔树脂的制备与表征

在无水三氟甲磺酸锌催化下通过2,6-双-(4-乙炔基苯氧基)-苯腈和二甲基二氯硅烷室温反应制备了侧氰基芳醚硅芳炔树脂(CNSA);采用1H-NMR、FTIR、DSC、TGA等分析测试技术表征了CNSA的结构与性能。结果显示,CNSA树脂具有好的溶解性和宽的加工窗口,可在较低温度(<200℃)下发生固化反应;树脂固化物具有好的热性能,在50~400℃之间无玻璃化转变,在N₂中质量损失5%的温度T_d5达512℃;T300碳纤维平纹布/CNSA(CF/CNSA)复合材料的室温弯曲强度达383.8 MPa,弯曲模量为62.9 GPa。      

双酚A型邻苯二甲腈树脂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用双酚A型邻苯二甲腈预聚树脂(BAPh-P)改性聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PDMP)制备了双酚A型邻苯二甲腈/聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PBA),利用DSC、FTIR、流变分析、TGA等技术分析其固化行为、黏度以及耐热性变化。结果表明,PBA树脂固化峰值温度较PDMP升高;固化反应主要为炔基的Diels-Alder和加成反应、氰基进一步交联生成三嗪环和酞菁环等结构反应;BAPh-P的加入提升了PDMP在空气下的耐热性,PBA-1(PDMP:BAPh-P质量比为5∶1)树脂固化物在N₂和空气氛围质量损失5%的温度(T_d5)分别为640.6℃和591℃,1000℃质量保留率为89.0%和26.9%;随着BAPh-P质量增加,PBA树脂固化物T_d5呈下降趋势,但空气中T_d5均高于PDMP;石英纤维增强PBA树脂基(QF/PBA)复合材料随BAPh-P质量增加室温弯曲强度逐渐升高,高温弯曲强度先升高后降低;其中QF/PBA-2复合材料室温和400℃弯曲强度分别为363 MPa和330 MPa,较PDMP分别提升91%和214%,室温和400℃的层间剪切强度(ILSS)分别为37.5 MPa和22.2 MPa。      

含炔基酚醛树脂改性PSA及碳纤维布/PSA-EPAN复合材料性能

合成了乙炔基苯基偶氮酚醛树脂（EPAN）,通过溶液共混的方法用其对含硅芳炔树脂（PSA）进行改性,研究了PSA-EPAN树脂的热性能,并制备了PSA-EPAN的碳布预浸料,经热模压制备碳纤维布（T300CF）增强PSA-EPAN复合材料,对其力学性能进行了研究。结果表明：EPAN均匀分布于PSA树脂中,EPAN共混改性PSA树脂的固化温度提高,混入质量分数为7%的EPAN,N₂中固化PSA-EPAN树脂在800℃残留率超过90%,其玻璃化转变温度高于500℃,PSA-EPAN共混树脂浇铸体的弯曲性能高于PSA树脂,达40.7 MPa,提高了95.5%;PSA树脂经T300CF/PSA-EPAN复合材料力学性能显著提高,弯曲强度达到了423.5 MPa,提高了74%,层间剪切强度（ILSS）提高至29.53 MPa,增加了65%。     

石英纤维布/含乙烯基聚硅氮烷耐高温透波复合材料的制备与性能

在对含乙烯基聚硅氮烷（PSN1）树脂基本性能研究的基础上,以石英纤维布为增强材料,利用层压法制备了石英纤维布/含乙烯基聚硅氮烷耐高温透波复合材料（QF/PSN1）,并对其在室温和高温下的力学性能及介电性能进行了测试与表征。研究结果表明:PSN1树脂工艺性能良好,黏度低于1 Pas（60~151℃）,固化温度小于200℃;耐热性能优异,在N₂和空气氛围下,其固化物失重5%时的温度均高于480℃、800℃时的残重均高于76%。QF/PSN1复合材料力学性能优异,弯曲强度和层间剪切强度随温度升高出现先下降后上升的趋势;450℃烘烤10 min后,其弯曲强度仍在120 MPa以上。QF/PSN1复合材料介电性能优异:在1~12 GHz范围内,QF/PSN1复合材料在室温~450℃范围内介电常数（ε）均低于3.2,介电损耗（tanδ）均小于0.01。上述研究结果表明:含乙烯基聚硅氮烷作为耐高温透波材料的新型树脂基体具有重要的应用价值。      

甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷改性碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能

利用微脱粘法、三点弯曲法、扫描电镜（SEM）、力调制模式原子力显微镜（AFM）和动态力学热分析（DMTA）研究了甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）涂层改性前后的碳纤维增强的聚芳基乙炔（PAA）复合材料的界面性能。用Wilhelmy法研究了处理前后的碳纤维与PAA树脂的浸润性。结果表明: POSS涂层处理后的碳纤维表面粗糙度增大,与PAA树脂的浸润性提高;复合材料的界面剪切强度提高了36%,层间剪切强度提高了50%。DMTA图谱表明, POSS涂层改性后,复合材料的玻璃化转变温度提高了12℃,损耗因子降低了53%,表明复合材料的界面粘接性能得到大幅度的改善。      

苯并噁嗪共混树脂及其玻璃纤维布增强复合材料的制备与性能

采用氨基保护和还原方法合成了对氨基苯炔丙基醚(APPE), 与苯酚和多聚甲醛通过Mannich缩合制备了含炔丙基的苯并噁嗪(P-APPE)。采用溶液共混的方法, 将P-APPE与苯酚/苯胺型苯并噁嗪(PAF)和含硅芳炔树脂(PSA)共混得到了改性苯并噁嗪树脂。用差示扫描量热法、动态热力学分析、热失重分析和宽频介电仪研究了该树脂体系的热性能和介电性能。研究结果表明: PSA加入到苯并噁嗪树脂中可提高共混树脂的热性能, 加入质量分数为14.3%的PSA可使共混树脂的 T _g从195℃提高至235℃, 其5%热失重温度从350℃提高至399℃; 共混树脂的介电损耗因子和介电常数随PSA加入量的增加而降低。玻璃纤维布增强的共混树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲强度在加入质量分数为5.3%的PSA后下降超过50%。     

固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响

研究热压成型过程中,不同固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻纤维在120,140℃和180℃分别处理2h后单纤维拉伸性能发生不同程度的下降。环氧树脂E-51在120,140℃和180℃下固化2h后拉伸性能未发生明显变化。基于环氧树脂的单向亚麻纱线增强复合材料分别在120℃和140℃固化成型时,拉伸强度和冲击强度变化不大。但当固化温度达到180℃时,由于亚麻纤维在高温环境下损伤较为严重,其增强复合材料的拉伸强度和冲击强度均发生明显的下降。然而复合材料的拉伸模量随着成型温度的升高有一定幅度的提升。     

聚合物涂层对高模量碳纤维表面性能的影响

为改善碳纤维表面性能以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能,对PAN基高模量碳纤维（HMCF）表面进行聚合物涂层处理。研究了不同潜伏性固化剂含量的聚合物涂层对HMCF表面以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能的影响。IR分析表明,聚合物涂层与纤维或树脂基体发生了化学反应。扫描电镜和动态机械热分析的结果也说明,聚合物涂层能够提高...     

磺化聚醚砜上浆剂对碳纤维/聚醚砜复合材料界面性能的影响

为了提高碳纤维(CFs)增强热塑性树脂聚醚砜(PES)复合材料的界面结合力,对PES进行磺化改性,得到磺酸基聚醚砜(SPES)制备的CFs上浆剂,研究了SPES上浆剂对CFs/PES复合材料界面性能的影响和上浆剂质量分数对CFs/PES复合材料的作用效果。结果表明:经过SPES上浆的纤维毛丝量降低、耐磨性提高。同时FTIR和XPS分析表明:SPES中的—SO3H基团与CFs表面微量的活性官能团发生了化学反应,提高了增强体CFs与基体树脂PES间的黏连。当上浆剂含量为1wt%时,CFs/PES复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高最显著,比未上浆改性的CFs/PES复合材料的提高了24%。SEM照片证实在此浓度下CFs与PES结合更加紧密。动态力学热分析(DMTA)结果亦证明1wt%的SPES上浆剂提高了CFs/PES复合材料的玻璃化转变温度。     

碳纤维电化学氧化表面处理效果的动态力学热分析研究

利用动态力学热分析(DMTA)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对聚丙烯腈基(PAN)碳纤维电化学氧化表面处理效果进行了研究。研究结果表明,DMTA谱图中经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)其损耗角正切(tanδ)较未处理的降低30％,玻璃化温度(T_g)与tanδ峰值的变化可以有效地表征PAN基碳纤维表面处理的效果。这一结论与SEM观察CFRP断口形貌的结果相符。经定量计算出的界面粘结参数A和α与CFRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的碳纤维与树脂间界面粘结效果是一致的。同时,XPS表面化学分析表明,经电化学氧化处理后的碳纤维表面羟基含量提高55％及活性碳原子数增加18％,采用适当的处理条件可使CFRP的ILSS提高20％以上。