【摘 要】
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热塑性树脂基复合材料由于拥有抗冲击优异和损伤容限高、韧性高以及生产效率高且可回收等众多优点,被广泛使用于航空航天、交通运输以及风电和医疗设备等领域。树脂基体结构影响复合材料的性能。聚砜树脂由于主链含有刚性芳环和极性砜基基团,相较于其他特种工程塑料具有优异的耐热氧化稳定性和机械性能,但是传统的聚苯砜（PPSU）刚性大,熔体粘度高,加工困难,聚醚砜（PES）热力学性能优异但生产成本高,双酚A型聚砜（P
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热塑性树脂基复合材料由于拥有抗冲击优异和损伤容限高、韧性高以及生产效率高且可回收等众多优点,被广泛使用于航空航天、交通运输以及风电和医疗设备等领域。树脂基体结构影响复合材料的性能。聚砜树脂由于主链含有刚性芳环和极性砜基基团,相较于其他特种工程塑料具有优异的耐热氧化稳定性和机械性能,但是传统的聚苯砜（PPSU）刚性大,熔体粘度高,加工困难,聚醚砜（PES）热力学性能优异但生产成本高,双酚A型聚砜（PSU）价格低廉但是力学性能稍逊色。为解决上述问题,本文在PSU聚合物中引入杂萘联苯结构,合成了一种高性能、易加工且成本低廉的共聚芳醚砜树脂,并且制备连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料,探究了基体的结构对复合材料热性能以及力学性能的影响。首先,本文以4-（4-羟基苯基）-2,3-二氮杂萘-1-酮（DHPZ）、2,2-二（4-羟基苯基）丙烷（BPA）以及4,4′-二氯二苯砜（DCS）为单体,环丁砜为溶剂,采用两步投料法,进行高温溶液逐步聚合,通过调节单体的比例,制备了系列高分子量含杂萘联苯结构共聚芳醚砜（PPAESs）。通过傅里叶红外光谱仪、核磁共振波谱仪、凝胶渗透色谱分析、热失重分析仪、差式扫描量热仪、旋转流变仪以及万能试验机对共聚芳醚砜的结构和性能进行表征。结果表明:与一步投料法合成的共聚物不同的是,PPAESs的数均分子量可达5×10~4以上,玻璃化转变温度在197-257℃之间,5%热失重温度为486-495℃;可溶于三氯甲烷、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等极性非质子性溶剂;共聚芳醚砜薄膜的拉伸强度为55-77 MPa,拉伸模量为1.71-1.94 GPa,断裂伸长率为4%-7%。其次,以不同杂萘联苯结构含量的聚芳醚砜（PPAESs）为基体,采用溶液浸渍法制备碳纤维预浸带,并对其采用模压加工的成型方式制备连续碳纤维增强杂环聚芳醚砜树脂基复合材料（CF/PPAESs）。对复合材料进行弯曲性能、拉伸性能、层间剪切性能、热机械性能的测试,并对复合材料的断裂面进行了扫描电子显微观察,分析其断裂机理。研究结果表明:室温下复合材料的弯曲、拉伸以及层间剪切强度分别可达到1559 MPa、2151 MPa、83 MPa,弯曲模量可达到133 GPa。动态热机械结果表明:复合材料储能模量最高可达110 GPa。而CF/P6040的脆性以及浸胶液的高粘度导致复合材料的整体力学性能下降。SEM分析表明:复合材料断裂形式由界面脱粘转为基体树脂的破坏,提高了复合材料的力学性能。
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