胺基功能化碳纤维增强BPFER/mXDA/TG-Siloxane复合材料研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengjiangjie
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双酚F环氧树脂(BPFER)因其低粘度、高绝缘性、耐高温、耐溶剂以及良好的粘接性能而成为重要的复合材料基材。碳纤维具有高比强、高比模量和轻量化等特点,广泛用作聚合物增强材料制备高性能复合材料。本文以间苯二甲胺(mXDA)为固化剂、N,N,N′,N′-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(TG-Siloxane)为改性剂,双酚F环氧树脂为基体树脂,以胺基功能化碳纤维为增强体,制备碳纤维/环氧树脂复合材料,并研究了复合材料的固化、力学、耐热等性能。论文主要内容如下:(1)以1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(DSX)与环氧氯丙烷(ECH)为原料,采用相转移催化剂合成了N,N,N′,N′-四缩水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(TG-Siloxane),利用红外光谱和核磁共振光谱对其结构进行了表征。以TG-Siloxane为改性剂,利用差示扫描量热法(DSC)研究了其改性双酚F环氧树脂(BPFER)和固化剂间苯二甲胺(mXDA)体系的固化动力学。采用Starink方程对反应活化能进行推算,得该体系表观固化活化能为51.52kJ mol-1,用自催化模型求得不同升温速率下的表观因子A、反应级数m、n。运用温度-升温速率(T-β)曲线外推法得该树脂体系的推荐固化工艺参数;凝胶化温度为42℃,固化温度为77℃,后固化温度为112℃。研究表明,该有机硅改性剂可显著改善BPFER体系的热性能。(2)碳纤维表面缺乏有化学活性的官能团,不利于其与树脂基体的结合。因此,为了改善碳纤维与树脂的界面结合强度,提高复合材料的性能,论文采用混酸处理化学方法对碳纤维进行表面化学改性,在其表面引入羧基,进而利用氯化亚砜将碳纤维表面所引入的羧基转化为酰氯基团,其产物进一步与间苯二甲胺发生取代反应,将间苯二甲胺接枝到碳纤维的表面,获得具有活性端胺基的碳纤维。并采用了FT-IR、XPS和SEM等对化学修饰过程中各阶段的反应产物进行表征。(3)将功能化之后的碳纤维与BPFER/mXDA/TG–Siloxane树脂进行复合,制备了功能化碳纤维/环氧树脂复合材料。讨论了碳纤维表面改性对复合材料的力学性能和热性能的影响。力学测试结果与SEM分析都表明,胺基功能化碳纤维对BPFER/mXDA/TG–Siloxane树脂体系的增强效果明显。且当其用量为1%时,复合材料的力学性能较佳,其拉伸强度为76.34MPa、断裂伸长率为8.39%、弯曲模量为4.76GPa、弯曲强度为89.82MPa。
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