论文部分内容阅读
高性能纤维及其树脂复合材料以强度高,耐热性好,耐腐蚀性能好等优异的性能逐渐代替钢铁等材料,但是纤维本身仍存在缺陷,活性官能团少,与树脂粘结性能不好,致使纤维及其复合材料性能与应用存在一定限制。本文合成水性聚氨酯乳液目的在于改善纤维表面缺陷,提高纤维性能,改善与树脂粘结性。且聚氨酯的合成原料种类众多,合成的聚氨酯可以具有非常多的结构,可以根据不同要求,设计不同的分子结构,为玻璃纤维/玄武岩纤维浸润剂和碳纤维上浆剂提供了优质的选择。本论文主要设计方案与实施结果如下:1)中间体的合成:二乙醇胺与丙烯酸十八酯采用迈克尔加成反应原理合成中间体。2)以多羟基聚合物（聚丙二醇、聚四氢呋喃）、低分子量不饱和二元醇G8、1,4-丁二醇与2,4-甲苯二异氰酸酯进行反应,再用阳离子扩链剂N-甲基二乙醇胺进行扩链反应,最后用冰醋酸中和成盐,用蒸馏水在搅拌下进行乳化,制得阳离子型水性聚氨酯乳液。通过改变不同原料和原料间的配比及中间体含量,改变阳离子水性聚氨酯的分子结构,从而使聚氨酯分子链上具有不同的亲水-亲油性、粒径尺寸可调性、改善耐热性等特点。随着中间体含量的增加、R（NCO/OH）值的增大、纳米SiO2用量的增加粒径随之改变,同时多羟基聚合物使用聚四氢呋喃或者异氰酸酯采用异氟尔酮二异氰酸酯合成的乳液粒径均增大,且乳液粒径可从15.20 nm530.94 nm范围之间。使用异氟尔酮二异氰酸酯/聚四氢呋喃合成的阳离子水性聚氨酯乳液耐热性能优于使用2,4-甲苯二异氰酸酯/聚丙二醇合成的。制得的乳液表面张力普遍较小,说明乳液浸润效果较好;当中间体含量为二元醇33%mol时,表面张力值最小为33.3 N/m。通过研究得出改变原料以及原料间的配比或者加入纳米粒子改性均可以改变阳离子水性聚氨酯乳液的粒径大小、耐热稳定性与表面张力,使之可以满足不同产品对上浆剂/浸润剂的要求。3)使用聚丙二醇、1,4-丁二醇、低分子量不饱和二元醇G8（代号）、中间体含量为二元醇的23%mol、R=（NCO/OH）=1.5时,合成的阳离子水性聚氨酯乳液CWPU-5配制成的浸润剂/上浆剂在中复神鹰碳纤维生产中与吉林玖鑫玄武岩公司玄武岩生产线上均成功上线测试,测试结果均满足生产要求。使用CWPU-5复配的浸润剂上浆后的玄武岩纤维拉伸强度为2.89 Gpa,模量88 Gpa,线密度206.3 g/Km,体密度2.70 g/cm3,上浆后玄武岩纤维与环氧树脂AG80/乙烯基树脂制得复合材料样条,宁波材料所测得层间剪切强度达到113.2 MPa与76.3 MPa;碳纤维拉伸强度最大值为4.93 Gpa,拉伸模量为2.32 Gpa,断裂伸长率为2.7%,线密度为820 g/Km,在中复神鹰上线上浆后的碳纤维与环氧树脂AG80制得的复合材料样条层间剪切强度达到132.4 MPa。说明本文合成的阳离子型水性聚氨酯成膜剂制得的浸润剂/上浆剂与玄武岩纤维/碳纤维浸润性好,增加了玄武岩纤维与碳纤维表面的活性官能团,提高了纤维与树脂的粘结性,增强了复合材料的力学性能,为玄武岩纤维与碳纤维生产提供了优异的可选择性的浸润剂/上浆剂。