BF/邻苯二甲腈树脂基复合材料增韧改性研究

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联苯型邻苯二甲腈(BPh)作为最具代表性的一类邻苯二甲腈树脂,由于其优异的耐热性能和力学性能,已作为先进树脂基复合材料而被广泛应用于航空航天、核能、高温工业等领域。然而,与普通热固性树脂一样,交联密度过高使BPh树脂固化后脆性大,抗冲击性能差,导致其复合材料应用受限。针对上述问题,本课题采用含杂萘联苯结构的芳醚腈类树脂(PPEN、PPENK)以及氨基封端PPENK(PPENK-DA)增韧改性联苯型邻苯二甲腈树脂(BPh),并制备了玄武岩纤维增强的共混树脂体系复合材料,探究PPEN、PPENK以及PPENK-DA对BF/BPh复合材料综合性能的影响规律。首先,采用杂萘联苯聚芳醚腈(PPEN)和杂萘联苯聚芳醚腈酮(PPENK)作为增韧剂,用于增韧改性BF/BPh复合材料。通过DSC和流变仪研究了BPh/PPEN和BPh/PPENK共混物的固化行为,并对BPh共混树脂体系固化物的结构与其热性能关系进行了深入研究。考察了PPEN和PPENK的添加量对BF/BPh复合材料力学性能的影响规律,结果表明,当PPENK含量为30 wt.%时,BF/BPh/PPENK层压板的无缺口冲击强度可高达107.7 k J/m2,比BF/BPh层压板提高64.2%。PPEN含量为20 wt.%时,BF/BPh/PPEN层压板的层间剪切强度可以达到42.5 MPa,比BF/BPh层压板的层间剪切强度提高134.8%。同时,复合材料层压板断裂面SEM表明,热塑性PPEN和PPENK可以显著抑制分层现象以及纤维的拔出和剥离。其次,为了增强热塑性树脂与BPh的相互作用,本文设计、合成了不同分子量的氨基封端杂萘联苯聚芳醚腈酮(PPENK-DA),并用于增韧改性BF/BPh复合材料。通过DSC表征了BPh/PPENK-DA共混物的固化动力学,并对树脂体系固化物的耐热稳定性进行了详细研究。考察了PPENK-DA的分子量对BF/BPh/PPENK-DA复合材料力学性能的影响。结果表明,当PPENK-DA的数均分子量为8000时,BF/BPh/PPENK-DA层压板的弯曲强度可达740 MPa。并且PPENK-DA数均分子量为10000时无缺口冲击强度可达116.3 k J/m2。DMA研究结果表明,复合材料材料保持优异的热机械性能。同时,复合材料层压板断裂面SEM表明树脂基体与玄武岩纤维有较好的界面粘结性。
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