改性硼酚醛树脂/玄武岩纤维复合材料的制备及工艺研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq11202365
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为解决海水管路与仪表装置中的电偶腐蚀问题,寻找到金属连接件替代材料,纤维增强树脂基复合材料被广泛研究和开发。本研究采用玄武岩纤维(BF)作为增强体并选取了同样具有耐高温性能及较好力学性能的硼酚醛树脂(BPF)作为基体,采用钛酸钾晶须对树脂改性后,用模压工艺制备了钛酸钾晶须改性硼酚醛树脂/玄武岩纤维复合材料,研究了树脂基体及玄武岩纤维复合后的耐高温及力学性能,对纤维增强树脂基复合材料在海洋环境下的应用提供参考依据。实验采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热失重(TGA)、差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)等方法对树脂的组成和基团变化、热性能和表面形貌进行表征,并测试了复合材料的绝缘电阻率、力学性能以及高温烧蚀对复合材料性能的影响。文中采用水杨醇法制备了硼酚醛树脂,通过改变反应物比例确定了合成硼酚醛树脂较佳比例为苯酚:多聚甲醛:硼酸=1.0:1.6:0.33。通过改变树脂比例、固化时间并结合DSC曲线,确定了较佳模压成型工艺条件为树脂比例42%,固化温度180℃,固化时间3小时。采用原位生成法制备了钛酸钾改性硼酚醛树脂,并与玄武岩纤维结合制备复合材料,确定了钛酸钾晶须的较佳添加量为4%。钛酸钾晶须将玄武岩纤维和硼酚醛树脂基体的复合由二维连接变成三维连接,从而有效地改善了复合材料的机械性能,其最大拉伸强度和弯曲强度分别高达521 MPa和690 MPa,约为室温下碳钢强度的两倍,但经过高温烧蚀后,复合材料力学性能有所降低。该复合材料展现出了高绝缘性能,表面电阻率和体积电阻率均大于1016Ω·cm,将材料浸泡于海水中,绝缘电阻率在前三天急剧下降,在400 h后稳定在109Ω·cm。在经过800℃烧蚀后绝缘电阻率仍可以保持在1014Ω·cm以上。该复合材料在长效绝缘防腐材料方面具有潜在应用价值。
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