【摘要】：復合材料的樹脂基體分為熱塑性和熱固性兩種。熱塑性樹脂力學性能優(yōu)異,具有較高的使用溫度,但由于其分子量較高,導致熔體粘度較大,在溶劑中溶解度較差,不易加工成型;熱固性樹脂分子量較低,在結(jié)構(gòu)中一般含有反應活性基團,在外界的刺激下會引發(fā)交聯(lián)反應使分子量上升,熱氧化穩(wěn)定性和機械強度都大幅度提高,是理想的復合材料基體樹脂,如環(huán)氧樹脂和PMR型樹脂。聚酰亞胺是一種耐高溫、高強度、絕緣、低熱膨脹系數(shù)、無毒的高性能聚合物。在上世紀90年代,美國政府實施民用高速飛行器計劃(HSCT),NASA的研究人員在對苯乙炔封端聚酰亞胺充分研究后發(fā)現(xiàn),這類樹脂可以兼顧加工成型,熱學和力學性能三者之間平衡,作為可以應用于飛行器上的材料而被重點開發(fā)。樹脂傳遞模塑成型(RTM)是制備大型部件的首選工藝技術(shù),因為其加工成本較低,生產(chǎn)效率較高,解決了先進復合材料制備高成本的難題。但是RTM技術(shù)要求樹脂具有較低的熔體粘度和較高的熔體粘度穩(wěn)定性,因此研究出兼具優(yōu)異的熱學和力學性能以及較低熔體粘度的樹脂是現(xiàn)如今研究的重點。目前,為了降低樹脂的熔體粘度,普遍的方式是在分子鏈中引入非對稱、非平面結(jié)構(gòu),或者大體積側(cè)基結(jié)構(gòu),或者將聚合物設(shè)計成支化結(jié)構(gòu),雖然這些結(jié)構(gòu)可以有效的改善樹脂的加工性能,但是含有這些結(jié)構(gòu)的單體合成過程十分復雜,難以大量獲得,也就無法實現(xiàn)真正的生產(chǎn)化。由此,本論文的設(shè)計思想是制備一種苯乙炔封端聚酰亞胺,使其在交聯(lián)前具有優(yōu)異的加工性能(低熔體粘度和高有機溶劑溶解度),交聯(lián)后具有較高的熱穩(wěn)定性和力學性能,同時單體原料制備簡單、易得。因此本文選用兩種對位結(jié)構(gòu)的二胺單體,2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(6FBAPP)和2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP),分別與4,4’-聯(lián)苯醚二酐(ODPA)和4-苯乙炔苯酐(PEPA)制備苯乙炔封端全對位多醚型系列聚酰亞胺樹脂。通過單體中較多的醚鍵來增加分子鏈的柔性,以降低樹脂的熔體粘度。首先對此類型樹脂進行綜合性能評價,然后對比三氟甲基和甲基的引入對樹脂性能的影響。測試結(jié)果表明,該類型樹脂均具有較低的熔體粘度和較高的熔體粘度穩(wěn)定性,其中Oligo-6F-2和Oligo-2的熔體粘度最低,均在5Pa?s以下,在310℃可以保持較長時間的熔體粘度穩(wěn)定,說明Oligo-6F-2和Oligo-2可以利用RTM技術(shù)制備復合材料。同時,所有預聚體在有機溶劑中的溶解度較高,有益于預浸料的制備。固化后樹脂的綜合性能優(yōu)異,其中Oligo-6F-2固化后的T_g為276℃,高于PETI-5的T_g(270°C),T_(d5%)達到520℃以上,拉伸強度高于80MPa。此類型熱固性樹脂具有優(yōu)異的綜合性能,其中含氟樹脂在溶解性能和熱學性能方面更加突出。在對樹脂進行評價后,依據(jù)實驗室現(xiàn)有的實驗條件,我們選用Oligo-6F-4和Oligo-4作為基體樹脂與碳纖維增強材料復合制備了復合材料,并對其力學性能進行研究。測試結(jié)果表明,兩種復合材料CF-4和CH-4的拉伸性能、彎曲性能和層間剪切性能均十分優(yōu)異。在對復合材料進行了老化實驗后,其力學性能并未呈現(xiàn)下降的趨勢,展現(xiàn)了優(yōu)異的抗老化性能。隨后利用掃描電鏡對復合材料的斷面進行觀察,發(fā)現(xiàn)樹脂對纖維有較強的浸潤性,且二者的結(jié)合能力較強。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ323.7;TB332

【參考文獻】

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本文編號：2797410