胺基功能化碳纖維增強BPFER-mXDA-TG-Siloxane復(fù)合材料研究.pdf

1、雙酚 F環(huán)氧樹脂(BPFER)因其低粘度、高絕緣性、耐高溫、耐溶劑以及良好的粘接性能而成為重要的復(fù)合材料基材。碳纖維具有高比強、高比模量和輕量化等特點,廣泛用作聚合物增強材料制備高性能復(fù)合材料。本文以間苯二甲胺(mXDA)為固化劑、N,N,N′,N′-四縮水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(TG-Siloxane)為改性劑,雙酚F環(huán)氧樹脂為基體樹脂,以胺基功能化碳纖維為增強體,制備碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,并研究

2、了復(fù)合材料的固化、力學、耐熱等性能。論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)以1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(DSX)與環(huán)氧氯丙烷(ECH)為原料,采用相轉(zhuǎn)移催化劑合成了N,N,N′,N′-四縮水甘油基-1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(TG-Siloxane),利用紅外光譜和核磁共振光譜對其結(jié)構(gòu)進行了表征。以TG-Siloxane為改性劑,利用差示掃描量熱法(DSC)研究了其改性雙酚F環(huán)氧樹脂(BPFER

3、)和固化劑間苯二甲胺(mXDA)體系的固化動力學。采用Starink方程對反應(yīng)活化能進行推算,得該體系表觀固化活化能為51.52kJ?mol-1,用自催化模型求得不同升溫速率下的表觀因子A、反應(yīng)級數(shù)m、n。運用溫度-升溫速率(T-β)曲線外推法得該樹脂體系的推薦固化工藝參數(shù);凝膠化溫度為42℃,固化溫度為77℃,后固化溫度為112℃。研究表明,該有機硅改性劑可顯著改善BPFER體系的熱性能。
　　(2)碳纖維表面缺乏有化學活性的官

4、能團,不利于其與樹脂基體的結(jié)合。因此,為了改善碳纖維與樹脂的界面結(jié)合強度,提高復(fù)合材料的性能,論文采用混酸處理化學方法對碳纖維進行表面化學改性,在其表面引入羧基,進而利用氯化亞砜將碳纖維表面所引入的羧基轉(zhuǎn)化為酰氯基團,其產(chǎn)物進一步與間苯二甲胺發(fā)生取代反應(yīng),將間苯二甲胺接枝到碳纖維的表面,獲得具有活性端胺基的碳纖維。并采用了FT-IR、XPS和SEM等對化學修飾過程中各階段的反應(yīng)產(chǎn)物進行表征。
　　(3)將功能化之后的碳纖維與BPF