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聚酰胺酸改性环氧树脂及其碳纤维增强复合材料的制备

作　者: 刘勇
导　师: 吴唯
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚酰胺酸环氧树脂碳纤维复合材料改性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本课题以环氧树脂E-51和环氧树脂CYD-011以1：1的配比混合液作为基体,以聚酰亚胺的前聚体聚酰胺酸为改性剂,预先对环氧树脂浇铸体进行改性,随后将改性后的树脂作为树脂基体用于制备碳纤维增强环氧树脂复合材料板材。本实验通过傅利叶红外光谱(FTIR)研究了聚酰胺酸与环氧树脂之间的预反应,通过差示扫描量热法(DSC)聚酰胺酸的加入对环氧树脂/DDS固化体系的固化温度、固化速率及固化反应活化能的影响,通过热失重分析(TGA)考察了聚酰胺酸的加入对环氧树脂热稳定性的影响。此外,作为本实验的主要目标之一,考察了聚酰胺酸改性后的环氧树脂体系的力学性能尤其是冲击韧性和平面断裂韧性的变化,并对聚酰胺酸对环氧树脂的改性机理做了一定的分析。结果表明,聚酰胺酸的加入,使环氧树脂的固化起始温度下降了55.7℃,由高温固化转变为近中温固化；固化凝胶时间缩短了72%,固化反应活化能降低了15.6KJ/mol,耐热温度也有所提高；在力学性能方面,聚酰胺酸的加入使得冲击强度提高了近190%,平面断裂韧性提高了56%,弯曲强度提高了15%。将改性后的环氧树脂体系采用溶液法与碳纤维预浸,通过溶液法制备预浸料,达到预浸料制备的标准。随后采用制备的预浸料制备出碳纤维增强复合材料,并对复合材料板材的力学性能进行表征。结果表明,聚酰胺酸的加入使得复合材料的弯曲强度提高了47.5%,层间剪切性能提高了33.5%,初始层间剥离韧性提高了近250%,平均剥离韧性提高了19.7%。此外,对聚酰胺酸改性环氧树脂及其碳纤维增强复合材料的机理也作了一定的分析。本课题综合考察了聚酰胺酸对环氧树脂固化行为、耐热性能和力学性能的影响,并探索性使用聚酰胺酸改性后的环氧树脂制备碳纤维增强复合材料,对拓宽环氧树脂的应用及高性能复合材料的制备有一定的实际意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章文献综述  9-22
  1.1 复合材料概述  9-10
  1.2 纤维增强复合材料  10-11
  1.3 碳纤维增强树脂基复合材料  11-14
    1.3.1 碳纤维概述  11-12
    1.3.2 树脂基体  12
    1.3.3 成型方法  12-14
  1.4 碳纤维增强环氧基复合材料研究进展  14-21
    1.4.1 环氧树脂简介  14-16
    1.4.2 环氧树脂的增韧改性  16-19
    1.4.3 碳纤维增强环氧树脂复合材料的改性  19-21
  1.5 本课题意义及研究的内容  21-22
第2章聚酰胺酸改性环氧树脂基体  22-47
  2.1 实验部分  22-25
    2.1.1 主要原料  22
    2.1.2 主要仪器与设备  22-23
    2.1.3 试样制备  23-24
    2.1.4 性能测试及表征  24-25
  2.2 结果与讨论  25-45
    2.2.1 聚酰胺酸与环氧树脂预反应  25-27
    2.2.2 聚酰胺酸对环氧树脂/DDS固化温度的影响  27-29
    2.2.3 聚酰胺酸对环氧树脂/DDS体系固化速度的影响  29-30
    2.2.4 聚酰胺酸的加入对体系反应活化能Ea的影响  30-34
    2.2.5 聚酰胺酸的加入对体系热稳定性的影响  34-37
    2.2.6 聚酰胺酸的加入对固化后环氧树脂力学性能的影响  37-41
    2.2.7 DMA测试及冲击断面的微观形貌  41-43
    2.2.8 聚酰胺酸对环氧树脂的改性机理  43-45
  2.3 本章小结  45-47
第3章碳纤维增强聚酰胺酸改性环氧树脂体系预浸料的制备  47-55
  3.1 实验部分  47-49
    3.1.1 主要原料  47
    3.1.2 主要仪器与设备  47-48
    3.1.3 试样制备  48
    3.1.4 性能测试与表征  48-49
  3.2 结果与讨论  49-53
    3.2.1 预浸料物理性能测试  49-51
    3.2.2 预浸料胶含量对复合材料板材性能的影响  51-52
    3.2.3 预浸料树脂基体制备工艺对复合材料板材性能的影响  52-53
  3.3 本章小结  53-55
第4章碳纤维增强聚酰胺酸改性环氧树脂复合材料板材的制备  55-64
  4.1 实验部分  55-58
    4.1.1 主要原料  55
    4.1.2 主要仪器设备  55-56
    4.1.3 试样制备  56
    4.1.4 性能测试与表征  56-58
  4.2 结果与讨论  58-62
    4.2.1 聚酰胺酸对复合材料板材弯曲性能的影响  58
    4.2.2 聚酰胺酸对复合材料板材层间剪切性能的影响  58-59
    4.2.3 聚酰胺酸对复合材料层间剥离性能的影响  59-60
    4.2.4 复合材料板材层间剥离试样断面形貌分析及改性机理的探讨  60-62
  4.3 本章小结  62-64
第5章全文结论  64-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
硕士期间论文发表情况  71

聚酰胺酸改性环氧树脂及其碳纤维增强复合材料的制备

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