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国产高模碳纤维相匹配氰酸酯树脂体系研究

作　者: 李松
导　师: 陈振宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 国产高模碳纤维氰酸酯树脂复合材料改性偶联剂
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为了打破西方发达国家对我国进口高模碳纤维的禁运,高模碳纤维的国产化势在必行。为国产高模碳纤维复合材料在航天器的应用,根据国产高模碳纤维的表面特性,研究与之相匹配的树脂体系具有重要的理论和应用价值。采用SEM、AFM、XPS、XRD等现代分析测试手段对国产和进口高模碳纤维表面进行了比较分析。结果表明,与进口高模碳纤维相比,国产高模碳纤维表面沟槽分布不均匀,粗糙度和极性键含量较小。针对国产高模碳纤维的表面特点,合成了与之相匹配的氰酸酯树脂体系,研究了不同配比、反应温度和时间对改性氰酸酯树脂体系浇铸体的压缩强度、弯曲强度、拉伸强度和耐热性能的影响。结果表明,CE:EP配比、反应温度和时间等工艺参数对改性氰酸酯树脂体系浇铸体的压缩、弯曲和拉伸强度有较大影响影响。当CE:EP配比8:2、反应温度150℃、反应时间9 h时树脂体系浇铸体具有较高的压缩、弯曲和拉伸强度,分别为197 MPa、176 MPa和62 MPa。将此树脂改性体系与国产高模碳纤维复合制成材料,弯曲强度和层剪剪切强度分别为1025Mpa和51Mpa。为了进一步提高复合材料性能,以苯乙烯、丙烯酸甲酯、γ-甲基(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷为原料,合成了一种新型偶联剂。并研究了偶联剂含量对复合材料力学和耐热性能的影响。结果表明,在偶联剂添加量为3%时,复合材料界面性能有了显著的提高,其弯曲强度和层间剪切强度分别为1090Mpa和61Mpa,比未加偶联剂时分别提高6%和17%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-24
  1.1 课题来源和目的意义  9-10
  1.2 高模碳纤维的发展  10-13
    1.2.1 高模碳纤维性能特点  10-11
    1.2.2 国外高模碳纤维研究现状  11-12
    1.2.3 国产高模碳纤维研究现状  12-13
  1.3 氰酸酯树脂的发展现状  13-19
    1.3.1 氰酸酯树脂性能特点  13-16
    1.3.2 氰酸酯树脂改性研究  16-19
  1.4 复合材料改性研究  19-23
    1.4.1 复合材料改性方法  19-21
    1.4.2 硅烷偶联剂的发展现状  21-22
    1.4.3 偶联剂在复合材料中的作用  22-23
  1.5 主要研究内容  23-24
第2章实验材料及研究方法  24-30
  2.1 实验药品与仪器  24-25
    2.1.1 实验药品  24
    2.1.2 实验的主要仪器  24-25
  2.2 实验方法  25-27
    2.2.1 环氧改性氰酸酯树脂的制备  25
    2.2.2 偶联剂的合成  25-26
    2.2.3 国产高模碳纤维增强复合材料的制备  26-27
  2.3 材料性能测试  27-30
    2.3.1 力学性能测试  27-29
    2.3.2 热失重分析  29
    2.3.3 微观结构分析  29-30
第3章国产高模碳纤维相匹配树脂体系研究  30-50
  3.1 国产和进口高模碳纤维表面特点分析  30-37
    3.1.1 国产高模碳纤维表面形貌分析  30-32
    3.1.2 国产高模碳纤维表面组成分析  32-35
    3.1.3 国产高模碳纤维表面结构分析  35-37
  3.2 国产高模碳纤维相匹配树脂体系研究  37-45
    3.2.1 氰酸酯树脂改性工艺研究  38-42
    3.2.2 树脂体系组成分析  42-43
    3.2.3 氰酸酯树脂改性体系热学性能测试  43-44
    3.2.4 氰酸酯树脂改性体系浇铸体微观形貌分析  44-45
  3.3 国产高模碳纤维/氰酸酯树脂体系复合材料性能研究  45-49
    3.3.1 改性氰酸酯树脂基复合材料力学性能研究  45-47
    3.3.2 改性氰酸酯树脂基复合材料热学性能研究  47-48
    3.3.3 改性氰酸酯树脂基复合材料断面形貌研究  48-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章偶联剂对复合材料性能的影响  50-65
  4.1 偶联剂的设计  50-52
  4.2 偶联剂的制备原理  52-53
  4.3 偶联剂组成分析  53-54
  4.4 偶联剂对树脂体系的影响  54-57
    4.4.1 偶联剂对树脂体系力学性能的影响  54-56
    4.4.2 偶联剂对树脂体系热学性能的影响  56-57
  4.5 偶联剂对复合材料的影响  57-63
    4.5.1 偶联剂对复合材料力学性能的影响  57-59
    4.5.2 偶联剂对复合材料热学性能的影响  59-60
    4.5.3 偶联剂对复合材料断面形貌的影响  60-63
  4.6 本章小结  63-65
结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71

国产高模碳纤维相匹配氰酸酯树脂体系研究

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