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本征柔性環(huán)氧樹脂的制備及其增韌中溫固化預浸料的研究

發(fā)布時間:2018-12-18 07:32:18  編輯:環(huán)氧樹脂AB膠網(wǎng)  分類: 行業(yè)資訊態(tài)  閱讀:1474

預浸料是由樹脂浸潤連續(xù)纖維或織物得到的組合物,通常樹脂體系呈B階段,是復合材料的中間體。環(huán)氧樹脂作為最常用的中溫固化預浸料樹脂基體,必須具有良好的斷裂韌性從而使預浸料中的纖維能有效傳遞應(yīng)力,同時需要通過控制基體樹脂的粘度來調(diào)整預浸料的粘接性能,并降低預浸料的樹脂流動度以滿足復合材料成型工藝要求。本論文采用聚氨酯預聚體接枝改性制備本征柔性環(huán)氧樹脂(Intrinsic Flexible Epoxy Resin,簡稱IFEP),應(yīng)用于預浸料樹脂體系和中溫固化碳纖維預浸料中,以實現(xiàn)增韌效果和復合材料成型工藝適應(yīng)性的統(tǒng)一。

環(huán)氧樹脂的制備

1.以二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)與聚氧化丙烯二醇(PPG,Mn=1000,2000,3000)通過預聚反應(yīng)制備端異氰酸酯基聚氨酯預聚體(PPU1000,PPU2000,PPU3000),進而與雙酚A型環(huán)氧樹脂的羥基發(fā)生接枝反應(yīng)得到不同分子量的本征柔性環(huán)氧樹脂IFEP(IFEP1000,IFEP2000,IFEP3000)。異氰酸根基團含量測試表明預聚反應(yīng)4h可達理論值,紅外光譜和核磁共振波譜可確認PPU和IFEP的結(jié)構(gòu),凝膠滲透色譜(GPC)測試表明PPU及IFEP分子量與理論值一致。

2.利用三種本征柔性環(huán)氧樹脂(IFEP1000, IFEP2000,IFEP3000)制備了三種增韌樹脂體系,考察了三種樹脂體系的粘彈性、固化動力學、沖擊韌性、熱性能和增韌機理。流變測試表明隨著PPG分子量的增加,IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系的特征松弛時間延長,凝膠時間縮短。相對于純環(huán)氧樹脂體系,IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系韌性大幅提升,其中,IFEP2000增韌環(huán)氧樹脂體系KIC和沖擊強度達到最佳。由于聚氨酯組分和環(huán)氧樹脂溶解度參數(shù)的不同導致聚氨酯在環(huán)氧樹脂基體中發(fā)生微相分離,IFEP2000增韌體系具有適中的相疇尺寸及分布,綜上,以IFEP2000增韌環(huán)氧樹脂體系綜合性能最佳。

3.應(yīng)用IFEP2000本征柔性環(huán)氧樹脂制備了不同IFEP含量的增韌樹脂體系,考察了不同樹脂體系的力學性能、固化特性、熱性能和微觀形貌等。力學測試表明隨著IFEP含量增加,IFEP增韌體系沖擊強度提高,60wt%IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系效果最佳。DSC測試表明IFEP增韌樹脂體系固化反應(yīng)放熱減少,DMA結(jié)果顯示隨著IFEP含量增加,IFEP增韌樹脂體系Tg先下降后上升,60 wt%IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系Tg可達166℃。SEM測試表明隨著IFEP含量增加,聚氨酯微相分離程度增大,60wt%IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系微相分離相疇為0.148~0.497μ m。

4.應(yīng)用60wt%IFEP2000制備環(huán)氧樹脂體系,以熱熔兩步法工藝制備了T300碳纖維預浸料,考察了預浸料的粘溫曲線、樹脂流動度,并評價了復合材料板材的力學性能和微觀形貌。結(jié)果表明相對于未增韌環(huán)氧樹脂基預浸料,IFEP增韌預浸料具有更寬的加工窗口,樹脂流動度降低,層間斷裂韌性、層間剪切強度、沖擊后壓縮強度(CAI)提高,SEM結(jié)果顯示IFEP增韌樹脂基體與碳纖維結(jié)合緊密,聚氨酯在樹脂基體中發(fā)生微相分離。

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