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时间:2020-03-14
《高性能环氧树脂基复合材料的研究进展_余劢拓.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、Thesis论文选粹高性能环氧树脂基复合材料的研究进展【摘要】环氧树脂具有优异的力学性能、耐腐蚀、易加工等特点,应用领域非常广阔,但其具有较大的脆性、较弱的耐冲击性等缺点,限制了其进一步的发展。近年来,高性能环氧树脂基复合材料成为了学者们的热点研究课题。本文从环氧树脂的增韧、耐热、增强三个方面对高性能环氧树脂基复合材料的现状进行了阐述,其中增韧方面重点介绍了橡胶增韧、石家庄铁道大学材料科学与工程学院,河北省交通工程材料重点实验室︵河北石家庄热塑性树脂增韧、超支化聚合物增韧、含柔性链段固化剂增韧、互穿网络聚合物
2、增韧、纳米填料增韧、热致液晶聚合物增韧等方法;耐热方面重点余劢拓介绍了增加基材官能度、引入耐热刚性基团、有机硅改性、POSS改性等方法;增强方面重点介绍了碳纤维增强、玻璃纤维增强、碳纳米管增强、,赵永克其他纤维增强等方法。最后对目前存在的问题和未来的发展方向进行了展望。,贾凡凡【关键词】环氧树脂;复合材料;高强;耐热;高韧,张寒引言环氧树脂(EP)是指分子结构含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架,并能通过环氧基团与固化剂发生交[1]联反应形成热固性产物的高分子低聚物。EP种类繁
3、多,可以大致分为如下几类:缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂和线状脂肪族环氧树脂等。在品类繁多的EP中,最具有代表性,同时也是目前市场上应用最为广泛的是双酚A缩水甘油醚型环氧树脂(DGEBA)。EP作为一种热固性树脂,具有良好的粘结性、稳定性、耐热性、力学性能,且固化收缩率小、成本低廉。由于EP具备诸多优异的性能,被广泛应用于涂料、胶黏剂、轻工、建筑、机械、航天航空、电子电气、绝缘材料及其他先进复合材料等各个领域。然而,由于其固化后交联密度高、内应力大、质脆、耐冲
4、击性和耐疲劳性差,而且其耐候性差、表面能高,导致其剥离强度、剪切强度较差,因而050043大大限制了它在一些高技术领域的应用。近年来,随着社会的发展和科技的进步,如何对EP进行改性使其拥有更高的性能和更低廉的成本,以满︶足市场的不同需求,已成为国内外研究的热点。1环氧树脂的增韧改性EP虽然在力学性能、粘结性等方面有较为突出的优势,但其质脆、*耐疲劳性差的缺陷,使得它在工程技术领域中的使用受到局限。因此,有关EP增韧改性的方法研究是国内外专家学者研究的重要课题之一。目前,*基金项目:国家级大学生创新创业训练计划
5、项目,项目编号:201510107023;河北省高校重点学科建设项目。中国粉体工业2016No.17提高EP韧性的方法有橡胶弹性体增韧、树脂的的Tg为170℃,比未改性树脂韧性达最大值。这是由于基体局部的热塑性树脂增韧、超支化聚合物增韧、提高了约20℃。塑性变形和分散的PEEKM粒子产生[5]含柔性链段固化剂增韧、互穿网络聚合Francis利用自制的侧甲基取了裂纹偏转、裂纹锚钉和裂纹桥联效物增韧、纳米粒子增韧、热致液晶聚合代聚醚醚酮(PEEKM)对DGEBA/应所致。物增韧等。DDS体系进行增韧。研究结果表明
6、,1.3超支化聚合物增韧1.1橡胶增韧PEEKM的加入使增韧体系的交联密度超支化聚合物(HBP)具有高溶解用橡胶对EP改性,可以降低内应降低,但明显提高了体系的断裂韧性,度、低粘度和高化学反应活性等优点,力,提高耐水、耐候性,其主要通过调当PEEKM质量分数为15%时,断裂由其与环氧树脂共混可以大大提高环氧节两者的溶解度参数,控制凝胶化过程中相分离所形成的海岛结构,以分散相存在的橡胶粒子就可以起到中止裂纹、分枝裂纹、诱导剪切变形的作用,从而[2]提高环氧树脂的韧性。[3]Shukla等将不同浓度的液体端羧基聚
7、丁二烯(CTPB)与环氧树脂进行共混,对环氧树脂进行增韧改性。二者共混后的SEM图如图1所示,可以看到橡胶颗粒分散于树脂基体。研究结果表明:不同浓度的CTPB均可显著改善环氧树脂体系的冲击强度;当w(CTPB)=15%时,改性环氧树脂体系的冲击强度达到最大值。1.2热塑性树脂增韧图1(a):纯CTPB与EP共混;(b):w(CTPB)=5%;(c):w(CTPB)=15%;[3]在航空航天等某些领域中,除了(d):w(CTPB)=25%的SEM图对环氧树脂韧性上有一定的要求以外,对于环氧树脂的耐温性和模量的要
8、求也是极高的。热塑性树脂具有韧性高、强度高和耐热性好的特点,以此作为增韧剂可以在增韧环氧树脂的同时保持树脂的模量与耐热性能不降低。目前,采用较多的热塑性树脂主要有聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)和聚苯醚(PPE)等。[4]Mimura等研究了EP/PES体系的相态对热力学和机械性能的影响,发现当加入10%的PES,体系呈
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