高溫韌性環(huán)氧樹(shù)脂及其快速成型復(fù)合材料的制備研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料要真正實(shí)現(xiàn)在汽車(chē)領(lǐng)域的大批量使用，務(wù)必要開(kāi)發(fā)碳纖維復(fù)合材料的規(guī)?；C(jī)械化、快速成型技術(shù)，來(lái)滿足汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)化、批量化的制備要求和生產(chǎn)速率?，F(xiàn)有的以環(huán)氧樹(shù)脂基體為代表的碳纖維復(fù)合材料固化成型周期為3-4小時(shí)，成型周期長(zhǎng)，限制了其規(guī)?；膽?yīng)用。本課題從分子結(jié)構(gòu)層面設(shè)計(jì)制備高溫韌性環(huán)氧樹(shù)脂，輔以改性固化體系的快速反應(yīng)活性調(diào)控，開(kāi)發(fā)了快速成型預(yù)浸料樹(shù)脂體系，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料快速成型與工藝適應(yīng)性的統(tǒng)一。
　　1、分別選取

2、液化改性二苯基甲烷二異氰酸酯(L-MDI)與聚氧化丙烯二醇(PPG400，PPG600，PPG1000)為原料，經(jīng)由分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體(PPU400，PPU600，PPU1000)，進(jìn)一步以PPU的異氰酸酯基與環(huán)氧基反應(yīng)將聚氨酯柔性鏈與噁唑烷酮?jiǎng)傂原h(huán)同時(shí)引入到環(huán)氧樹(shù)脂中，得到高溫韌性環(huán)氧樹(shù)脂(HTTEP400，HTTEP600，HTTEP1000)。紅外譜圖確認(rèn)了PPU柔性鏈段的引入，反應(yīng)3h后PPU中NCO含量、

3、分子量達(dá)到設(shè)計(jì)理論值;高溫韌性環(huán)氧樹(shù)脂的生成可由紅外譜圖與核磁譜圖確認(rèn)，HTTEP的分子量、環(huán)氧值均同設(shè)計(jì)理論值一致。
　　2、利用三種高溫韌性環(huán)氧樹(shù)脂(HTTEP400，HTTEP600，HTTEP1000)制備了預(yù)浸料樹(shù)脂體系，以Control（純環(huán)氧樹(shù)脂體系）作為對(duì)比，考察了其熱性能、力學(xué)性能包括沖擊韌性分析了其增韌機(jī)理。HTTEP的加入使樹(shù)脂體系Tg增高20～40℃，高溫穩(wěn)定性增加。力學(xué)性能測(cè)試顯示，HTTEP基體的模量隨

4、著PPG分子量減少而增加，模量最高的體系為HTTEP400，拉伸模量達(dá)90MPa，彎曲模量超過(guò)125MPa;HTTEP基體韌性均優(yōu)于對(duì)比樣，隨著PPG分子量的增加，HTTEP基體的沖擊韌性進(jìn)一步提高。PPU柔性鏈在環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)反應(yīng)階段出現(xiàn)微相分離，在受到應(yīng)力后呈現(xiàn)出韌性斷裂。
　　3、分別考察了四種樹(shù)脂體系的非等溫和等溫固化動(dòng)力學(xué)。通過(guò)非等溫DSC曲線得到了各樹(shù)脂體系固化過(guò)程的表觀活化能Ea，發(fā)現(xiàn)四種樹(shù)脂體系的反應(yīng)均屬于自催化反應(yīng)

5、機(jī)理，并且HTTEP400體系的Ea最低，反應(yīng)活性最高;等溫DSC曲線表明，當(dāng)固化溫度為150℃時(shí)，HTTEP樹(shù)脂體系能在5min內(nèi)固化完成，可以實(shí)現(xiàn)高溫快速成型。
　　4、將HTTEP400樹(shù)脂體系以熱熔兩步法制備了碳纖維預(yù)浸料，對(duì)其工藝性進(jìn)行調(diào)控，模壓制得快速成型復(fù)合材料進(jìn)行性能與微觀形貌表征。其粘溫曲線表明HTTEP400樹(shù)脂體系具有合適的加工流動(dòng)窗口?？焖俪尚偷母邷仨g性復(fù)合材料的Tg達(dá)188℃，耐熱性能優(yōu)異;快速成型的高溫