碳纖維上漿用耐熱型POSS改性環(huán)氧樹脂乳液的研制.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TQ342.74學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：66.03密級：公開理學(xué)碩士學(xué)位論文理學(xué)碩士學(xué)位論文碳纖維上漿用耐熱型POSS改性環(huán)氧樹脂乳液的研制碩士研究生：鄭曉強(qiáng)導(dǎo)師：劉麗教授申請學(xué)位：理學(xué)碩士學(xué)科：高分子化學(xué)與物理所在單位：化工與化學(xué)學(xué)院答辯日期：2016年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要碳纖維作為21世紀(jì)備受矚目的高性能纖維材料，其研究開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。高

2、性能碳纖維在生產(chǎn)過程中必須經(jīng)過上漿處理，環(huán)氧樹脂乳液型碳纖維上漿劑是目前廣泛使用的一類上漿劑，其具有優(yōu)異的成膜性和樹脂匹配性，但是其耐熱性能一般，上漿劑處于碳纖維復(fù)合材料的界面處，其耐熱性能會在很大程度上影響復(fù)合材料對溫度的適用范圍，因此開發(fā)一種耐高溫型環(huán)氧樹脂乳液上漿劑對拓展碳纖維復(fù)合材料在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用范圍具有重要意義。本論文選用SO1458、AM0265、EP0409三種POSS，分別以化學(xué)摻雜法和超聲共混法對上漿劑進(jìn)行改性，并研

3、究了不同POSS種類和不同改性方法對樹脂流變性能，上漿劑的粒度、粘度、穩(wěn)定性、耐熱性，以及碳纖維拉伸強(qiáng)度、表面能和界面剪切強(qiáng)度的影響。采用紅外光譜和X射線光電子能譜對化學(xué)摻雜過程進(jìn)行分析，證明了POSS以化學(xué)鍵的形式進(jìn)入到了上漿劑中。采用旋轉(zhuǎn)流變儀對上漿劑樹脂的流變性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)化學(xué)摻雜法會使樹脂的粘度急劇增加，進(jìn)而影響相反轉(zhuǎn)過程，導(dǎo)致上漿劑的粒度和粘度增加，穩(wěn)定性降低。采用熱失重分析上漿劑的耐熱性發(fā)現(xiàn)，化學(xué)摻雜法引入SO1458能

4、夠提高上漿劑的耐熱性能，當(dāng)其含量為5mass%時(shí)，上漿劑熱分解5%時(shí)的溫度提高了22.5℃。對碳纖維性能的研究表明，POSS主要影響碳纖維的表面能和界面剪切強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上采用SO1458和納米SiO2對碳纖維上漿劑進(jìn)行復(fù)合改性。采用接觸角測量儀分析了SO1458在納米SiO2表面的吸附行為。對上漿劑性能的分析發(fā)現(xiàn)，SO1458能夠減小納米SiO2改性上漿劑的粒度和粘度，同時(shí)提高其穩(wěn)定性。熱失重分析表明SO1458納米SiO2改性能夠顯

5、著提高上漿劑的耐熱性能，當(dāng)上漿劑中含有1mass%納米SiO2和1mass%SO1458時(shí)，其熱分解5%時(shí)的溫度提高了31.8℃。采用激光粒度儀、旋轉(zhuǎn)流變儀和差示掃描量熱儀對上漿劑成膜固化過程中粒度、相結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)上漿劑的成膜固化過程由水分揮發(fā)階段、相反轉(zhuǎn)階段和滲透固化階段組成，化學(xué)反應(yīng)從相反轉(zhuǎn)階段開始，且受擴(kuò)散的影響，對上漿溫度的控制是上漿工藝的關(guān)鍵。同時(shí)結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)分析得到了最佳上漿工藝。關(guān)鍵詞：上漿劑；POSS