硅氧烷改性环氧树脂基复合材料层间力学性能与耐热性

作     者：曹东风 陈新昌 冀运东 胡海晓 刘江波 李书欣 CAO Dongfeng;CHEN Xinchang;JI Yundong;HU Haixiao;LIU Jiangbo;LI Shuxin

作者机构：武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070 武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430070 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心(佛山仙湖实验室)佛山528000 武汉理工大学先进材料制作装备与技术研究院武汉430070 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2023年第40卷第11期

页      面：6098-6109页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(52273080) 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心(佛山仙湖实验室)开放基金(XHT2020-002) 中央高校基本科研业务费专项资金(2020Ⅲ028GX,2021Ⅲ015JC,WUT2021ⅣA068)。 

主　　题：端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS) 改性 环氧树脂基复合材料 层间性能 耐热性能 

摘      要：通过环氧树脂基体增韧改性同时提升环氧树脂基复合材料层间力学性能和耐热性能的研究具有重要工程应用价值。对端羟基聚二甲基硅氧烷与环氧树脂进行缩合反应制备改性树脂(ES),采用真空导入方法制备玻璃纤维增强改性环氧树脂基复合材料(ES-GF)。通过双悬臂梁和短梁剪切等实验对复合材料的层间力学性能进行测量,通过热失重和动态机械热测试对复合材料的耐热性能进行评价,相应的玻璃纤维增强未改性环氧基复合材料(EP-GF)的层间力学性能和耐热性能也被测试用于对比分析。为了对复合材料层间力学性能强化和耐热性提升的物理机制进行解析,改性前后的环氧树脂的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、拉伸断裂延伸率、摆锤冲击强度和微观结构特征等也被测量和表征。实验结果表明:相比EP-GF,ES-GF的I型临界应变能释放率(断裂韧性)提升了98.1%,层间剪切强度提升13.3%,层间力学性能的强化归因于Si-O键柔性链段、“韧性点发挥“钉锚及纤维/基体浸润性提高的综合作用,其层间破坏模式由纤维基体脱粘转变为基体内聚破坏。ES的最大热失重速率降低了33.1%,800℃最终残余增加了13.5倍。在玻璃化转变温度T_(g)之前ES-GF的储能模量比EP-GF提高1.3 GPa,在T_(g)之后ES-GF的储能模量比EP-GF提高0.8 GPa左右,硅氧烷改性环氧树脂的玻璃化转变温度略有提高。