聚酰亚胺纤维增强环氧复合材料的制备及性能

作     者：翟洪毅 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟焱

授予年度：2018年

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）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚酰亚胺纤维 含氟环氧 低介电 胶膜法 预浸料 

摘      要：高性能聚酰亚胺纤维是具有良好力学和介电性能、耐热、耐化学腐蚀、耐辐照的新型有机纤维,十分适合作为轻质透波复合材料的增强体。环氧树脂具有良好的综合性能和加工工艺性,它在固化中的收缩小且成本相对较低,是制作复合材料的最常用基体树脂。制备以聚酰亚胺纤维为增强体、以环氧为基体的复合材料对透波复合材料意义重大。论文的研究内容有以下几个方面。1.合成一种含氟环氧FDE,并把它作为低介电改性剂加入到DGEBA/MNA体系中,研究了 FDE添加对固化动力学和性能的影响。研究发现,FDE添加对固化工艺并无明显影响,通过动力学研究确定了合适的固化工艺,即 110℃/2h+130℃/2h+150℃/3h+190℃/1h。当FDE添加量为10wt%DGEBA时,固化物的介电常数大约降低了0.3,抗冲韧性由20 kJ/m2提高到25k J/m2,同时玻璃化转变温度也没有明显降低。2、以S35聚酰亚胺纤维作为增强体,以DGEBA/MNA为基体,用湿法缠绕制备了预浸料,并优化了制备工艺参数。针对湿法中存在的含胶量不均、挥发组分含量高等不足之处,又使用胶膜法制备了预浸料,并对制备工艺参数进行了优化,获得的最佳成膜条件是:在体系中添加3wt%气相Si02为并在85℃预固化60min。热熔预浸机最佳的工艺参数是:热辊温度55℃,热辊压力4 MPa,热辊转速1 rpm。由此制备出的预浸料含胶量均匀、性能稳定,可进行下一步的加压固化。3、把预浸料层叠后用模压机通过加压加热的方式制备出复合材料层板,重点研究了压力大小和加压时机对性能的影响。固化工艺使用树脂的固化工艺:110℃/2h+130℃/2h+150℃/3h+190℃/1h,当升温至80℃时施加4 MPa的压力,并且在固化过程中一直保持压力不变。单向复合材料层板的层间剪切强度、拉伸强度、拉伸模量、压缩强度、压缩模量、弯曲强度和弯曲模量分别为50MPa,1.37GPa,56GPa,234MPa,50.5 GPa,580 MPa,和 50 GPa.4、以DGEBA/MNA为树脂基体,分别以Kevlar29型芳纶纤维和S35聚酰亚胺纤维为增强体制备了复合材料。在同样条件下,聚酰亚胺纤维复合材料的力学性能、介电性能以及耐热性能都优于芳纶纤维复合材料。5、研究了 FDE添加对聚酰亚胺纤维增强复材性能的影响。在DGEBA/MNA体系中加入了 10wt%FDE后,复材的介电常数从3.4降低至3.2,而且力学性能和耐热性能几乎没有降低。