耐熱聚合物基剛性-柔性層壓復(fù)合材料.pdf

1、聚合物基層壓復(fù)合材料（polymer matrix laminated composites）是指將有機(jī)聚合物基體與纖維或纖維織物增強(qiáng)體（玻璃纖維和碳纖維等）通過熱壓工藝進(jìn)行復(fù)合而得到的高性能材料。層壓復(fù)合材料一般由基體材料和增強(qiáng)材料組成，按照聚合物基體來分類，大致可分為樹脂基剛性復(fù)合材料和橡膠基柔性復(fù)合材料。聚合物基層壓復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)度、耐腐蝕性能好、性能的可設(shè)計(jì)性和成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械結(jié)構(gòu)件以及建筑材料等領(lǐng)域

2、中。
　　作為一種新型的熱固性樹脂——苯并噁嗪樹脂(BZ)，不僅具有較高的耐熱性和阻燃性能，還具備良好的尺寸穩(wěn)定性、低吸水性和優(yōu)異的力學(xué)性能等。另外與其他應(yīng)用較多的樹脂相比較，苯并噁嗪樹脂的耐熱性優(yōu)于環(huán)氧樹脂，可與聚酰亞胺相媲美，但成本卻比聚酰亞胺要低，具有較高的性價(jià)比，而且苯并噁嗪在加工工藝方面也有優(yōu)勢，所需要的固化溫度比雙馬來酰亞胺要低。因此，本文基于苯并噁嗪樹脂的高耐熱性、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合玻璃纖維的高強(qiáng)度、使用廣泛、價(jià)

3、格優(yōu)廉等特點(diǎn)，制備了玻璃纖維增強(qiáng)含硅苯并噁嗪樹脂基剛性層壓復(fù)合材料，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到286℃。并且結(jié)合碳纖維具有通電發(fā)熱的特點(diǎn)，將高耐熱性的苯并噁嗪樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用到碳纖維電暖領(lǐng)域，制備出高功率的碳纖維電熱剛性層壓復(fù)合材料。另外，基于硅橡膠具有良好的柔韌性和熱穩(wěn)定性，又制備了硅橡膠基碳纖維電熱柔性層壓復(fù)合材料，可卷曲折疊，豐富了碳纖維電暖種類，用來滿足不同的使用環(huán)境要求。
　　本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.以

4、雙酚A、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和多聚甲醛合成了含硅苯并噁嗪樹脂，并配制膠液浸漬玻璃纖維布，制備出含硅苯并噁嗪樹脂基的高Tg剛性層壓復(fù)合材料。對(duì)固化樹脂基體熱學(xué)性能進(jìn)行測試，從動(dòng)態(tài)機(jī)械分析(DMA)的測試曲線中得出樹脂基體的Tg為286℃，由于樹脂基體本身表現(xiàn)出良好的耐熱性，制備出的層壓復(fù)合材料也表現(xiàn)出良好的耐熱性能。接著對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能也進(jìn)行了測試，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到227.3MPa、58

5、7.5MPa和86.1 kJ/m2，顯示出了較好的力學(xué)性能。并采用掃描電鏡(SEM)對(duì)其斷裂面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)玻璃纖維上包裹了苯并噁嗪樹脂層，說明兩者之間復(fù)合粘結(jié)的較好。
　　2.以二氨基二苯甲烷、苯酚和多聚甲醛合成了二元胺型苯并噁嗪樹脂，并配成膠液浸漬玻璃纖維布，與碳纖維紙一起層壓復(fù)合制備出電熱層壓復(fù)合材料。對(duì)固化樹脂的熱性能進(jìn)行測試分析，從DMA的Tanδ曲線可以看出，BZ樹脂的Tg達(dá)到220℃，同時(shí)從TGA曲線可以得出，樹脂的

6、Td5和Td10分別是331℃和380℃，800℃時(shí)的殘?zhí)柯蕿?0％，表明BZ樹脂憑借良好的耐熱性及熱穩(wěn)定性，在制備高功率碳纖維電熱層壓復(fù)合材料方面，比環(huán)氧樹脂更有優(yōu)勢。本方法制備出的苯并噁嗪樹脂基碳纖維電熱剛性層壓復(fù)合材料最大功率可達(dá)到1700W，是市場同類產(chǎn)品的3～5倍，表面溫度在5min左右達(dá)到熱平衡，升溫迅速，而且功率穩(wěn)定。
　　3.以甲基乙烯基硅橡膠為生膠、氣相白炭黑為補(bǔ)強(qiáng)填料、2，5-二甲基-2，5-雙（叔丁基過氧基）

7、己烷作為硫化劑在雙輥開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，得到混煉膠料。然后將混煉膠片和玻璃纖維布、碳纖維紙一起層壓復(fù)合制備硅橡膠基碳纖維電熱柔性層壓復(fù)合材料。對(duì)硫化膠的力學(xué)性能進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)顯示其拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度平均值分別為8.58MPa和18.35kN/m，而其斷裂伸長率高達(dá)1331.63％，具有優(yōu)異的柔韌性能，在制備可卷曲折疊的碳纖維電熱柔性層壓復(fù)合材料方面具有可行性。電性能分析表明當(dāng)輸入電壓為40V時(shí)，制備的硅橡膠基碳纖維電熱柔性層壓復(fù)合材料的功