苯并咪唑偶联剂增强国产芳纶Ⅲ/聚三唑树脂复合材料界面研究

• 作 者: 刘冬冬
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 聚三唑树脂 芳纶Ⅲ纤维 偶联剂 界面增强 复合材料

聚三唑树脂是由华东理工大学自主研发的新型树脂，具有优异的力学性能，良好的加工性和耐热性。国产芳纶Ⅲ纤维是在芳纶1414基础上经杂环苯并咪唑结构改性后的新一代芳纶纤维，具有高比模量、耐腐蚀、抗冲击等优异性能。但芳纶表面呈化学惰性，与树脂粘结性能较差，国产芳纶Ⅲ/聚三唑树脂复合材料界面性能不佳。　　本论文从纤维及树脂的分子结构出发，首先设计合成出一种含有苯并咪唑及叠氮双官能团的偶联剂AI，AI中的苯并咪唑基团可以与纤维中的苯并咪唑以分子间氢键的形式作用在纤维表面，AI中的叠氮基团可以与树脂中的炔基发生反应生成三唑环，参与树脂的固化。AI的最佳添加量为2.1 wt％，DAF-Ⅲ/PTA复合材料的层间剪切强度提高了72.5％，弯曲强度提高了43.7％，弯曲模量无明显变化。　　其次，采用了与合成国产芳纶Ⅲ纤维结构相似的M3作为偶联剂对复合材料进行界面改性。实验结果表明:M3分子中所含有的多个氨基可与DAF-Ⅲ纤维和PTA树脂形成分子间氢键，从而形成一种网状结构。当M3添加量达到DAF-Ⅲ纤维的1.0 wt％时，M3与DAF-Ⅲ及PTA树脂之间的相互作用最佳，层间剪切强度提高了108.7％，弯曲强度提高了47.2％，弯曲模量无明显变化。　　最后，从表面能分析、复合材料玻璃化转变温度及高温下复合材料力学性能三个方面对比了偶联剂AI及M3的不同改性效果。结果表明，相较于偶联剂AI，偶联剂M3的加入可以更好地提高纤维表面能及极性，使树脂与纤维的浸润性更好，同时可以提高复合材料的Tg，但在150℃时，由于分子间氢键的破坏，复合材料的力学性能均有下降。