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含硅芳炔(PSA)树脂是华东理工大学自主研发的一种新型耐高温树脂,含硅芳炔在固化后,可以形成高度交联的体型结构,因此具有优异的耐高温性能,在航空航天领域具有非常广阔的应用前景。但是含硅芳炔的化学结构是非极性结构,树脂表面能较低,所以在复合材料应用中,树脂与石英纤维(QF)会存在界面粘结性差的问题,将严重影响复合材料的力学性能。复合材料界面改性中最有效的方法之一是利用偶联剂的桥接作用对复合材料界面进行处理,改善树脂基体和纤维增强体之间的相容性,从而提高复合材料体系界面粘结强度,进而提高复合材料的力学性能。在偶联剂分子结构体系中引入极性官能团以提高内聚力是改善复合材料界面粘结强度的有效方法。工业生产中常用的硅烷偶联剂耐热性通常比较差,高温时易分解,在复合材料体系内形成缺陷,严重降低复合材料的力学性能。 聚邻苯二甲腈树脂是美国海军实验室于20世纪70年代自主研发成功的一种耐高温树脂,玻璃化转变温度Tg能够达到500℃以上,热氧稳定性好,残炭率高,阻燃性能优异,是目前有机树脂材料中唯一能够满足美国海军MIL-STD-2031易燃标准的有机聚合物材料。聚邻苯二甲腈树脂受到了国内外学者和研究人员的关注,在航空航天领域具有潜在的应用前景。 针对PSA树脂的弱极性问题,本文将二甲腈基团引入偶联剂中并设计合成了一种新型的硅烷偶联剂DCA,并研究了偶联剂DCA对复合材料力学性能、耐高温性能的影响。考察了偶联剂添加量对复合材料的影响,结果表明:采用预处理法处理石英纤维,添加量为2.0 wt%时,复合材料层间剪切强度达到最大值27.6MPa,复合材料的弯曲强度取得最大值289.7MPa,分别提高了63.3%和28.1%。在250℃条件下,偶联剂DCA改性的QF/PSA复合材料的层间剪切强度和弯曲强度保留率分别为72.1%,81.6%。在500℃条件下,保留率分别为54.7%,60.0%。偶联剂DCA的耐高温性能良好,Td5达到357.8℃,900℃的残炭率达55.7%。含二腈基和炔基结构的硅烷偶联剂DCA可以与石英纤维表面的-Si-OH反应生成-Si-O-Si-结构,炔基可以参与PSA的固化,腈基之间可以反应生成三嗪环,增强偶联剂间的作用,形成强界面层。从而改善QF/PSA复合材料的界面,提高耐高温性能和复合材料的力学性能。