异氰酸酯偶联剂改性石英纤维/含硅芳炔复合材料界面研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junjiec
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含硅芳炔树脂是一类有机无机杂化树脂,它的分子极性小,表面能低,与石英纤维复合时的粘结性能差,影响复合材料的力学性能。本论文采用一种结构中含有异氰酸酯官能团的硅烷偶联剂(IPTS)对石英纤维/含硅芳炔复合材料进行改性,实验结果表明经偶联剂改性后复合材料的层间剪切强度有了较大的提高,与未处理的相比可提升41.5%。通过实验探讨影响偶联剂改性效果的因素,发现处理时间和上浆剂去除工艺的影响不大,最终确定偶联剂的最佳处理工艺为:选用除水四氢呋喃作为溶剂,偶联剂用量2.0-2.5%,封闭环境下处理石英纤维。ⅪpS、表面能分析、AFM、SEM等分析表征推断,偶联剂的改性机理为它与石英纤维表面的活性基团作用,在纤维表面生成极性官能团,增大石英纤维的表面能,改善了与含硅芳炔树脂的界面粘结性能,使得复合材料的层间剪切强度提高。本文同时还对IPTS改性前后,石英纤维/含硅芳炔复合材料的弯曲性能、介电性能、耐热性能和200℃的高温性能等进行了考察。实验结果表明:经偶联剂改性后复合材料的弯曲强度稍有提高,由原来的234.5MPa提高到了257.6MPa,提升了9.9%,其弯曲模量则略微下降,由原来的21.2GPa降到18.9GPa,降低了1.1%;偶联剂预处理石英纤维表面的方法对复合材料介电性能的影响很小,复合材料经偶联剂IPTS改性之后仍然具有良好的绝缘性能;偶联剂改性前后,在常温~400℃范围内复合材料的储能模量E和损耗因子tanδ均没有明显变化,没有发生玻璃化转变,表明偶联剂预处理石英纤维表面的方法不会对复合材料的耐热性能造成影响;改性前后复合材料的力学性能均随测试温度的升高而降低,尤其是弯曲模量会急剧地下降。最后通过RTM成型的方法制备了石英纤维/含硅芳炔复合材料。进一步验证了偶联剂IPTS对复合材料的界面具有良好的改性效果,改性前后复合材料的ILSS值由18.7±0.7MPa提高到了25.7±0.8MPa,提升了37.4%。而且发现复合材料成型工艺的不同会对复合材料的ILSS值造成较大的影响,偶联剂改性后模压成型所得复合材料的ILSS值与RTM成型的相差28.5%,但是不同成型工艺制得的复合材料的弯曲性能差别不大。
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