酰亚胺硅烷对石英纤维/含硅芳炔树脂复合材料界面高温性能增强研究

• 作 者: 王林靖
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 航空航天工程 复合材料 石英纤维 含硅芳炔树脂 酰亚胺硅烷 界面高温性能

含硅芳炔PSA是一类新型的耐高温耐烧蚀的树脂，在航空航天领域有广泛的应用前景。由于树脂本身分子结构的刚性，与增强纤维QF不能很好的复合。为提高QF/PSA复合材料在高温下的力学性能，本文设计了一种结构中含有端炔和酰亚胺环结构的硅烷偶联剂CA-R。以偏苯酸酐、苯乙炔衍生物以及（3-氨丙基）三乙氧基硅烷为原料，首先合成了含有酰胺酸结构的偶联剂中间体CA-K，分别采用化学闭环、热闭环的方法最终得到了酰亚胺环偶联剂CA-R。研究了反应溶剂、缚酸剂、反应温度、后处理方法等对制备偶联剂的影响。采用红外光谱和核磁共振表征了不同阶段产物的结构。对比了CA-K以及不同闭环方法得到的CA-R对复合材料的改性效果，结果表明CA-K处理石英纤维，可以得到最佳改性效果。在此基础上探讨了偶联剂CA-K的处理工艺、处理时间、浓度、纤维的表面状况等因素对改性效果的影响:使用预处理法，2wt％的偶联剂CA-K处理未除水石英纤维30-45min，复合材料的层间剪切强度ILSS提升最多约50％。运用表面能分析、XPS、AFM、DSC、FT-IR、SEM等手段表征了偶联剂与纤维、树脂之间的相互作用:偶联剂水解与纤维表面形成化学键合，提高纤维表面能及粗糙度，改善树脂在纤维表面的浸润性;在模压过程中偶联剂热闭环并参与树脂固化，与树脂形成键合，从而改善复合材料界面。此外，考察了偶联剂的耐热性以及在250℃和500℃对复合材料的改性效果，实验结果表明:偶联剂440℃失重仅5.0％，与树脂结合后失重小于两者失重的总比例加和;250℃、500℃时ILSS保留率分别从空样的80.5％、46.2％提高到82.5％和54.9％;250℃、500℃时弯曲强度保留率达到85.3％和64.2％。用SEM观察常温、250℃、500℃偶联剂处理前后复合材料断面形貌的变化，结果表明，偶联剂加入后常温高温复合材料的界面粘结都得到改善，但随着温度的升高复合材料被破坏情况越严重。