杨唐俊, 董斯堃, 袁荞龙
, 黄发荣
华东理工大学 特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室 上海 200237
YANG Tangjun, DONG Sikun, YUAN Qiaolong, HUANG Farong
中图分类号: TB332
文章编号: 1005-3093(2018)06-0464-09
通讯作者:
收稿日期: 2017-10-20
网络出版日期: 2018-06-20
版权声明: 2018 《材料研究学报》编辑部 《材料研究学报》编辑部
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作者简介 杨唐俊,男,1991年生,硕士
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摘要
先合成双酚A型含硅芳炔醚(SAPE-BA)和二苯醚型含硅芳炔醚(SAPE-DPE)树脂并表征其结构,再将其与含硅芳炔树脂(PSA)共混得到改性树脂PSA/SAPE-BA和PSA/SAPE-DPE,用热模压法制备碳纤维布增强的改性PSA树脂基复合材料,研究了改性PSA树脂的加工工艺性能、热性能、力学性能和复合材料的力学性能。结果表明,与PSA树脂相比,改性PSA树脂不但具有较好的加工性能,还具有较好的耐热性能。两种改性PSA树脂的玻璃化转变温度(Tg)都高于500℃,在氮气中5%热失重温度(Td5)分别达550℃和590℃;这两种改性树脂浇注体的弯曲强度分别提高了78.3%和54.2%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-BA共混树脂基复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别提高了38.4%和33.5%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-DPE树脂复合材料的弯曲强度和ILSS分别提高了23.4%和21.8%。
关键词：
Abstract
Silicon-containing aryl propargyl ether of bisphenol A (SAPE-BA) and silicon-containing aryl propargyl ether of diphenyl ether (SAPE-DPE) were synthesized and characterized. Then they were used to modify the silicon-containing arylacetylene resin (PSA) respectively by blend process. The modified PSA resins (PSA/SAPE-BA and PSA/SAPE-DPE) were reinforced with T300 carbon fabric to form composites of PSA resins by hot press. The processability, thermal stability, and the mechanical properties of the modified resins and their composites were further investigated. Results show that the modified PSA resins have not only good processing performance, but also high heat-resistance. In comparison with the cured simple PSA resin, the temperature at which 5% mass loss (Td5) of the two cured modified PSA resins in nitrogen were higher than 550℃ and 590℃, respectively, and the Tg of the cured modified PSA resins were higher than 500℃; The flexural strength of the cured modified resins, PSA/SAPE-BA and PSA/SAPE-DPE increased by 78.3% and 54.2%, respectively. While in comparison with the composite of T300 carbon fabric (T300CF) reinforced simple PSA, the flexural strength and interlayer shear strength (ILSS) of the composite of T300 carbon fabric (T300CF) reinforced PSA/SAPE-BA resin increased by 38.4% and 33.5%, and the flexural strength and ILSS of the composite of T300CF reinforced PSA/SAPE-DPE resin increased by 23.4% and 21.8%, respectively.
Keywords：
含硅芳炔树脂(PSA)是一种新型有机无机杂化材料,引入硅不但使其具有优异的耐高温和耐烧蚀性能,还具有优良的介电性能和高温陶瓷化性能,可作为耐高温烧蚀防热材料、耐高温透波材料以及耐高温陶瓷的前驱体材料。PSA在航空航天、电子信息等领域有潜在的应用价值[1,2,3,4]。自2002年以来,华东理工大学研制出各种不同结构的含硅芳炔树脂,且将硼、氧等元素引入含硅芳炔主链中制备出含硼和苯醚结构的PSA树脂[5,6,7,8]。同时,还用硅氮烷[9]、聚醚酰亚胺[10]、苯并噁嗪[11,12]和碳硼烷[13]等对PSA树脂进行了改性。
PSA树脂分子链段中芳环的含量高、交联度高,使PSA树脂固化后脆性较大。同时,PSA树脂的分子极性较小而与纤维的界面作用弱,使PSA基复合材料的力学性能差,影响了PSA作为结构材料和结构-功能一体化材料的应用。芳基二炔丙基醚单体的合成简单方便,把含醚结构的柔性链段引入树脂主链可提高树脂的加工工艺性能和力学性能[14]。使用间苯二酚二炔丙基醚、双酚A二炔丙基醚、六氟代双酚A二炔丙基醚、双酚S二炔丙基醚和二甲基二氯硅烷、苯基甲硅烷等合成的含硅芳炔醚树脂具有优良的力学性能,但是树脂的固化放热焓较大且固化后树脂的耐热性比PSA的低[15,16,17]。
本文合成其组成和结构与PSA树脂相近的双酚A含硅芳炔醚(Silicon-containing aryl propargyl ether of bisphenol A, SAPE-BA)和二苯醚含硅芳炔醚树脂(Silicon-containing aryl propargyl ether of diphenylether,SAPE-DPE)两种含硅芳炔醚树脂(SAPE),用于共混改性PSA树脂并研究其加工性能、热性能和力学性能,用改性树脂制备碳纤维增强复合材料并研究其性能。
四氢呋喃(THF)、甲苯、盐酸、冰醋酸：分析纯;溴乙烷、无水硫酸钠：分析纯;PSA树脂(数均分子量3380,PDI 1.63;SEC测得)、双酚A二炔丙基醚、二苯醚二炔丙基醚：实验室自制;T300碳纤维平纹布(东丽3K,200 g/m2)。
图1给出了双酚A含硅芳炔醚树脂的合成途径。在配有机械搅拌器、球形冷凝管、恒压式滴液漏斗和通气口的四口烧瓶中加入镁粉,通氩气保护并使用恒压漏斗在室温下缓慢滴加溴乙烷的THF稀释溶液,然后加热至45℃,保温回流1.5 h后冰水浴降温至室温;将双酚A二炔丙基醚的THF溶液在冰水浴冷却下缓慢滴入四口烧瓶中,然后加热至65℃,保温回流1.5 h后冰水浴降温至室温;向四口烧瓶中滴加二甲基二氯硅烷的THF稀释溶液后加热至65℃,反应2 h后冷却至室温;然后在冰水浴冷却下向反应烧瓶加入甲苯和冰醋酸,充分搅拌后再滴加2.0%稀盐酸溶液。将溶液倒入分液漏斗中用去离子水洗至中性以分离出有机相,加入无水Na2SO4干燥、过滤后减压蒸馏以去除溶剂,得到双酚A含硅芳炔醚树脂(SAPE-BA树脂 )。
图1 SAPE-BA树脂的合成
Fig.1 Synthetic route of silicon-containing aryl propargyl ether of bisphenol A
以二苯醚二炔丙基醚单体代替双酚A二炔丙基醚单体,按照制备SAPE-BA树脂的路线制备二苯醚含硅芳炔醚树脂(SAPE-DPE树脂),其结构如图2所示。
图2 SAPE-DPE树脂的化学结构
Fig.2 Chemical structure of silicon-containing aryl propargyl ether of diphenylether
将SAPE-BA树脂与PSA树脂按照7:93、10:90、15:85、20:80和25:75的质量比,SAPE-DPE树脂与PSA树脂按照7:93、10:90、15:85和20:80的质量比加入三口烧瓶中,以甲苯为溶剂搅拌使其溶解均匀,然后用旋转蒸发器真空脱除溶剂,得到含硅芳炔醚改性的PSA树脂。将上述样品分别记作PSA/SAPE-BA7、PSA/SAPE-BA10、PSA/SAPE-BA15、PSA/SAPE-BA20和PSA/SAPE-BA25,以及PSA/SAPE-DPE7、PSA/SAPE-DPE10、PSA/SAPE-DPE15和PSA/SAPE-DPE20。
将涂抹硅脂脱模剂的模具放入130℃烘箱内预热1 h。将熔融树脂浇铸于模具后放入130℃的真空烘箱内真空抽除残余溶剂,再升温固化。按照DSC测试结果确定固化工艺。固化结束后自然冷却至室温,脱模后用砂纸将浇注体打磨成符合测试要求的样条。
将碳纤维布(T300CF)裁剪成10 mm×15 mm的长方形,铺叠一定层数后称量备用。配制PSA树脂和改性PSA树脂的THF溶液(改性PSA与QF的质量比为35:65),浸渍T300CF,真空干燥后热模压成型制备T300CF/PSA和T300CF/改性PSA复合材料。按照DSC测试结果确定固化工艺,固化结束后自然冷却至室温,按相关标准切割成复合材料样条。
使用AVANCE 400型超导傅立叶变换核磁共振波谱仪测试样品核磁共振氢谱(1H NMR)。用AVATAR 360型红外光谱仪测试样品红外光谱(FTIR)。用体积排除色谱仪(SEC,Waters1515型凝胶色谱仪,多检测仪为德国DAWN HELEOS型,THF淋洗剂,淋洗速度1 mL/min)测量样品的数均分子量和多分散指数。使用DV-Ⅱ+Pro型旋转黏度计测定树脂黏度和黏度随时间的变化。凝胶时间的测定：根据GB-7193.1-1987,自制可控温加热台,并连接加热控温装置;取少量树脂置于待测温度的加热台上,搅匀后开始计时,不断搅拌以保证树脂均匀受热,待树脂拉不出丝时读取时间。使用DSC-2000型差示扫描量热仪对树脂进行差示扫描量热测量,升温速率10℃/min。使用TGA/DSC 1型热重及同步热分析仪进行固化树脂的热失重分析(TGA),氮气氛,升温速率10℃/min。使用DMA1型动态热力学分析仪进行固化树脂的动态热力学分析(DMA),氮气氛,频率1 Hz,升温速率5℃/min。使用SANS CMT 4204型微机控制电子万能试验机进行样品的力学性能测试;按照GB/T 2570-1997标准进行树脂浇注体弯曲性能测试,按照GB/T9341-2000标准进行复合材料弯曲性能测试,按照JC/T773-1982标准进行复合材料层间剪切强度测试。
SAPE-BA和SAPE-DPE的 1H NMR图谱,如图3所示。在SAPE-BA的谱图中a (δ 2.51)处为≡C-H的质子峰,b (δ 6.86)和c (δ 7.14)处的多重峰是苯环上的质子峰,d (δ 1.63)处是C-CH3的质子峰,e (δ 0.32)处是Si-CH3的质子峰,f (4.62)处是-CH2-的质子峰。SAPE-DPE谱图中a’ (δ 2.52)处为≡C-H的质子峰,b’ (δ 4.64)处是-CH2-的质子峰,c’ (δ 6.91)处是苯环的质子峰,d’ (δ 0.33)处是Si-CH3的质子峰。
图3 含硅芳炔醚氢核磁(1H NMR)谱图
Fig.3 1H NMR spectra of silicon-containing aryl propargyl ether
SAPE-BA和SAPE-DPE的FTIR谱图,如图4所示。SAPE-BA红外谱图中波数3285 cm-1处对应≡C-H伸缩振动峰,波数3034 cm-1处对应Ph-H伸缩振动峰,波数2964 cm-1处对应C-CH3和Si-CH3伸缩振动峰,波数2927 cm-1处对应-CH2-伸缩振动峰,波数2181 cm-1处对应C≡C伸缩振动峰,波数1605 cm-1、1508 cm-1和1448 cm-1对应苯环骨架振动峰,波数1300 cm-1处对应Si-CH3振动峰,1221 cm-1处为Ph-O的振动峰,波数1039 cm-1处为CH2-O振动峰。
SAPE-DPE红外谱图中波数3287 cm-1处对应≡C-H伸缩振动峰,波数3045 cm-1处对应Ph-H伸缩振动峰,波数2961 cm-1处对应Si-CH3伸缩振动峰,波数2914 cm-1处对应-CH2-伸缩振动峰,波数2179 cm-1处对应C≡C伸缩振动峰,波数1589 cm-1、1495 cm-1和1448 cm-1对应苯环骨架振动峰,波数1300 cm-1处对应Si-CH3振动峰,1200 cm-1处为Ph-O及Ph-O-Ph振动峰,波数1039 cm-1处为CH2-O振动峰。SAPE-BA的红外谱图也表现出相似的特征吸收峰。
FTIR和1H NMR的结果表明,本文的在实验中合成出了具有预期结构的SAPE-BA和SAPE-DPE。用体积排除法测得的SAPE-BA的数均分子量为1680,多分散指数PDI为1.46;SAPE-DPE的数均分子量为1580,多分散指数PDI为1.49。
将含硅芳炔醚共混改性PSA树脂在110℃恒温2 h,测得树脂的黏度随时间变化的关系(图5)。PSA树脂在110℃的黏度随着时间的延长而提高,SAPE-BA和SAPE-DPE在110℃的黏度基本不随时间而变。含硅芳炔醚树脂SAPE-BA和SAPE-DPE在110℃的黏度远比PSA树脂的低,SAPE-DPE在110℃的黏度低于SAPE-BA。在PSA树脂中加入黏度相对低的含硅芳炔醚树脂可降低PSA树脂的黏度,且随着加入含硅芳炔醚树脂质量分数的增加而明显下降。
图5 改性PSA树脂体系在110℃黏时特性
Fig.5 Viscosity vs time curves of the PSA modified by SAPE-BA (a) and SAPE-DPE (b) at 110℃
表1列出了PSA/SAPE-BA和PSA/SAPE-DPE共混树脂在170℃下的凝胶时间。PSA、SAPE-BA和SAPE-DPE在170℃的凝胶时间分别为40 min、82 min和85 min,在含硅芳炔醚树脂SAPE中炔丙氧基固化反应难于含硅芳炔树脂PSA中乙炔基的固化反应。从表1可以看出,改性PSA树脂的凝胶时间随着共混树脂中SAPE-BA或SAPE-DPE质量分数的增加而逐渐延长。其原因是,SAPE-BA与SAPE-DPE中端炔丙氧基的反应活性较低,随着SAPE-BA或SAPE-DPE质量分数的增大改性PSA树脂的反应活性逐渐降低,固化交联反应完全需更高的温度和更长时间,改性PSA树脂的加工窗口变宽可提高其加工工艺性能。
表1 SAPE改性PSA树脂在170℃下的凝胶时间
Table 1 Gel time of the different SAPE-modified PSA at 170℃
| Mass fraction of SAPE in PSA/% | Gel time of two PSA/SAPE resins at 170℃/min | |
|---|---|---|
| PSA/SAPE-BA | PSA/SAPE-DPE | |
| 0 | 40 | 40 |
| 7 | 44 | 45 |
| 10 | 49 | 51 |
| 15 | 55 | 57 |
| 20 | 60 | 63 |
| 100 | 82 | 85 |
图6给出了改性PSA树脂的DSC曲线,分析结果分别列于表2和表3。含硅芳炔醚树脂改性PSA树脂以PSA树脂为主体。PSA树脂中端乙炔基的反应活性较高,固化反应可在相对低的温度下发生,含硅芳炔醚树脂中端炔丙氧基的固化反应则需在较高温度下进行。改性PSA树脂的固化反应温度随着含硅芳炔醚树脂的质量分数增加而逐步提高,且都只有一个放热峰。这说明,PSA树脂的端乙炔基先发生固化放热反应,有利于端炔丙氧基的固化反应,降低了端炔丙氧基的固化反应温度,也反映了PSA树脂的乙炔基与含硅芳炔醚树脂的炔丙氧基之间会交叉发生交联反应。
图6 SAPE-BA改性和SAPE-DPE改性PSA树脂的DSC曲线
Fig.6 DSC curves of PSA modified by SAPE-BA (a) and SAPE-DPE (b)
表2 SAPE-BA改性PSA树脂的DSC数据
Table 2 DSC analysis results of PSA blended with SAPE-BA resin
| Samples | Ti/℃ | Tp/℃ | ΔH/Jg-1 |
|---|---|---|---|
| PSA | 199.9 | 239.3 | 555.6 |
| PSA/SAPE-BA7 | 200.3 | 246.4 | 581.9 |
| PSA/SAPE-BA10 | 204.1 | 248.0 | 590.4 |
| PSA/SAPE-BA15 | 205.8 | 248.4 | 608.3 |
| PSA/SAPE-BA20 | 208.4 | 251.1 | 615.4 |
| PSA/SAPE-BA25 | 212.8 | 253.1 | 631.4 |
| SAPE-BA | 244.2 | 316.4 | 793.9 |
表3 SAPE-DPE改性PSA树脂的DSC数据
Table 3 DSC analysis results of PSA blended with SAPE-DPE
| Samples | Ti/℃ | Tp/℃ | ΔH/Jg-1 |
|---|---|---|---|
| PSA | 199.9 | 239.3 | 555.6 |
| PSA/SAPE-DPE7 | 201.0 | 247.8 | 582.4 |
| PSA/SAPE-DPE10 | 206.6 | 249.9 | 615.3 |
| PSA/SAPE-DPE15 | 207.6 | 255.2 | 781.2 |
| PSA/SAPE-DPE20 | 208.4 | 257.4 | 822.6 |
| SAPE-DPE | 232.7 | 288.1 | 1409.0 |
根据DSC分析结果,PSA/SAPE-BA和PSA/SAPE-DPE共混树脂按照170℃/2 h、210℃/2 h、260℃/4 h进行固化。图7给出了改性PSA树脂固化物的TGA曲线,分析结果分别列于表4和表5中。含硅芳炔醚树脂中的端炔丙氧基在热固化中发生的是Claisen重排生成色烯(苯并吡喃),再进行加成交联[18]。PSA树脂的端乙炔基在热固化中发生环化三聚成苯环的反应[19]。
图7 SAPE-BA改性和SAPE-DPE改性PSA树脂固化物的TGA曲线
Fig.7 TGA curves of cured PSA modified by SAPE-BA (a) and SAPE-DPE (b)
表4 SAPE-BA改性PSA树脂固化物的TGA数据
Table 4 TGA analysis results of cured PSA blended with SAPE-BA resin
| Samples | Td5/℃ | Yc800℃/% |
|---|---|---|
| PSA | 612.2 | 91.9 |
| PSA/SAPE-BA7 | 598.5 | 91.6 |
| PSA/SAPE-BA10 | 591.0 | 90.8 |
| PSA/SAPE-BA15 | 575.5 | 89.8 |
| PSA/SAPE-BA20 | 559.8 | 88.1 |
| PSA/SAPE-BA25 | 552.3 | 87.6 |
| SAPE-BA | 421.5 | 58.7 |
表5 SAPE-DPE改性PSA树脂固化物的TGA数据
Table 5 TGA analysis results of cured PSA blended with SAPE-DPE
| Samples | Td5/℃ | Yc800℃/% |
|---|---|---|
| PSA | 612.2 | 91.9 |
| PSA/SAPE-DPE7 | 609.7 | 91.6 |
| PSA/SAPE-DPE10 | 604.0 | 91.2 |
| PSA/SAPE-DPE15 | 601.5 | 90.8 |
| PSA/SAPE-DPE20 | 597.0 | 90.4 |
| SAPE-DPE | 418.0 | 66.2 |
SAPE和PSA树脂热固化反应机理分别见图8和图9。随着含硅芳炔醚树脂质量分数的增大,其改性PSA树脂固化物的Td5逐渐下降。其原因是,含硅芳炔醚树脂中炔丙氧基固化后形成的六元脂环交联点的热稳定性比PSA树脂中末端乙炔基固化后形成的苯环交联点的热稳定性低,而且随着含硅芳炔醚树脂质量分数的提高改性PSA树脂固化时参与环化三聚的乙炔基含量降低,导致共混树脂的耐热性有所降低。但是,即使SAPE-BA的质量分数达到25%时其改性PSA树脂5%热失重温度(Td5)依旧能达到552℃,800℃的残留率(Yc800℃)依旧能达到87.6%。即使SAPE-DPE的质量分数达到20%其改性PSA树脂的Td5依旧能达到597℃,800℃的残留率依旧能达到90.4%。这些结果说明,加入含硅芳炔醚树脂改性后的共混PSA树脂依旧保持优良的耐热性能。对比两种含硅芳炔醚树脂SAPE-BA和SAPE-DPE改性PSA树脂在氮气中的热稳定性可知,在质量分数相同的情况下,SAPE-DPE改性的PSA树脂热稳定性明显高于SAPE-BA改性的PSA树脂。这可能与双酚A中异丙叉结构的甲基易于在高温下断开失去有关。
图10给出了改性PSA树脂浇注体弯曲性能随加入含硅芳炔醚树脂质量分数的变化。可以看出,随着含硅芳炔醚树脂质量分数的提高改性PSA浇注体弯曲强度随之提高。SAPE-BA的质量分数达到20%和SAPE-DPE的质量分数达到15%时改性PSA的弯曲强度达到最大,分别为42.8 MPa和37.0 MPa,比纯PSA树脂24.0 MPa的弯曲强度提高了78.3%和54.2%。含15%质量分数的SAPE-BA改性PSA的弯曲强度为40.4 MPa,较PSA树脂提升了68.3%,高于相同质量分数(15%)的SAPE-DPE改性PSA树脂的弯曲强度。PSA浇注体和改性PSA浇注体的弯曲模量变化不大,虽略有增加但都只略高于3.1 GPa。因为含硅芳炔醚树脂含有氧原子,与PSA共混改性时引入了氧原子,使分子的极性和分子链段间的相互作用提高,从而提高了改性PSA树脂的力学性能。但是,继续提高含硅芳炔醚树脂SAPE的质量分数导致共混改性PSA树脂中含端乙炔基的PSA分子链段含量的下降,使固化反应先形成的环化三聚结构减少,共混改性树脂固化后形成的交联网络结构强度降低,树脂分子链段之间的相互作用减弱,固化后改性PSA树脂浇注体的弯曲强度也随之降低。
图10 SAPE改性PSA树脂的弯曲性能
Fig.10 Flexural properties of PSA modified by SAPE-BA (a) and SAPE-DPE (b)
改性PSA树脂的固化反应放热峰为一单峰(图6),说明改性树脂中PSA树脂的乙炔基和SAPE树脂的炔丙氧基在热固化中是交叉反应的。乙炔基易于环化三聚,保证了改性PSA树脂的热稳定性,而固化放热有利于需在较高温度下发生热聚合的炔丙氧基固化反应。炔丙氧基可与乙炔基发生Diels-Alder反应和加成反应[20],形成的交联结构见图11。
图11 PSA树脂与SAPE树脂的炔基交联反应
Fig.11 Thermal cure mechanism of alkynyl groups between PSA and SAPE
含硅芳炔醚树脂中SAPE-BA含异丙叉结构,双酚A的链活动能力相对较高,在固化反应中易与PSA的乙炔基发生交联反应,增加了交联点而使树脂的弯曲强度提高。而SAPE-BA改性PSA树脂的热稳定性低于活动能力相对较低的二苯醚型含硅芳炔醚树脂SAPE-DPE改性PSA树脂,也反映出SAPE-BA在交联结构中加成反应形成的非芳环交联点(加成型)较多。PSA树脂和SAPE改性PSA树脂的弯曲模量相近,表明树脂交联结构中的刚性结构是相近的。
图12给出了PSA/SAPE-BA20和PSA/SAPE-DPE15树脂浇注体的DMA曲线。从图12可以看出,两种共混改性树脂储能模量(E' )随温度的变化趋势相似,弹性模量E' 在270℃之前随温度升高略有下降。其原因是,树脂中的内炔没有交联,交联点间链段较长,随着温度升高使局部链段运动而引起树脂浇注体模量的降低;温度高于270℃后树脂中的内炔参与固化交联,使树脂交联密度提高和模量E' 开始上升,固化结束后E' 随温度变化不大。而固化的PSA/SAPE-BA20和PSA/SAPE-DPE15树脂在500℃以内未出现损耗峰,说明与损耗峰值温度对应的树脂玻璃化转变温度没有出现,即改性PSA树脂的玻璃化转变温度可达500℃以上。
图12 PSA/SAPE-BA20和PSA/SAPE-DPE15改性PSA树脂DMA曲线
Fig.12 DMA curves of the cured PSA/SAPE-BA20 (a) and PSA/SAPE-DPE15 (b)
以T300碳纤维布(T300CF)为增强材料,以PSA、PSA/SAPE-BA20和SAPE-DPE15为树脂基体制备的复合材料T300CF/PSA、T300CF/PSA/SAPE-BA20和T300CF/PSA/SAPE-DPE15,其弯曲性能和层间剪切强度(ILSS)列于表6中。可以看出,与PSA树脂基复合材料相比,SAPE-BA和SAPE-DPE改性PSA树脂基复合材料的弯曲性能和ILSS明显提高。PSA/SAPE-BA20树脂基复合材料的弯曲强度提高了38.4%,ILSS提高了33.5%;PSA/SAPE-DPE15树脂基复合材料的弯曲强度提高了23.4%,ILSS提升了21.8%。SAPE-BA与SAPE-DPE的引入使改性树脂交联结构中的柔性链段增多,极性增强,既提高了树脂本身的强度,又改善了树脂与纤维的界面结合,使复合材料的力学性能均有所提高。
表6 T300碳布增强改性PSA复合材料力学性能
Table 6 Mechanical properties of T300CF reinforced SAPE-modified PSA composites
| Resin matrix | Flexural strength/MPa | Flexural modulus/GPa | ILSS/MPa |
|---|---|---|---|
| PSA | 260.3±8.73 | 34.1±2.56 | 20.1±0.95 |
| PSA/SAPE-BA20 | 360.1±6.72 | 49.1±1.67 | 26.9±0.64 |
| PSA/SAPE-DPE15 | 321.1±7.71 | 49.4±4.36 | 24.5±0.54 |
(1) 以双酚A二炔丙基醚和二苯醚二炔丙基醚为原料,用格氏法制备SAPE-BA和SAPE-DPE两种含硅芳炔醚树脂并用其共混改性PSA树脂,可降低PSA树脂的黏度并加宽树脂加工窗口。
(2) 改性PSA树脂中SAPE-BA的质量分数为20%或SAPE-DPE的质量分数达到15%时,PSA树脂浇注体的弯曲强度从24.0 MPa分别提高到42.8 MPa和37.0 MPa。在氮气中树脂的Td5分别保持在550℃和590℃以上,在500℃之前未出现玻璃化转变温度。
(3) T300CF增强PSA/SAPE-BA20树脂复合材料的弯曲强度提高了38.4%,弯曲模量提高了44.0%,ILSS提高了33.5%,分别达到360.1 MPa、49.1 GPa和26.9 MPa;T300CF增强PSA/SAPE-DPE15树脂复合材料的弯曲强度提高了23.4%,弯曲模量提高了44.9%,ILSS提高了21.8%,分别达到321.1 MPa、49.4 GPa和24.5 MPa。
The authors have declared that no competing interests exist.
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