磺化聚醚砜上浆剂对碳纤维/聚醚砜复合材料界面性能的影响

为了提高碳纤维(CFs)增强热塑性树脂聚醚砜(PES)复合材料的界面结合力,对PES进行磺化改性,得到磺酸基聚醚砜(SPES)制备的CFs上浆剂,研究了SPES上浆剂对CFs/PES复合材料界面性能的影响和上浆剂质量分数对CFs/PES复合材料的作用效果。结果表明:经过SPES上浆的纤维毛丝量降低、耐磨性提高。同时FTIR和XPS分析表明:SPES中的—SO3H基团与CFs表面微量的活性官能团发生了化学反应,提高了增强体CFs与基体树脂PES间的黏连。当上浆剂含量为1wt%时,CFs/PES复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高最显著,比未上浆改性的CFs/PES复合材料的提高了24%。SEM照片证实在此浓度下CFs与PES结合更加紧密。动态力学热分析(DMTA)结果亦证明1wt%的SPES上浆剂提高了CFs/PES复合材料的玻璃化转变温度。     

超临界氧化铝/聚醚砜-BMI-BBA-BBE复合材料的微观结构与耐热性

利用超临界乙醇修饰纳米Al2O3,得SCE-Al2O3,使其表面沉积活性基团;以4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BMI)为基体、3,3′-二烯丙基双酚A(BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂、聚醚砜(PES)为增韧剂、SCE-Al2O3为改性剂,通过原位聚合法合成了SCE-Al2O3/PES-BMI-BBA-BBE复合材料。采用SEM和FTIR观察分析了SCE-Al2O3纳米粒子和PES的增韧机制。结果表明:SCE-Al2O3纳米粒子处理时间不宜过长,5min为宜;FTIR显示在3 457cm-1附近的—OH吸收峰增强,说明粒子表面沉积了活性基团—OH;PES与BMI-BBA-BBE呈现两相结构,PES树脂以"蜂窝"状均匀分散在聚合物基体BMI-BBA-BBE中,PES用量增加会使其粒子尺寸增大,适宜用量为5wt%。SCE-Al2O3/PES-BMI-BBA-BBE复合材料的耐热性能测试结果显示:PES树脂会使材料的热分解温度降低,但SCE-Al2O3会提高材料的耐热性能,4wt%SCE-Al2O3/PES-BMI-BBABBE的热分解温度为444.41℃,较基体树脂提高了20.52℃,600℃时残重率为47.64%,提高了7.09%。     

仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔聚醚砜基复合材料

竹子是一种以竹纤维为增强体、多孔木质素为基体而组成的天然复合材料。本文借鉴竹子的结构特征,采用高性能热塑性聚合物浸没沉淀相转化法在玻璃纤维(GF)表面沉积梯度孔径分布的多孔聚醚砜(PES)基体,制备仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔聚醚砜基复合材料(GF/PES),并对其微观形貌、拉伸力学性能和“温度-模量”智能响应性进行了研究。结果表明,基于梯度多孔PES基体良好的吸能作用及其对玻璃纤维表面微小缺陷的修复作用,GF/PES的拉伸强度和断裂伸长率最高可分别比GF提高39.11%和58.1%。此外,多孔聚合物基体还可作为各类功能材料的载体,例如在其多孔结构中填充水,当水随着温度变化发生相变时,可赋予GF/PES显著的模量变化,从而制备出“温度-模量”智能响应复合材料。      

Al2O3与两种热塑性树脂协同改性双马来酰亚胺基复合材料微观结构与性能

以3,3’-二烯丙基双酚A(BBA)、双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂、4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体合成聚合物基体(MBAE),以两种热塑性树脂(聚醚砜(PES)和磺化聚醚醚酮(SPEEK))为增韧剂、以溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备的纳米Al₂O₃为改性剂,制备了Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料,并采用FTIR、SEM、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和热失重测试的方法研究复合材料的微观形貌、力学性能和耐热性。结果表明:SPEEK中存在磺酸基团,微观结构更松散,磺化度约为41.3%;Al₂O₃为纳米级短纤维状晶体,表面含有活性羟基。Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的微观形貌表明:适量的PES、SPEEK和Al₂O₃在基体树脂中分散均匀,断面形貌呈鱼鳞状,断裂纹不规则且发散,断裂方式为韧性断裂。力学性能测试结果显示,当PES、SPEEK及Al₂O₃质量分数分别为3 wt%、2 wt%和3 wt%时,Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度为172.9 MPa、4.7 GPa和21.4 kJ/m2,分别比基体树脂提高了73.1%、74.1%和125.3%,并且Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的热分解温度为453.5℃,比基体树脂提高了15.4℃,Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的力学性能和耐热性有较大提高。      

膨胀石墨/聚醚砜复合材料的制备及力学性能

采用微波辐射法制备了膨胀石墨(EG),将其作为增强相加入到聚醚砜(PES)基体中,利用溶液共混法和真空辅助模压成型工艺得到EG/PES复合材料,使用SEM、FTIR和XRD等分析手段表征了EG及其复合材料的微观结构和性能,并对复合材料的力学性能进行了测试。结果表明:PES分子插入到了EG片层内部,并且EG与PES分子之间产生了氢键作用;当EG含量为5.0%(质量分数)时,复合材料的拉伸和弯曲强度达到最大值,分别为94.6 MPa和146.7 MPa,较树脂基体提升了10.5%和7.3%;EG在PES基体内的分散性直接影响了复合材料的力学性能,嵌入到复合材料内部的EG不仅能够改变微观裂纹的走向,还能阻止其进一步蔓延和扩展,改善复合材料内部的应力分布情况。     

"离位"增韧ES-U3160/5284复合材料的制备及性能研究

通过扫描电子显微镜分析和树脂冲击性能测试,研究了聚醚砜(PES)对高温环氧树脂5284性能的影响及增韧机理,并基于"离位"增韧技术制备了具有增韧功能的ES-U3160织物。以ES-U3160织物作为增强体,采用树脂转移模塑成型(RTM)工艺制备了ES-U3160/5284复合材料,并对复合材料的韧性性能进行研究。结果表明:随着PES含量的增加,环氧树脂5284的冲击韧性大幅度提高;PES与5284树脂形成了双连续相结构,有效地阻止了裂纹的扩展,起到了增韧的作用。与未增韧复合材料相比,"离位"增韧ES-U3160/5284复合材料的I型层间断裂韧性(GⅠC)、Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)及冲击后压缩强度(CAI)都有较大的提高。     

功能化纳米SiO2-聚醚砜/BMI-酚醛环氧树脂复合材料的固化动力学与性能

以4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂、双马来酰亚胺（BMI）和酚醛环氧树脂（F51）为基体、聚醚砜（PES）为增韧剂、硅烷偶联剂KH560功能化纳米SiO₂（KH-SiO₂）为改性剂,采用原位聚合法制备了KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料,并通过非等温DSC确定了复合材料的固化工艺及固化反应动力学。根据Kissinger方程和Ozawa方程求得体系的表观活化能分别为96.03 kJ/mol和99.18 kJ/mol。FTIR测试结果表明:KH-SiO₂改性效果良好,不饱和双键和环氧基特征峰消失,BMI中C=C双键和F51中环氧基在DDM作用下参与了体系的固化反应。SEM结果表明:PES树脂和KH-SiO₂含量适当时,PES树脂和KH-SiO₂在树脂基体中分散均匀,断裂纹不规则杂乱发展,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料呈韧性断裂。力学性能测试和热失重测试表明:当PES含量为4wt%,KH-SiO₂含量为1.5wt%时,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为156.23 MPa、4.18 GPa和20.89 kJ/m2,较BMI-F51基体分别提高了49.7%、29.4%和82.8%;KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的热分解温度为393.1℃,残重率为50%时,分解温度高达523.1℃,耐热性十分优异。KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的力学性能和耐热性有了较大提高,为拓展F51及BMI的应用范围提供了一定的理论数据。      

仿竹结构多孔聚醚砜基碳纤维复合材料

竹子是以竹纤维为增强体、木质素为基体所构成的天然复合材料，其竹纤维赋予了竹材高强度的特点，多孔木质素结构赋予了竹材轻质、高韧性的特点。本文通过模仿竹子的结构特征，采用液相浸渍法和浸没沉淀相转化法在碳纤维表面沉积多孔聚醚砜聚合物，制备出兼具轻质、高韧性、高强度特点的仿竹结构多孔聚醚砜基碳纤维复合材料(CF/foam PES)。研究结果表明：与传统密实结构的聚醚砜基碳纤维复合材料(CF/condense PES)相比，本文制备出的聚醚砜基碳纤维复合材料的海绵状多孔聚醚砜结构降低了复合材料的表观密度，且CF/foam PES的比强度相对于CF/condense PES提高了234.5%，比模量提高了192.6%；多孔聚醚砜使CF/foam PES具有优异的吸能性能。     

基于聚醚砜/氰酸酯半互穿树脂体系的碳纤维复合材料性能研究

氰酸酯（CE）树脂因具有高玻璃化转变温度、低固化收缩率和优异介电性能,常被作为耐高温或吸波纤维复合材料基体应用于航空航天领域。但由于CE树脂与碳纤维（CF）浸渍黏附性较差、固化温度高、固化物脆性较大,其复合材料制备工艺性较差且固化后易产生分层损伤,严重影响其产品质量及实际应用。本文利用聚醚砜（PES）对CE树脂进行改性,制备出浸润性良好的预浸料以适应各类干法成型复合材料制备工艺。结果表明,PES的引入能够显著提高CF/CE树脂基复合材料的力学性能和热稳定性。与CF/CE单向板相比,7.5wt%PES-CF/CE单向板的弯曲强度提高17%,层间剪切强度提高31%,冲击韧性提高39%,并且纵向热膨胀性系数从-2.07×10^-8 K^-1降低到-10.7×10^-8 K^-1,横向热膨胀系数降低20%,改性效果显著。     

聚醚砜对连续碳纤维/聚醚醚酮复合材料性能的影响

以聚醚砜(PES)作为第三组分及活化PES作为连续碳纤维(CCF)的表面改性剂制备CCF/聚醚醚酮(PEEK)复合材料,重点研究CCF/PEEK复合材料的制备工艺方法对其性能的影响。结果表明:PES作为第三组分制备的CCF/PEEK复合材料,当填充16wt%的CCF时,复合材料表面电阻降低到107~109 Ω,出现导电逾渗状态,此时摩擦系数降到最低(0.2430)。活化PES作为表面改性剂制备的CCF/PEEK复合材料,当填充30wt%的CCF时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别提高到236.2 MPa、345.1 MPa、12.3 kJ/m2,相比无PES改性的CCF30/PEEK复合材料分别提高了13.69%,21.70%,36.97%,其中PES起到显著的均匀分散CCF与界面粘结作用。摩擦学研究结果表明,复合材料的摩擦性能不仅取决于润滑材料CCF在基体中的分布还取决于CCF与基体的界面作用力。      

KH-SiO2/PES/BMI-F51复合材料的介电性能

采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)修饰纳米二氧化硅(nano-SiO2)获得改性纳米二氧化硅(KH-SiO2)。以酚醛环氧树脂(F51)和双马来酰亚胺(BMI)作为基体,添加4%(质量分数,下同)聚醚砜(PES)和不同含量(0.5%~2.5%)的KH-SiO2,制备KH-SiO2/PES/BMI-F51多相复合材料。红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和透射电镜结果表明:纳米SiO2表面修饰效果良好,纳米粒子团聚倾向减弱,粒径减小,比表面积增大。介电性能测试结果表明:随着KH-SiO2掺杂量的增加,材料的介电常数先降低后升高,介电损耗没有明显变化,体积电阻率和击穿强度先升高后降低。当KH-SiO2掺杂量为1.5%时,10Hz下介电常数和介电损耗角正切分别为4.55和0.0029,体积电阻率和击穿强度分别为1.74×10^14Ω·m和29.11kV/mm,比树脂基体提高了68.9%和35.9%。     

聚醚砜/环氧树脂复合体系的研究

研究了聚醚砜（ＰＥＳ）／环氧树脂复合体系的微面结构和热－力学性能,分析了ＰＥＳ在环氧树脂基体中的增韧机理,ＰＥＳ／环氧树脂复合体系为两相结构,分散相ＰＥＳ呈不规则的变形颗粒分散在环氧树脂中,加入一定量ＰＥＳ可较大幅度地提高环氧树脂的韧性,而不降低环氧树脂的模量和耐热性。     

纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能

本实验制备了纳米Al_2O_3/聚醚砜-环氧树脂复合材料,考察了不同纳米氧化铝和聚醚砜的用量对复合体系力学和介电性能的影响,并对其热稳定性能进行了研究。结果表明:当添加1phr纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)和5phr聚醚砜(PES)时,三元复合材料EP/5PES/1Al_2O_3的拉伸强度提高到58 MPa,断裂伸长率达到13%,冲击强度达到16.2kJ/m~2,相比纯环氧树脂分别提高了61.1%、20.3%和8.0%。而且在100Hz的室温测试条件下,EP/5PES/1Al_2O_3材料的介电常数和介电损耗分别达到7.6和0.016,较纯环氧树脂均有一定幅度的增加。热重分析(TG)结果表明,EP/5PES/1Al_2O_3复合材料的初始分解温度为358℃,比纯环氧树脂提高了14℃,说明热稳定性有较大幅度的提高。     

马来酸酐接枝氧化石墨烯并改性双马树脂复合材料的微观结构及力学性能

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并用马来酸酐(MAH)接枝改性制得MAH接枝氧化石墨烯(MAH-GO)。以二烯丙基双酚A (BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂,4,4’-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体合成MBMI-BBA-BBE (MBAE)树脂基体;并以MAH-GO为增强体通过原位聚合制得MAH-GO/MBAE复合材料,表征MAH-GO的微观结构及其对复合材料力学性能的影响。结果表明:MAH成功接枝在GO表面,片层结构清晰,且表面出现褶皱,采用化学滴定法测定接枝率约为11.32%。MAH-GO/MBAE复合材料的微观形貌结果表明,当适量的MAH-GO加入体系中后,MAH-GO/MBAE复合材料断裂纹呈“树枝状”无规则发散,为典型的韧性断裂。当MAH-GO添加量为0.5wt%时,MAH-GO在基体中分散均匀,MAH-GO/MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为15.88 kJ/m2和142.13 MPa,比基体树脂分别提高了67.68%和43.61%,力学性能得到明显改善。      

SCE-SiO_2/PES-MBAE复合材料微观形貌及性能

为研究增韧双马来酰亚胺方法及其对性能的影响,首先利用超临界乙醇处理纳米SiO2(SCE-SiO2),改善其表面活性;然后以4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)、3,3’-二烯丙基双酚A(BBA)、双酚A双烯丙基醚(BBE)为原料合成了MBMI-BBA-BBE(MBAE)复合材料基体,并利用原位聚合法和溶胶-凝胶法将SCESiO2和聚醚砜(PES)加入MBAE基体中制备了SCE-SiO2/PES-MBAE多相复合材料;最后采用SEM观察了SCESiO2/PES-MBAE复合材料断面形貌。SCE-SiO2的FTIR分析结果表明:在3 434cm-1处的Si—OH的吸收峰消失,出现了3 310cm-1处的乙醇分子间—OH的吸收峰、2 984cm-1处的甲基和亚甲基的吸收峰,证明纳米粒子可能以某种形式结合了乙醇分子,改善了表面性能。PES以"蜂窝"状分散相的形式存在于基体中,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变,SCE-SiO2和PES对材料均有增韧作用,PES的增韧效果更明显,二者之间具有协同作用,当SCE-SiO2含量为2wt%、PES含量为4wt%时,多相复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为15.02kJ/m2和130.47MPa,较MBAE树脂分别提高了57.3%和35.8%。介电性能测试表明:SCE-SiO2和PES的引入均会导致SCE-SiO2/PES-MBAE复合材料的介电常数和损耗略有上升,但二者之间的协同作用可以抑制PES组分所带来的负面影响。     

用于RFI工艺的高性能树脂膜的研究

以烯丙基化合物改性双马来酰亚胺为基体,通过加入聚醚砜树脂(PES),制得了适用于树脂膜熔渗(RFI)工艺的高性能树脂基体膜。该树脂膜性质稳定,能满足RFI工艺要求。其固化树脂耐热性及力学性能优良;所制得的玻璃布复合材料综合性能优异;常温下弯曲强度、层间剪切强度分别达到535 MPa和55.5 MPa。      

聚合物涂层对高模量碳纤维表面性能的影响

为改善碳纤维表面性能以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能,对PAN基高模量碳纤维（HMCF）表面进行聚合物涂层处理。研究了不同潜伏性固化剂含量的聚合物涂层对HMCF表面以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能的影响。IR分析表明,聚合物涂层与纤维或树脂基体发生了化学反应。扫描电镜和动态机械热分析的结果也说明,聚合物涂层能够提高...