一种聚酰亚胺型玻璃纤维浸润剂在PEEK/GF复合材料中的应用

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随着我国航天航空事业的飞速发展,复合材料因其轻质高强的特点,在飞行器制造中扮演着不可替代的角色,因此对于复合材料的改性,成为了近十几年来经久不衰的研究方向。聚醚醚酮因其优异的热性能、力学性能、耐溶剂性、绝缘性能以及生物相容性,在汽车工业、航空航天、机械化工、电子电路与医疗耗材领域均能够承担非常重要的角色。但与此同时,聚醚醚酮较为苛刻的加工温度与较为昂贵的价格,成为了制约它发展的因素。复合材料的界面,是指在复合材料中,基体相和增强相二者之间相互接触部位所存在的,是具有一定厚度与独特结构的新相。纵观近代复合材料中有关界面的研究的理论和实验结果,若基体树脂与加强相之间的结合较差,并且基体树脂与增强体的模量和强度差别较大的情况下,当复合材料受到外力作用时,会导致了两者之间的应力传递变差,使界面层承受较大程度的应力集中,复合材料易于发生破坏而失效。因此,对于复合材料的界面改性,是能够事半功倍的提高复合材料的机械性能的方法。目前,市售玻璃纤维表面的浸润剂以环氧型号浸润剂为主,而聚醚醚酮的加工温度高达380℃,不仅无法为纤维与树脂提供有效的界面结合,而且还会因为其分解产生小分子而对复合材料的内部造成缺陷。因此寻找一种耐高温的纤维浸润剂对于聚醚醚酮加工工业来说至关重要。本论文中首先选择了一种含有苯乙炔的热固性聚酰亚胺作为玻璃纤维浸润剂,对玻璃纤维进行表面涂覆,并探究了浸润剂分子量大小与主链基团对复合材料力学性能与界面结合的影响。我们发现,主链结构含有对甲基的分子结构的四聚体PI浸润剂能够为玻璃纤维与聚醚醚酮提供更为良好的界面结合,相比于裸纤聚醚醚酮复合材料,其拉伸性能能够提升29%;并且我们探究了该浸润剂的最佳使用含量,发现其质量分数为纤维质量的1%时,其力学性能能够到达最优;进一步的,我们在上述浸润剂中引入了以PEPA小分子接枝前后的埃洛石纳米管,来提高纤维与树脂基体的机械互锁。实验表明,纳米粒子的引入能够提高复合材料的综合力学性能,与此同时我们探究了埃洛石纳米管浓度对复合材料力性能的影响,发现埃洛石纳米管质量分数为5%时,复合材料的力学性能最好,并且在埃洛石纳米管表面接枝小分子能够更有效的将埃洛石纳米管结合在纤维表面,宏观表现为力学性能得到提升,其拉伸性能相比于裸纤提升了53%。
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