预浸料用耐热环氧的制备与性能研究.doc

预浸料用耐热环氧的制备与性能研究目前,复合材料发展空间大。预浸料性能优异,在复合材料中得到了广泛应用。热熔膜法预浸料性能稳定,挥发分少。随着复合材料的发展,对材料的耐热性要求越来越高,提高预浸料耐热性备受关注。改善环氧固化物耐热性的研究已取得了较大成果,但很少有关于将改性后的耐热环氧体系用于热熔膜法制备预浸料的报道。本文用多官能度环氧树脂(苯酚型酚醛环氧树脂NPPN-638s和邻甲酚酚醛环氧树脂NPCN-704)提高体系耐热性,与通用环氧树脂(双酚A型环氧树脂CYD-128和E-20)复配,比较胶膜的室温状态和固化物的耐热性来筛选最佳的热熔膜法预浸料用耐热树脂配比。用差示扫描量热法(DSC)、动态热机械分析(DMA)、热变形温度及凝胶时间-温度测试研究了体系中潜伏性固化剂双氰胺(DICY)和促进剂苯基二甲脲(UR300)的合适配比;用DSC和红外光谱法(FTIR)优化了体系的固化制度;用DMA、热变形温度及热重分析法(TGA)研究了体系的耐热性。结果表明,CYD-128/NPPN-638s/NPCN-704配比为25/35/40时耐热性优异,又可用于热熔膜法制预浸料;DICY和UR300的最佳用量为树脂总质量的7%和1.5%;固化制度为105℃/2h+130℃/2h+160℃/2h;固化物的玻璃化转变温度(Tg)为206℃;热变形温度为197℃;热失重5%、10%和50%时的温度分别为330℃、360℃和416℃,比纯的CYD-128固化物提高了20~30℃,具有较好的耐热性。用等温DSC法研究了体系的固化动力学行为,对复配体系进行各模型拟合,确定体系适用的模型及固化动力学方程,可指导实际的成型工艺。结果表明,该复配体系反应初期有一定的诱导期,固化度α-时间t曲线呈“S”型;固化温度越高,固化速率变化的越快,达到相同的α所需的时间越短;固化主要受自催化的影响,最适用Kamal模型;活化能Ea1=68.14kJ/mol,Ea2=78.00kJ/mol,总反应级数m+n为2.43,固化动力学方程为:将复配体系和T300碳纤维布用热熔膜法制备预浸料,模压法制备复合材料,研究了该材料在湿热环境中的老化行为。结果表明,温度越高,吸水率和吸水速率越大,达到平衡吸水率的时间越短;在80℃下,材料的吸水率呈现三个阶段,先快后慢,最后接近平衡,复合材料的平衡吸水率约为2.9%;复合材料与基体树脂相比,吸水率先高后低;复合材料在老化中机械性能先快速下降,中间略有上升趋势,后又减缓下降,有后固化的现象,且拉伸性能的变化小于弯曲性能的变化,老化8周后,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、储能模量和Tg的保留率分别为92%,88%、92%、89%和89%。老化前后的断面形貌变化不大,老化后,仅有少部分纤维与树脂的界面脱粘。