PDF《聚醚酰亚胺耐热大分子偶联剂增强增韧 石英纤维 / 含硅芳炔复...》

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38 高等学校化学学报No.9

2017 年9月CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1670~1677 doi: 10.7503/ cjcu20170149 聚醚酰亚胺耐热大分子偶联剂增强增韧 石英纤维 / 含硅芳炔复合材料 顾渊博, 扈艳红, 杜磊, 邓诗峰, 周燕, 汝凌傲 (华东理工大学材料科学与工程学院, 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) 摘要 设计并制备了一种新型乙炔基封端聚醚酰亚胺大分子偶联剂(BDA?K), 探究了其对石英纤维(QF) / 含硅芳炔(PSA)复合材料界面增强增韧的效果. 在常温下, 加入大分子偶联剂的复合材料层间剪切强度、 弯 曲强度和缺口冲击强度分别提高了 54? 1%, 59? 0%和23? 8%;

在250 ℃ 时, 层间剪切强度和弯曲强度保留率 分别达到 89? 0%和89? 6%,

500 ℃ 时保留率分别达到 63? 3%和67? 9%. 傅里叶变换红外光谱和 X 光电子能谱 分析结果表明, BDA?K 参与 PSA 的交联固化, 与QF 发生有效化学键合;

热重分析(TGA) 结果表明, 由于 BDA?K 的分子结构中引入耐热官能团酰亚胺环等, 使其大分子偶联剂的 Td5 达到

489 ℃ ;

扫描电子显微镜 (SEM)结果表明, 柔软的大分子层提供了适中的界面结合, 使强度和韧性都得到提高. 关键词 石英纤维;

含硅芳炔;

聚醚酰亚胺;

大分子偶联剂;

界面增强增韧 中图分类号 O631? 1+

1 文献标志码 A 收稿日期: 2017?03?14. 网络出版日期: 2017?06?29. 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 222201717001)资助. 联系人简介: 扈艳红, 女, 博士, 副研究员, 主要从事树脂基复合材料的表界面改性研究. E?mail: huyhxy@ ecust.edu.cn 含硅芳炔树脂(PSA)是华东理工大学研发的一类优良的耐高温、 耐烧蚀的新型热固性树脂[1~4] , 但石英纤维/ 含硅芳炔(QF/ PSA)复合材料的力学强度和韧性都有待提高[5] . 界面是复合材料极为重要 的微结构, 直接影响到复合材料的力学性能. 界面结合强度过强, 材料破坏区域发生脆性断裂, 韧性不 能有效提高;

过弱则强度和韧性都不佳[6] . 因此, 过强或过弱的界面黏合都不利于聚合物复合材料力 学性能的提高, 因此设计合适的界面结合强度是关键. 目前纤维增强聚合物界面增强增韧的主要方法 有纤维表面的热塑性弹性体涂层法[7] 和偶联剂涂层法[8] 等. 常见的小分子偶联剂和热塑性弹性体耐高 温性能较差, 若要复合材料在高温下仍然具有一定的界面结合强度, 则需要设计一种具有耐高温性能 的表面处理剂. 大分子偶联剂涂层法是对纤维/ 聚合物复合材料增强增韧效果较好的表面处理技术. 与普通小分 子偶联剂相比, 大分子不仅能够与聚合物基体分子链之间形成较强的物理和化学缠结, 而且可以通过 改变分子结构和分子量实现对复合材料界面结构的调控和优化. 周晓东等[9] 在玄武岩纤维(BF) / 聚丙 烯(PP)复合材料体系中引入了聚苯乙烯(PS)与聚丙烯酸羟乙酯(PHEA)的嵌段共聚物大分子偶联剂 (PS?b?PHE), 使复合材料的拉伸强度、 弯曲强度和缺口冲击强度均得到显著提高;

Park 等[10] 将γ?甲 基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH?570)改性的聚丁二烯加入玻璃纤维/ 乙烯基酯树脂中, 发现经质 量分数为 0? 5%的大分子偶联剂处理后, 试样的总冲击能量从 8?

59 J 提升到 11?

60 J;

张波等[11] 合成了 含聚乙二醇(PEG)柔性链段的大分子偶联剂, 作为剑麻纤维(SF) / 聚丙烯(PP)木塑复合材料的界面相 容剂, 复合材料冲击强度提高了 49? 4%. 目前大分子偶联剂的研究主要集中在以 PP 为代表的热塑性 塑料和橡胶等领域, 针对热固性树脂材料的研究鲜见报道, 而且这些大分子偶联剂的耐热性能有限. 为了提高 QF/ PSA 复合材料的界面增强增韧性能, 本文设计了一种乙炔基封端、 侧链接枝硅氧烷 的聚醚酰亚胺大分子偶联剂. 特定官能团的引入, 如参与 PSA 树脂固化的端炔基以及能与 QF 作用的 硅氧烷侧链, 将树脂和纤维有效桥接;