前端聚合制备玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料及其性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rhetthusida
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前端聚合是一种利用聚合焓的热催化完成聚合的反应,本文采用快速、环保的前端聚合方法制备纤维增强乙烯基酯树脂复合材料,旨在解决传统热聚合能耗大、耗时长、对环境不友好以及紫外光(UV)固化难以制备厚制品的缺点。采用正交设计优化配方,设计四因素四水平正交实验,确定光照时间、光照强度、光引发剂用量与热引发剂用量对玻璃纤维/乙烯基酯树脂(GF/VER)复合材料拉伸强度、弯曲强度与层间剪切强度的影响,最终确定光照时间20 s、光照强度255 m W/cm~2、光引发剂用量2 wt%与热引发剂用量2.5 wt%时制备的复合材料力学性能最佳;红外光谱图表明前端聚合方法所制备的复合材料充分固化交联。研究GF/VER复合材料的湿热老化性能,以上述最优配方采用前端聚合法制备复合材料,并与传统热聚合法对比。结果表明,前端聚合法所制的复合材料具有更好的湿热老化性能,即前端聚合法制备的复合材料在力学性能、固化程度、热氧稳定性方面均优于传统热聚合法。湿热处理前,前端聚合制备的复合材料拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度与表面硬度分别为392 MPa、546 Mpa、50 Mpa与81 HD,均高于热聚合制备复合材料的375 Mpa、515 Mpa、48 Mpa与77 HD。湿热处理后,前端聚合制备的复合材料力学性能保持率更高,两相比较说明前端聚合制备的复合材料耐湿热老化性能更好。对复合材料的热稳定性研究表明,湿热处理前,前端聚合和热聚合制备复合材料的最大热失重分解速率温度(Tp)分别为425℃和422℃,湿热处理后,两者的Tp分别为422℃和417℃,显示出前端聚合制备的复合材料在湿热处理前后均具有较好的热稳定性;动态热机械分析表明,湿热处理前,前端聚合与热聚合制备复合材料的玻璃化转变温度(Tg)分别为114℃和112℃,湿热处理后,Tg分别为80℃与75℃,且热聚合制备的复合材料储能模量下降更快;对两种聚合方法制备的复合材料进行热氧分解动力学测试,热氧分解过程均表现为两个阶段,结合Kissinger方程,计算出前端聚合制备的复合材料热氧分解活化能分别为E1=221.07 k J/mol、E2=117.40 k J/mol,传统热聚合制备的复合材料分解活化能分别为E1=192.88 k J/mol、E2=163.45 k J/mol,说明前端聚合制备的复合材料有良好的热氧稳定性。研究石英粉的改性及其用量对前端聚合制备复合材料性能的影响。结果表明,未经改性的石英粉易引起应力集中,加入使得复合材料力学性能下降,且下降程度随着石英粉用量的增加而增加;改性石英粉的加入,其拉伸强度、弯曲强度与层间剪切强度呈先增大后减小的趋势,石英粉加入量达到6 wt%时性能最佳,随着加入量增加,粉体易团聚而导致力学性能下降。制备6 wt%含量的改性与未改性石英粉填充的复合材料,结果显示,改性石英粉添加的复合材料具有较高的表面硬度,改性与未改性石英粉添加的复合材料硬度值分别为80 HD和77 HD。改性石英粉填充的复合材料具有较高的热稳定性,其Tp为423℃,比未改性石英粉填充复合材料的Tp高4℃。对加入不同石英粉的复合材料进行热氧分解动力学测试,结合Kissinger方程,计算出改性石英粉填充的复合材料两个阶段热氧分解活化能分别为E1=188.19 k J/mol、E2=133.98 k J/mol,未改性石英粉填充的复合材料分解活化能分别为E1=178.73 k J/mol、E2=127.31 k J/mol,表明加入改性石英粉的热氧稳定性更好。
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