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纤维增强PDCPD复合材料的制备及性能研究

2020-12-27阅读(676)

纤维增强PDCPD复合材料的制备及性能研究

论文摘要

本文采用开环移位聚合的方法,分别用碳纤维和芳纶浆粕增强制备聚双环戊二烯纤维（PDCPD）复合材料。采用刻蚀、偶联剂和刻蚀-偶联剂三种不同的方法对碳纤维和芳纶浆粕进行了表面的处理,用扫描电镜（SEM）和红外（IR）对处理前后的纤维进行了表征。制备出了不同纤维含量的碳纤维/PDCPD、芳纶浆粕/PDCPD二元复合材料和碳纤维/乙烯-丙烯（PEP）/PDCPD、碳纤维/乙烯-辛烯（PEO）/PDCPD、碳纤维/丁苯橡胶（SBR）/PDCPD三元复合材料,并用SEM、TG、拉伸实验机、冲击试验机和邵氏硬度计,对材料的结构和力学性能进行了表征测试。并通过不断的工艺改进,成功的得出了适用于工业化生产RIM-PDCPD制品的条件。红外结果显示,经过改性的纤维比未处理的纤维表面的活性基团有所增加,有利于纤维与基体材料之间的界面粘合。SEM结果表明,经过处理的碳纤维的表面变的粗糙,沟壑加深,比表面积增大,使纤维在DCPD的分散效果得到改善。TG结果表明,纤维的加入有利于PDCPD热稳定性的提高。纤维经过处理后,所制备的复合材料,在受到外力的作用下,纤维被拔断,极大的提高了材料的力学性能。力学性能测试结果显示,在测试范围内,复合材料的力学性能随着纤维含量的增加而呈递增趋势。碳纤维经过硝酸-偶联剂处理后制备的复合材料力学性能最好,在碳纤维含量0.25%时,各种力学性能表现最好;芳纶浆粕经过刻蚀-偶联剂处理后所制备的复合材料的力学性能最好,含量在0.4%时,力学性能最好。三元复合材料的力学性能比二元复合材料的力学性能有所提高,尤其是冲击强度,碳纤维/PEO/PDCPD的冲击强度达到了110J/m。复合材料的硬度与纯的PDCPD材料的硬度相比,没有多大的提高。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 DCPD 的来源及应用
  • 1.2 DCPD 的聚合机理和催化体系
  • 1.2.1 双环戊二烯的聚合机理
  • 1.2.2 催化体系
  • 1.2.3 PDCPD 的聚合工艺
  • 1.3 碳纤维增强聚合物研究进展
  • 1.3.1 碳纤增强复合材料
  • 1.3.2 碳纤维的表面改性技术
  • 1.4 芳纶浆粕复合材料研究进展
  • 1.4.1 芳纶浆粕概述
  • 1.4.2 芳纶浆粕的改性
  • 1.4.3 芳纶浆粕增强复合材料的研究
  • 1.5 纤维增强PDCPD 复合材料的研究进展
  • 1.5.1 聚乙烯纤维增强PDCPD
  • 1.5.2 碳纳米管增强PDCPD
  • 1.5.3 玻璃纤维增强PDCPD
  • 1.6 本课题的主要研究内容与选题意义
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 主要溶剂和实验设备
  • 2.2 溶剂的预处理及催化剂的制备
  • 2.2.1 甲苯纯化
  • 2.2.2 催化剂的制备
  • 2.2.3 催化剂的活性测试
  • 2.3 碳纤维的表面处理
  • 2.3.1 硝酸处理
  • 2.3.2 硅烷偶联剂处理
  • 2.3.3 硝酸-硅烷处理
  • 2.4 芳纶浆粕的表面处理
  • 2.4.1 偶联剂改性
  • 2.4.2 表面刻蚀改性
  • 2.4.3 表面刻蚀-偶联剂处理
  • 2.5 复合材料的制备
  • 2.5.1 拟RIM 技术的设备工艺
  • 2.5.2 碳纤维/PDCPD 复合材料的制备
  • 2.5.3 芳纶浆粕/PDCPD 复合材料的制备
  • 2.5.4 碳纤维/非极性弹性体/PDCPD 的制备
  • 2.6 表征与测试
  • 2.6.1 红外光谱的表征
  • 2.6.2 扫描电子显微镜观察
  • 2.6.3 热重分析
  • 2.6.4 拉伸性能
  • 2.6.5 冲击性能
  • 2.6.6 弯曲性能
  • 2.6.7 邵氏硬度
  • 第3章 结果与讨论
  • 3.1 催化剂活性的测试
  • 3.1.1 主催化剂用量与凝胶和发烟时间
  • 3.1.2 助催化剂用量对凝胶和发烟时间的影响
  • 3.2 碳纤维表面改性及其与PDCPD 复合
  • 3.2.1 碳纤维的红外光谱图
  • 3.2.2 碳纤维的沉降
  • 3.2.3 碳纤维的表面和界面形貌
  • 3.2.4 碳纤维在复合材料中的分布
  • 3.2.5 碳纤维/PDCPD 复合材料的热重分析
  • 3.3 芳纶浆粕的表面改性及其与PDCPD 复合
  • 3.3.1 芳纶浆粕红外图谱分析
  • 3.3.2 芳纶浆粕的表面与界面
  • 3.3.3 芳纶浆粕/PDCPD 复合材料的热重分析
  • 3.4 复合材料的力学性能
  • 3.4.1 改性碳纤维及其含量对复合材料拉伸性能的影响
  • 3.4.2 改性碳纤维及其含量对复合材料冲击性能的影响
  • 3.4.3 改性碳纤维及其含量对复合材料弯曲性能的影响
  • 3.4.4 碳纤维含量对复合材料硬度的影响
  • 3.4.5 改性芳纶浆粕及其含量对复合材料拉伸性能的影响
  • 3.4.6 改性芳纶浆粕及其含量对复合材料冲击性能的影响
  • 3.4.7 改性芳纶浆粕及其含量对复合材料弯曲性能的影响
  • 3.4.8 芳纶浆粕含量对复合材料硬度的影响
  • 3.4.9 小结
  • 3.5 碳纤维/非极性弹性体/PDCPD 三元复合材料
  • 3.5.1 三元复合材料中纤维的界面分析
  • 3.5.2 非极性弹性体与碳纤维含量对材料力学性能的影响
  • 3.5.3 小结
  • 3.6 放大实验
  • 第4章 结论与创新
  • 4.1 结论
  • 4.2 创新
  • 4.3 研究展望
  • 参考文献
  • 缩略语词汇表
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间的研究成果

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