腰果酚碳纤维环氧复合材料

1、腰果酚碳纤维环氧复合材料摘要碳纤维对四官能环氧树脂2,2'-双4-(4-氨基苯氧基苯基)丙烷的腰果酚改性丙烷基复合材料都被调查了。差示扫描量热技术被用来研究纯的树脂的固化反应。对复合材料的介电性能进行了比较。使用的腰果环氧树脂在腰果/环氧树脂摩尔比小于0.3/1减环氧树脂提高了耐化学性以及复合材料的机械性能，如弯曲强度和弹性模量，拉伸强度和模量，层间剪切强度。腰果酚含量下降等高级特性。对复合材料的性能进行了观察最高与环氧树脂有腰果腰果树脂/环氧树脂为0.3/ 1的摩尔比。 1996年约翰威利父子公司。简介树脂的性质对单向碳纤维复合材料的性能有很大影响。复合材料力学性能基于增加环氧功能可

2、提高环氧树脂，因为该树脂可在交联更好的参与。因此，许多四官能环氧树脂已为高性能复合材料被开发，比如TGMDA,TGADB和最近的TGBAPC以及TGBAPP。此外，环氧树脂里的添加剂基团可被用于实现部分特定的属性。近年来，腰果酚的添加剂被赋予了很多关注。腰果酚提取于腰果果壳提取液（CSNL）是一种天然的不饱和一C15烷基苯酚侧链的位置。腰果可以参加，无论是在苯酚反应小组或双键的反应。环氧腰果已被用来作为环氧树脂活性稀释剂，从而提高了抗弯强度和抗张强度，但降低了固化率。腰果酚的增塑剂和柔韧剂可和环氧树脂复合材料一起用于抑制火箭推进剂，要求伸长率大和温和的拉伸强度。另一方面，腰果酚能与环氧树脂树脂

3、之间通过腰果酚的-OH基团和环氧树脂的环氧基在适当的温度带或不带催化剂反应。与长链存在的腰果在腰果酚环氧产品链可以给脆性基体的一些具体特征，如更多的弹性，柔韧性，疏水性等，从而改善材料的一些性质。然而,这些效果至今还没有完全被研究好。本文通过测量DSC和一些性质其碳纤维复合材料，如介电性能，力学性能，耐化学性。研究了基于TGBAPP的腰果酚环氧树脂的固化行为。实验材料这个根据其它的报告的程序所准备的环氧树脂TGBAPP，拥有188克/当量环氧当量（确定由盐酸法）。所用的化学品实验室级试剂。由操作台24mm汞柱的真空蒸馏得到的腰果酚有1.5094的折射率和在20下485cps的布氏粘度。在150

4、±5° C，腰果酚环氧制备了腰果树脂/环氧摩尔比0.1，0.2，0.3，0.4，0.5和0.6（分别对应CE1，CE2，CE3，CE4，CE5，和CE6）以2-甲基咪唑为催化剂。反应直达环氧当量停止改变才结束。二（P-氨基环氧基）甲烷（PACM-20）作为固化剂。碳纤维在本研究用的是TenaxHTA 200 tex f3000 (Tenax Fibers GmbH & Co. KG,Germany)。根据制造商的数据，该纤维的性能是捻0/Z15吨/米，单丝直径7pm，密度1.77公克立方公分，拉伸强度3950兆帕，拉伸模量238 GPa和断裂伸长率1.55。DSC纯

5、的树脂在在Perkin- Elmer公司的差示扫描量热(Norwalk, CT)进行了DSC分析。该系统用一个热功能已知的样本校准过。混合的树脂与固化剂在环氧/胺1 / 1量比5分钟然后进行测量。样本（-10毫克）以10/分钟的速率在20-240° C的温度范围下在干燥氮气中进行扫描。图1：DSC曲线纯的环氧树脂和腰果，环氧树脂：（1）环氧树脂（2）CE2（3）CE4（4）CE6。从DSC扫描得到的放热峰分析得到的热流曲线是时间和温度的函数。从热流量，根据弗里曼，卡罗尔方法计算活化能量（E）和固化反应（n）。复合材料的制备单向碳纤维环氧复合腰果被用于这项研究。复合板是用预浸按体积的6

6、0纤维含量组成。这个切成薄片的没有方向性的预浸料在160下固化1小时。把这个化合物再次在180下固化2小时。测量所有评估层压板的测量在室温（20）下进行的。节电性能的测量使用文献中描述的电桥。阻抗，介电常数，和介质损耗因子(tan)是在1KHZ频率下测定的。垂直单向碳纤维层被应用于电气领域。如拉伸，弯曲，和层间剪切强度等机械性能，分别采用了ASTM D3039- 76，D790-71，D2344-84测定。耐化学性的评估是依据美国ASTM D543- 87。这个样品用不同的方案浸在水中30天，如20氢氧化钠，20盐酸，10HN03，丙酮。表II 复合材料的介电性能结论与讨论DSC一些选定的扫描

7、图所示，固化的特征可以直接从DSC扫描得到，如固化初始温度（Ti）,放热峰（Tp）,及固化完成温度（Tf）,活化能（Ea）和固化反应级数根据弗里曼卡罗尔方法计算载于表一。可以看出，环氧树脂在78时开始交联，在136时形成一个峰，说明是一个明显的反应，而CE系统需要更高的温度。腰果酚的作用在CE系统中是显而易见的，因为他们的Ti,Tp和Tf随着腰果酚量的增加而增加。这就意味着腰果酚的增加提高了活化能（就如在表I所示的，从86.0到109.7kJ/mol）并且降低了固化速率和反应最终得到环氧基团程度。这可能是由于分子量的增加和腰果酚长烃的空间效应和随腰果酚含量的增加而降低的环氧功能。介电性能介电性

8、能的测量如复合材料（表II）的阻抗（Z），表介电常数（E）和介质损耗因子(tan)表明了腰果酚链长降低了复合材料的介电性能。由于在腰果酚中弱的和非极性的长链导致了腰果随着酚含量的增加膜极性的降低。在另一方面，腰果酚含量的增加降低了环氧功能从而降低了对热固性树脂有着很大影响的交联密度。但是，第二个作用比第一个作用对的介电性有更大的影响力，因此，介电性能随腰果酚量的增加而增加。很明显，低含量的腰果酚（从CE1到CE3）阻抗（Z），表介电常数（E）和介质损耗因子(tan)的值变化缓慢，而高含量（CE4至CE6），他们以更快的速度变化。机械性能所有评估层压板的测量在室温（20）下进行的。节电性能的测量

9、使用文献中描述的电桥。阻抗，介电常数，和介质损耗因子(tan)是在1KHZ频率下测定的。如拉伸强度，和模量，弯曲强度和模量，层压复合材料的层间剪切强度等一些机械性质在表III中已给出。树脂的性质对复合材料的力学性能影响较大。其机械性能随腰果酚从CE1的到CE3的增加而增加。这可能是由于一个事实，即长链烷基的腰果的存在提高了灵活性以及伸长率和刚性环氧树脂基体的断裂韧性，因此，拉伸强度，弯曲强度，模量和层间剪切强度增加。此外，环氧和CE3复合材料断口形貌，还审议通过扫描电子显微镜（SEM），如图2所示。对于这两种情况，有失败的界面与基体，纤维断裂和纤维证据拉出来;然而，在CE3中的基体变形比在环氧

10、树脂式样中的更占主导地位，显示出纤维基体界面粘附是由基质中腰果存在改善。这导致的拉伸模以及层间剪切强度和其他力学性能增加。图2：该复合材料的断口扫描电镜显微照片的基础上（a）环氧树脂和（b）CE3基体。在日本JEOL的JSM - 5200，加速电压为20千伏下操作。相反，腰果酚的增加降低了环氧功能并因此降低了基体交联（正如在介电性能里面讨论的），这样极大地影响了机械性能。因此，在较高的腰果数量（>0.4）在CE表中，机械性能随着腰果酚的增加而下降。耐化学性在水中浸泡后30天标本和化学品，既没有在维也没有颜色的变化，但质量的变化进行了测定，结果列于表4。很明显，大多数CE复合材料的质量比环

11、氧复合材料增加的低，降低试剂吸收与腰果酚含量从CE1的大大增加，而到CE3它从铈提高到CE6。而且，吸收剂随着腰果酚含量从CE1到CE3的增加而大大降低，然而在CE4到CE6却是增加的。该试剂吸收改良可以解释了长期腰果烷基链疏水性。基体交联密度的下降可能主要是因为样本具有高腰果酚含量获得了质量的增加。在硝酸和丙酮额溶液中获得的质量比在水和其他溶液中的要高，因为硝酸是一种氧化反应试剂，不仅可以与基体而且与碳纤维反应，丙酮是一种很好的溶剂的树脂在固化前。在硝酸和丙酮溶液中的质量损失也被关注，但并没有观察到质量损失。结论环氧树脂及环氧树脂固化腰果反应的活化能，发现在范围84.2-109.7千焦耳/摩

12、尔。腰果酚改性环氧树脂在腰果/环氧树脂摩尔比小于0.3提高了耐化学性以及力学性能如弯曲强度和模量，拉伸强度和模量，以及层间剪切强度；然而，它降低他们的碳纤维复合材料的介电性能。另一方面，高含量的腰果酚降低了基体交联，这对许多复合材料的性能有负面影响。这项工作得到了越南科学与技术国家委员会根据材料科技项目的支持。我们要感谢教授B. M. Rode,Professor K. Moser和 Dipl-.Eng. N. Strolz为他们的实验室在中国科学院化学研究所和系结构分析和增强塑料在因斯布鲁克，奥地利的大学使用。参考文献1. J. R. Theodore, Tech. Chair., Engi

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