M40J/改性氰酸酯復(fù)合材料耐水性能研究

王曉潔,惠雪梅,尤麗虹

(西安航天復(fù)合材料研究所,西安710025)

摘　要:討論了氰酸酯樹脂、環(huán)氧改性氰酸酯樹脂、環(huán)氧樹脂及其M40J碳纖維復(fù)合材料耐水性能。考察了幾種體系的吸水率、吸水前后力學性能變化,并通過SEM分析其微觀狀態(tài)變化。結(jié)果表明,氰酸酯及其改性體系具有低的吸水率,力學性能無明顯變化,復(fù)合材料吸水率低于澆鑄體,拉伸模量、剪切強度有一定程度下降,分析認為主要是由復(fù)合材料界面破壞引起的。

關(guān)鍵詞:吸水;氰酸酯樹脂;復(fù)合材料

0　引言

氰酸酯樹脂(Cyanateester-CE)具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,優(yōu)良的電絕緣性能、尺寸穩(wěn)定性、力學性能以及與環(huán)氧樹脂(EP)相近的成型工藝性等,適用于模壓、樹脂傳遞模塑、熱壓罐、纏繞和擠拉等各種成型工藝[1-2],既可作為功能材料,又可作為結(jié)構(gòu)材料,在電子、航空航天、電器絕緣,涂料、膠粘劑、光學儀器、醫(yī)療器材等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。盡管如此,氰酸酯樹脂仍有諸如韌性差、固化溫度高等不足之處,近年來,采用環(huán)氧樹脂改性CE提高樹脂基體韌性是氰酸酯復(fù)合材料研究的重點和熱點。絕大多數(shù)熱固性樹脂具有較高的極性,因此最大弊病之一是當其暴露于濕度較大的環(huán)境時有吸水的傾向[3-5]。而吸濕使聚合物塑化,引起斷裂鍵的重排,聚合物的膨脹。當網(wǎng)絡(luò)緩慢松馳后,吸水率將進一步提高,對材料性能有不利的影響,特別是當環(huán)境溫度較高的情況下,復(fù)合材料性能如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、模量和強度有一定程度的降低,而體積膨脹、化學降解等將有所提高[6-9]。

本文對氰酸酯樹脂、環(huán)氧-氰酸酯改性體系及其復(fù)合材料耐水性能進行了研究。

1　實驗

1.1　原材料

雙酚A型氰酸酯樹脂(BADCy):上海仰天生物科技有限公司,純度≥99%,白色粉末狀固體。改性氰酸酯基體(CEEP):環(huán)氧改性氰酸酯基體,自制。將BADCy與E-51環(huán)氧以質(zhì)量比為70:30稱量,在120℃~130℃加熱30min。環(huán)氧-芳香胺體系(EP):自制。以E-51為主體樹脂,以混合芳香胺為固化劑。增強纖維:性能見表1。

1.2　試樣制備

將BADCy、CEEP加熱至均勻透明,倒入100℃下預(yù)熱的模具中,在烘箱中按照不同工藝固化,BADCy固化制度為150℃/2h+180℃/3h+200℃/3h+240℃/4h,CEEP固化制度為150℃/2h+180℃/3h+200℃/4h,環(huán)氧體系(EP)固化制度為90℃/2h+110℃/3h+150℃/5h,自然冷卻到室溫,脫模后打磨表面。

以M40J、T700碳纖維為增強材料,以CEEP、EP為基體,將預(yù)浸料以纏繞方式制成NOL環(huán),烘箱內(nèi)固化,纖維體積含量為60%。

1.3　性能測試

澆鑄體拉伸性能、彎曲性能、壓縮性能按GB2568、GB2570、GB2569測試,復(fù)合材料NOL環(huán)拉伸性能、剪切強度按GB1458、GB1461測試,在日本島津DDS-10萬能材料試驗機上進行。

掃描電鏡(SEM)分析:復(fù)合材料剪切斷面經(jīng)過噴金處理后,用日本S-2700型掃描電子顯微鏡對材料的微觀形貌進行表征。

吸水率:試樣尺寸為150mm×10mm×10mm,每組3個樣,在分析天平上稱取原重W0,然后浸泡在100℃蒸餾水中,每隔24h后將試樣取出,用濾紙擦拭干凈,稱重W,按下式計算吸水率。