改性片层氮化硼增强玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的制备与性能研究

来源 :西南科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lfwvb
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随着人们环保意识的增强,以价格低廉、性能优异、环保无污染著称的纤维增强环氧树脂基复合材料被广泛应用到航天航空、建筑、军工、交通和汽车等领域。但是因为环氧树脂固化后质脆、抗裂纹扩展性差,在低温环境下使用时易开裂,且树脂基复合材料层合板在受到外力冲击时容易产生分层破坏,限制了复合材料的应用范围。所以本研究选取了可耐低温的玄武岩纤维(BF)作为环氧树脂的增强体,并且采用多巴胺(PDA)和聚乙烯亚胺(PEI)改性氮化硼纳米片来增韧环氧树脂基体。研究中通过机械共混法制备了改性氮化硼/环氧树脂复合材料(EP/BN-PDA-PEI),探讨了不同分子量的聚乙烯亚胺改性氮化硼对环氧树脂基体增强增韧效果的影响。结果表明当PEI分子量为10000时,改性环氧树脂的综合性能达到最优。EP/BN-PDA-PEI-10000的拉伸强度、断裂韧性和断裂伸长率分别比纯EP提高51%、132%和170%。复合材料的初始储能模量比纯EP提高了1070 MPa,玻璃化转变温度(Tg)没有明显变化,质量损失5%时的热分解温度(T-5%)提高了51℃。研究中利用喷涂法将不同浓度的改性氮化硼溶液喷涂到玄武岩纤维表面,然后通过热压成型法制备改性氮化硼-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料层合板(EP-BF/mBN),并研究了其在常温和低温下(-60℃)的力学性能。实验结果表明,当改性氮化硼溶液浓度为6 g/L时,纤维增强复合材料的性能最优。常温下,EP-BF/mBN-6的弯曲强度和弯曲模量由EP-BF的745.4 Mpa、32.3 GPa提高到850.4 Mpa和33.9 GPa,分别提高了14.9%和5.0%;层间剪切强度(ILSS)由42.7 MPa增加到58.5 MPa,提高了37.0%;层间断裂韧性(GIIC)值从286.4 J·m-2提高到464.8 J·m-2,提高了62.3%。在-60℃时,EP-BF/mBN-6的弯曲强度和弯曲模量分别为894.6 MPa、34.6 GPa,比EP-BF的分别提高了19.2%和4.5%;ILSS由43.5 MPa增加到60.4 MPa,提高了38.9%;GIIC值从301.4 J·m-2提高到483.9 J·m-2,提高了60.6%。
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