改性碳纤维对PI/CF复合材料性能的影响

作者: 东莞市美鑫绝缘材料有限公司 日期: 2020-04-22 人气: - 评论: 0

  以均苯四甲酸酐(PMDA)、间苯二胺(m-PDA)为单体制备出高黏度的聚酰胺酸(PAA),然后采用环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)并辅以2-乙基-4-甲基咪唑固化剂对碳纤维(CF)进行表面处理,再将其与已制备的PAA经载玻片涂膜高温固化制得聚酰亚胺/碳纤维(PI/CF)复合材料,通过FIIR、拉曼光谱、XRDSEM研究了改性碳纤维对PI/CF复合材料性能的影响。研究表明:POSS的接枝改性增加了CF表面的粗糙度和无序程度,固化剂2-乙基-4-甲基咪唑的加入进一步促进了接枝过程,大量POSS接枝并固化于CF表层,使CF表层粗糙度进一步增加,进而改善了CFPI基体的界面黏合力和相容性。

  拉曼光谱研究表明,改性前后CF拉曼光谱经分峰拟合得到的具体参数,涂覆改性后CFR 值有所提升,从2.57提升到2.91,以咪唑作为促进剂处理后R 值提升至3.18,提升了23.7%La值从1.71 nm降至1.38 nm。力学性能分析表明,相比接枝前的CF,接枝处理可明显提高PI/CF复合材料的力学性能,添加3%CF并以POSS涂覆处理,拉伸强度和弹性模量分别较改性前提升了11.1%6.1%,而涂覆POSS并辅以咪唑固化促进剂改性后拉伸强度和弹性模量分别较改性前提升了24.3%12%,但是断裂伸长率却有所下降。

  聚酰亚胺(PI)是分子链中含有酰亚胺环(CONHCO )的一类聚合物的统称,因为其分子主链结构上存在芳环和杂环而具有优异的耐高温性能和化学稳定性,热性能优异,同时PI薄膜具有优异的力学性能和耐辐射、耐溶剂性,因而得到广泛应用。但是分子链中含有大量的苯环结构也使其较难结晶,同时也严重影响了PI薄膜PI复合材料聚集态有序结构的形成和控制,进而会影响制品的性能。

  目前,通常采用有机或者无机粉体杂化来改善PI的聚集态结构,常用的无机材料包括二氧化硅、蒙脱土、滑石粉等,而碳纤维(CF)以其高比强度、耐磨损、耐疲劳、热膨胀系数小以及自润滑等优异性能成为重要的增强材料之一。然而由于 CF表面较为光滑并呈化学惰性,因此与基体之间的黏结性较差,故而有必要对其进行表面处理。目前对CF的表面改性多使用氧化刻蚀法,同时还有偶联剂涂层、表面沉积以及等离子体处理和稀土处理等技术,常规CF改性尽管效果明显,但是改性过程相对难以控制,同时也会在一定程度上降低纤维的强度。多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)具有以SiOSi键为无机骨架的中空笼形结构,环氧基POSS中的Si原子分别连接反应性的长链环氧基和惰性基团(笼状结构),其中的惰性基团可以改善POSS和基体之间的相容性,反应性基团则可实现其与填料之间的化学键合作用,从而起到化学接枝的作用。以表面涂覆的方法用POSS改性CF的研究已有报道,但是以咪唑固化促进剂协效POSS改性CF的研究较少。


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