熱致性液晶聚合物-不飽和聚酯-玻璃纖維原位混雜復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、不飽和聚酯(uP)樹脂作為一種熱固性材料，有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。隨著新型電器不斷朝著小型化、大容量、高可靠性和安全性方向發(fā)展，對材料的綜合性能要求越來越高，只能尋求新的改性途徑制造高性能的新型不飽和聚酯樹脂基復(fù)合材料，才能適應(yīng)高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用要求。因此，大量的學(xué)者開始研究用各種方法對其進(jìn)行增韌增強(qiáng)改性，取得了較好的成績的同時(shí)也存有一些不足之處。隨著“原位(in-situ)復(fù)合材料”及“原位混雜(in-sttu hybrid)復(fù)合材料”概念

2、的提出，熱致性液晶聚合物被認(rèn)為是改性基體材料最有希望的方法之一。本文利用自行合成的端基具有雙鍵及-NCO基團(tuán)的反應(yīng)型熱致性液晶聚合物對不飽和聚酯/玻璃纖維混雜體系進(jìn)行了改性研究，通過實(shí)驗(yàn)及結(jié)果表征得到以下結(jié)論： 1、采用溶液聚合方法合成了端基具有雙鍵的熱致性液晶聚合物(LCMC)，端基具有-NCO基團(tuán)的熱致性液晶聚合物(LCPU)，和無反應(yīng)性基團(tuán)的熱致性液晶聚合物(PHBT)。產(chǎn)物分別用特性粘度測定、 FTIR、DSC、TG、W

3、AXD和POM進(jìn)行了表征，結(jié)論為三者均為向列型熱致性液晶聚合物。LCMC，LCPU和PHBT顯示液晶性的溫度區(qū)間分別為：228-290℃，210-255℃和210-255℃。 2、通過DSC測試方法，采用Kissinger和Crane二種動(dòng)力學(xué)模型，對不同含量LCMC，10％LCPU和10％PHBT/UP固化體系進(jìn)行了非等溫(non-isothermal)固化動(dòng)力學(xué)研究。結(jié)果表明：液晶聚合物的加入可以使固化反應(yīng)活化能降低，降低值

4、達(dá)47.2kJ/mol。固化反應(yīng)級(jí)數(shù)為1±0.2，表明固化反應(yīng)過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。 3、通過對改性材料的宏觀力學(xué)性能測試表明：液晶聚合物的加入可以明顯提高材料的韌性。當(dāng)LCMC含量為5％時(shí)，沖擊強(qiáng)度提高了3.04kJ/m<'2>，提高幅度達(dá)120％。這是由于LCMC端基上的活性基團(tuán)雙鍵已經(jīng)鍵入U(xiǎn)P的固化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，在一定程度上起到了網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的作用，在材料受到?jīng)_擊能量的時(shí)候，可以起到應(yīng)力分散和承受應(yīng)力的作用，增加了材料的斷裂

5、能，從而使材料的韌性提高，沖擊強(qiáng)度提高。復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和模量也有不同程度的提高，特別是高溫下的彎曲強(qiáng)度和模量，提高幅度較大，LCMC含量為5％時(shí)復(fù)合材料在150℃下的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別提高了55.3％和47.9％。掃描電鏡(SEM)分析沖擊斷面表明液晶聚合物的加入可以提高材料的斷裂能。材料的蠕變和應(yīng)力松弛結(jié)果表明反應(yīng)型熱致性液晶聚合物的引入，增加了體系的交聯(lián)點(diǎn)密度，導(dǎo)致交聯(lián)點(diǎn)間蜷曲鏈段變形困難從而提高了復(fù)合材料的抗形變能力。材料

6、的耐磨性能及磨損面的SEM分析表明，LCMC含量在5-7-5％范圍內(nèi)可以顯著降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損量。LCMC含量為7.5％時(shí)，復(fù)合材料的磨損量下降了50.9％，摩擦系數(shù)下降了11.8％。其磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為粘著磨損和疲勞磨損。這主要是因?yàn)長CMC液晶聚合物的加入，增加了不飽和聚酯的交聯(lián)密度，使玻纖與基體間的界面強(qiáng)度得到提高，可以降低復(fù)合材料的粘著磨損。TLCP的加入使復(fù)合材料的洛氏硬度也有所提高。 4、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析表明：

7、 LCMC的加入可以使復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量有明顯地提高，也能有效地降低復(fù)合材料的內(nèi)耗，提高復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T<,g>)，與未加LCMC的復(fù)合材料相比，加LCMC復(fù)合材料的T<,g>提高了40～50℃，次級(jí)轉(zhuǎn)變溫度T<,β>降低了5℃左右。 5、復(fù)合材料的DSC、TG、熱膨脹性能分析結(jié)果表明：復(fù)合材料的玻璃化溫度隨LCMC含量的增加而增加，復(fù)合材料的表觀分解溫度沒有明顯變化，復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)(α)明顯降低，降低幅度達(dá)到

8、1.9％。表明液晶聚合物的加入不僅提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能也提高了材料的熱性能。 6、通過對混雜復(fù)合材料的流變性能分析表明，液晶聚合物的加入，特別是無反應(yīng)性液晶聚合物的加入量為5％左右時(shí)可以顯著提高材料的流動(dòng)性，從而提高了材料的可加工性。其中復(fù)合材料的粘度降低了33.2％，復(fù)合材料的熔融指數(shù)提高了49.7％。這是因?yàn)橐壕Ь酆衔锏牧鲃?dòng)性較好的特性改善了復(fù)合材料的流動(dòng)性，使得材料的流動(dòng)性變好；同時(shí)交聯(lián)固化反應(yīng)也影響著復(fù)合材料的流動(dòng)性