核壳橡胶粒子增韧多官能环氧树脂及其在碳纤维复合材料中的应用研究
复合材料可维修性是影响整个材料生命周期成本的重要因素。目前航空航天领域轻量化需求日益迫切，环氧-碳纤维复合材料使用量也超来越大。因此复合材料修补方法和材料的研究非常紧迫和重要。修补树脂要求环氧体系粘度低、稳定性好。核壳橡胶粒子同传统的液体橡胶相比具有增韧效果好、不受固化工艺影响的特点，可用于修补树脂制备。
核壳橡胶已经应用于双酚A环氧树脂胶粘剂。由于橡胶粒子与环氧树脂的相互作用比较复杂，橡胶粒子增韧环氧树脂领域还存在许多问题。直接影响其在纤维增强的高强度多官能环氧树脂的增韧体系。
本文首先研究了核壳橡胶增韧多官能环氧树脂(AFG90)体系制备工艺、结构与性能关系，同时研究了核壳橡胶/多官能环氧树脂体系对碳纤维复合材料性能的影响。通过研究分散工艺、流变学特征、固化行为，分别得到了CSR/AFG90/DC体系树脂基体的性能（力学、韧性、热）和复合材料的力学性能与CSR用量、形态结构之间的关系。通过与液体橡胶增韧体系进行对照，发现了CSR增韧多官能环氧树脂的规律特点。这些结果对复合材料低压液态成型和高性能修补树脂的应用开发具有指导意义。结论如下:
1.AFG90分子量小、极性大，升高温度后与核壳表面相互作用强，引起壳层溶胀，溶胀后壳层Tg下降，进一步加速溶胀过程，引起粘度增加。当外界温度作用接近Tg时，壳层分子链运动剧烈，溶胀大大加快。一旦突破壳层后，较低温度下也能发生溶胀，使核壳粒子发生聚并，甚至成凝胶状。
2.不同核壳橡胶由于壳层阻碍AFG90溶胀的能力不同，体系粘度差异极大。体系粘度越大对热传递阻碍越大，从而影响固化行为。
3.CSR-多官能环氧体系的基体性能好于液体橡胶体，在橡胶添加较小时更明显。相比ATBN体系，CSR体系的模量、强度等性能下降较慢，同时Tg升高。体系中部分ATBN未分相析出，而成为增塑剂，降低模量，CSR则不存在此问题。
4.CSR改性体系的复合材料±45°拉伸、压缩剪切、开孔压缩强度好于ATBN。原因是以上述复合材料性能与基体树脂模量密切相关。而相同用量下CSR体系模量更高。5phrCSR/AFG90/DC性能优异，可用于无溶剂中温低压成型工艺。
核壳橡胶;多官能环氧;碳纤维;复合材料;增韧效果
北京化工大学
硕士
化学
张军营
2012
中文
TQ323.5;TQ327.3
89
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）