短切碳纤维增强乙烯基酯树脂片状模塑料的制备与表征

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片状模塑料模压成型作为一种先进的树脂基复合材料成型方法一经问世便广泛应用于汽车行业。近年来,汽车工业的快速发展对片状模塑料的性能提出了更高的要求,特别是汽车的轻量化要求片状模塑料向着轻质高强的方向继续发展。基于此传统的玻璃纤维增强片状模塑料已经不能满足汽车的需求,而碳纤维增强片状模塑料逐渐成为了研究的热点。一直以来碳纤维片状模塑料没有得到广泛开发和利用的主要原因在于碳纤维昂贵的价格。碳纤维价格的逐年下降使得碳纤维增强片状模塑料大范围地应用于普通汽车成为了可能。本文即对碳纤维片状模塑料的配方以及制备和成型工艺进行了系统的前瞻性的研究。  通过对材料体系的设计,确定片状模塑料的主要组分为T700碳纤维和Atlac XP810X型乙烯基酯树脂。采用旋转流变仪的方法研究了影响乙烯基酯树脂增稠性能的主要因素,并通过红外光谱法分析了两种增稠剂的增稠机理。根据研究结果提出了复合增稠的方法,并优化了复合增稠体系的配方,确定氧化镁和甲苯二异氰酸酯的比例为1.2:3.0。接下来利用等温差示扫描量热仪(DSC)对体系的固化性能进行了研究,根据测试结果建立了单引发和复合引发等温动力学模型,并通过复合引发动力学模型优化了复合引发体系的配方为1.2%的TBPB加0.3%的BPO。体系的升温固化过程由升温DSC和升温流变进行研究,根据研究结果制定了复合引发的固化工艺为模具预热至100℃,加料加压,在115℃下固化,固化完成后在125℃下完成后固化。此外,本文还通过旋转流变仪研究了不同体系的贮存稳定性,结果表明复合增稠和复合引发体系的贮存时间达到了60天以上。在以上研究结果的基础上,本文制备了碳纤维增强乙烯基酯树脂片状模塑料板材,并对其力学性能和界面性能进行了表征,得到了令人满意的结果。  本文对碳纤维片状模塑料配方和成型工艺的研发能够为其工业化生产提供强有力的理论基础。等温动力学模型的完善不仅能更加精确地控制固化反应的程度,还能通过计算更准确地优化复合引发体系的配方。另外,复合增稠体系和复合引发体系的成功使用缩短了生产周期,降低了生产成本,提高了制品的性能。
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