預(yù)浸料是由樹脂浸潤連續(xù)纖維或織物得到的組合物，通常樹脂體系呈B階段，是復(fù)合材料的中間體。環(huán)氧樹脂作為最常用的中溫固化預(yù)浸料樹脂基體，必須具有良好的斷裂韌性從而使預(yù)浸料中的纖維能有效傳遞應(yīng)力，同時(shí)需要通過控制基體樹脂的粘度來調(diào)整預(yù)浸料的粘接性能，并降低預(yù)浸料的樹脂流動度以滿足復(fù)合材料成型工藝要求。本論文采用聚氨酯預(yù)聚體接枝改性制備本征柔性環(huán)氧樹脂(Intrinsic Flexible Epoxy Resin，簡稱IFEP)，應(yīng)用于預(yù)浸料樹脂體系和中溫固化碳纖維預(yù)浸料中，以實(shí)現(xiàn)增韌效果和復(fù)合材料成型工藝適應(yīng)性的統(tǒng)一。
1.以二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)與聚氧化丙烯二醇(PPG，Mn=1000，2000，3000)通過預(yù)聚反應(yīng)制備端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體(PPU1000，PPU2000，PPU3000)，進(jìn)而與雙酚A型環(huán)氧樹脂的羥基發(fā)生接枝反應(yīng)得到不同分子量的本征柔性環(huán)氧樹脂IFEP(IFEP1000，IFEP2000，IFEP3000)。異氰酸根基團(tuán)含量測試表明預(yù)聚反應(yīng)4h可達(dá)理論值，紅外光譜和核磁共振波譜可確認(rèn)PPU和IFEP的結(jié)構(gòu)，凝膠滲透色譜(GPC)測試表明PPU及IFEP分子量與理論值一致。
2.利用三種本征柔性環(huán)氧樹脂(IFEP1000， IFEP2000，IFEP3000)制備了三種增韌樹脂體系，考察了三種樹脂體系的粘彈性、固化動力學(xué)、沖擊韌性、熱性能和增韌機(jī)理。流變測試表明隨著PPG分子量的增加，IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系的特征松弛時(shí)間延長，凝膠時(shí)間縮短。相對于純環(huán)氧樹脂體系，IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系韌性大幅提升，其中，IFEP2000增韌環(huán)氧樹脂體系KIC和沖擊強(qiáng)度達(dá)到最佳。由于聚氨酯組分和環(huán)氧樹脂溶解度參數(shù)的不同導(dǎo)致聚氨酯在環(huán)氧樹脂基體中發(fā)生微相分離，IFEP2000增韌體系具有適中的相疇尺寸及分布，綜上，以IFEP2000增韌環(huán)氧樹脂體系綜合性能最佳。
3.應(yīng)用IFEP2000本征柔性環(huán)氧樹脂制備了不同IFEP含量的增韌樹脂體系，考察了不同樹脂體系的力學(xué)性能、固化特性、熱性能和微觀形貌等。力學(xué)測試表明隨著IFEP含量增加，IFEP增韌體系沖擊強(qiáng)度提高，60wt%IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系效果最佳。DSC測試表明IFEP增韌樹脂體系固化反應(yīng)放熱減少，DMA結(jié)果顯示隨著IFEP含量增加，IFEP增韌樹脂體系Tg先下降后上升，60 wt%IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系Tg可達(dá)166℃。SEM測試表明隨著IFEP含量增加，聚氨酯微相分離程度增大，60wt%IFEP增韌環(huán)氧樹脂體系微相分離相疇為0.148～0.497μ m。
4.應(yīng)用60wt%IFEP2000制備環(huán)氧樹脂體系，以熱熔兩步法工藝制備了T300碳纖維預(yù)浸料，考察了預(yù)浸料的粘溫曲線、樹脂流動度，并評價(jià)了復(fù)合材料板材的力學(xué)性能和微觀形貌。結(jié)果表明相對于未增韌環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料，IFEP增韌預(yù)浸料具有更寬的加工窗口，樹脂流動度降低，層間斷裂韌性、層間剪切強(qiáng)度、沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)提高，SEM結(jié)果顯示IFEP增韌樹脂基體與碳纖維結(jié)合緊密，聚氨酯在樹脂基體中發(fā)生微相分離。
