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吸水率=(W-W0)/W0×100%
在100℃蒸餾水中煮120h后試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 基體耐水性能
圖1是BADCy及環(huán)氧改性的CEEP基體經(jīng)水煮120h后的吸水率曲線(xiàn),并與環(huán)氧基體(EP)進(jìn)行比較。由圖1可見(jiàn),BADCy體系吸水率最低,為1.13%,CEEP體系居中約為1.55%,EP體系吸水率最高,約為2.18%,三體系變化趨勢(shì)一致,曲線(xiàn)基本符合Fick第一定律。氰酸酯及其環(huán)氧改性體系的吸水率低于環(huán)氧體系,環(huán)氧體系為多種類(lèi)混合環(huán)氧與芳香胺固化劑共固化,吸濕率較高是由于體系在固化過(guò)程中生成大量親水的羥基,并且在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分子結(jié)構(gòu)中還含有叔胺基以及少量未完全反應(yīng)的伯胺和仲胺基等極性官能團(tuán)。純BADCy體系因含有大量的苯環(huán)、三嗪環(huán)等耐濕熱性能優(yōu)良的基團(tuán),加之交聯(lián)密度大,固化物結(jié)構(gòu)致密,形成雙酚A環(huán)二氰脲酸酯籠狀物結(jié)構(gòu),又很少有親水性基團(tuán),所以具有低的吸水率;而CEEP中環(huán)氧樹(shù)脂含量為30%(質(zhì)量比),隨著環(huán)氧樹(shù)脂含量的提高,耐濕熱性較差的唑啉酮和環(huán)氧樹(shù)脂均聚物增加,體系吸水率增大。
表2是CEEP澆鑄體水煮前后力學(xué)性能,并將其與環(huán)氧體系比較。由表可以看出,120h水煮使氰酸酯環(huán)氧改性體系及環(huán)氧芳香胺體系的力學(xué)性能除CEEP拉伸模量有一定程度升高,彎曲模量基本保持不變外,其余均為降低,其中CEEP體系拉伸強(qiáng)度、延伸率及彎曲強(qiáng)度性能保持率在69%以上,而環(huán)氧體系中延伸率保持率達(dá)98%以上,彎曲模量保持率為82%,其余性能保持率均在60%左右,總體認(rèn)為,CEEP體系性能保持率高于環(huán)氧體系,這與該體系較低的吸水率相對(duì)應(yīng)。
圖2是CEEP澆鑄體水煮前后的電鏡照片,基體中部分?jǐn)嗫诔梳樑?同時(shí)還有葉片狀斷口,保持原有韌性,總體認(rèn)為CEEP體系耐水性能較好,力學(xué)性能保持率在69%以上,而微觀(guān)狀態(tài)沒(méi)有明顯改變。DMA法測(cè)定澆鑄體在100℃水煮120h后的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度BADCy體系為184.5℃,較水煮前降低62.2℃,而CEEP體系為110℃,降低120℃,說(shuō)明經(jīng)水煮后基體發(fā)生解聚或化學(xué)降解。分析認(rèn)為,氰酸酯及其共混體系吸濕量低,但由于水煮溫度較高,較高溫度與濕度的雙重因素使氰酸酯共混體系耐熱性有較大程度降低。盡管氰酸酯及其共混物的吸濕量較低,但長(zhǎng)期濕熱老化仍然會(huì)對(duì)其分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。
2.2 復(fù)合材料耐水性能
圖3是T700/CEEP、M40J/CEEP、T700/EP三種復(fù)合材料吸水率比較。由圖可以看出,在20h內(nèi)吸水率增加較快,20h后變化趨勢(shì)平緩,CEEP體系復(fù)合材料在70h左右達(dá)到飽和,而環(huán)氧復(fù)合材料在100h還有緩慢上升的趨勢(shì),曲線(xiàn)形式屬于典型的Fick擴(kuò)散;其次,環(huán)氧復(fù)合材料吸水率高于CEEP體系約70%~90%,M40J/CEEP復(fù)合材料吸水率與T700/CEEP復(fù)合材料相當(dāng),分別為0.78%、0.87%,環(huán)氧復(fù)合材料吸水率最大值達(dá)到1.66%,由此說(shuō)明CEEP復(fù)合材料體系吸水率優(yōu)于環(huán)氧復(fù)合材料體系;第三,復(fù)合材料的吸水率小于澆鑄體,主要原因在于復(fù)合材料中樹(shù)脂含量?jī)H為35%以下,遠(yuǎn)低于澆鑄體,也說(shuō)明吸水主要發(fā)生在基體處,短期吸水界面未發(fā)生明顯鍵斷裂。
根據(jù)式Mc=Mr×wr式中Mc是復(fù)合材料吸水率,Mr是樹(shù)脂基體的吸水率,wr是復(fù)合材料中基體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由圖3可以看出,復(fù)合材料的吸水率高于相應(yīng)樹(shù)脂含量的基體吸水率,說(shuō)明復(fù)合材料中不同程度存在界面的斷裂吸濕現(xiàn)象。纖維不影響水分的擴(kuò)散,但對(duì)于結(jié)構(gòu)松馳具有明顯作用。界面存在使復(fù)合材料吸水率斜率明顯低于基體,可能是剛性纖維限制了界面基體中分子的移動(dòng)。水和熱的共同作用使基體材料軟化,降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。表3是M40J/CEEP復(fù)合材料NOL環(huán)水煮前后性能比較,不同性能的濕熱保持率是不一致的。表中拉
伸強(qiáng)度基本保持不變,而拉伸模量、剪切強(qiáng)度有大幅度下降。
