摘 要

本文主要研究了石英纤维增强交联聚苯乙烯复合材料的制备及性能。以苯乙烯作为聚合单体，过氧化甲苯酰作为引发剂，二乙烯基苯作为交联剂，石英纤维作为增强材料合成出了半透明的石英纤维增强交联聚苯乙烯复合材料。因为本实验采用的聚合方式在反应时会放出大量热量，所以采用了预聚合的方式防止反应温度失控；通过水浴加热控制反应速度，降低爆聚的可能性。与直接完成产品制备的方案相比，增加预聚合这一步骤显著降低了工艺方面的要求，提高了成功率。

为了增强复合材料的结构性能，我们选择石英纤维，采用界面增韧和编织、针织优化结构的方式增强材料的韧性和强度。界面增韧通过基体材料和增强相间形成化学键提高韧性和强度；而后者则是在材料受应力作用时，内部的石英纤维网络因为与苯乙烯单体形成了整体，应力通过界面传递到了整个材料上，提高了载荷能力。两者共同作用，明显增强了原聚苯乙烯材料的韧性。

本实验的目的是研究该复合材料的制备方式和各方面性能，通过理论分析和查阅资料我们得到了较合适的方案，因此本文主要研究石英纤维含量的变化对交联聚苯乙烯复合材料性能的影响。设置并制作了三组不同石英纤维质量分数含量的产物进行对比分析。本实验使用了万能材料实验机对交联聚苯乙烯块体材料的拉伸、弯曲性能进行测试；使用综合热分析仪通过TGA测试对材料的热稳定性；使用热机械分析仪测试材料的储能模量及损耗因子。

研究结果表明石英纤维增强交联聚苯乙烯材料，石英纤维的质量分数在一定范围内时，复合材料的热稳定性、静态力学性能和动态力学性能随石英纤维含量增加而增大。

关键词：石英纤维；交联聚苯乙烯；预聚合；复合材料改性；

Abstract

The preparation and properties of silica fiber reinforced crosslinked polystyrene composites were studied in this paper. It was synthesized by using styrene as a polymerizing monomer, divinylbenzene as a crosslinking agent，toluyl peroxide as an initiator. In order to avoid large of heat released, pre polymerization is used to prevent reaction temperature runaway in this experiment. It reduces the process requirements and improves mission success rate.

By enhancing the interfacial toughness and optimizing the molecular structure, quartz fibers are used to enhance the structural properties of composites.The former increases structural strength by forming chemical bonds between monomers and reinforcing phases.When the material is subjected to stress,the latter transfers stress through the quartz fiber to the whole material, thus increasing the load capacity.Both of them toughen composite.

Studying the preparation and properties of the composite is purpose of this experiment. And the effect of quartz fiber content on the properties of crosslinked polystyrene composites was studied. Three groups of different quartz fiber mass fraction of products were analyzed,the tensile and flexural properties, thermal stability, energy storage modulus and loss factor of crosslinked polystyrene block materials were tested by various equipment.

The result shows that the properties of the composites increased with the increase of silica fiber content when the mass fraction of silica fibers was within a certain range.

Key Words: quartz fiber; crosslinked polystyre; prepolymerization; modification of composite materials

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2交联聚苯乙烯复合材料 1

1.2.1交联聚苯乙烯复合材料的性能特点 1

1.2.2交联聚苯乙烯复合材料的制备方法 2

1.2.3交联聚苯乙烯复合材料制备的反应原理 4

1.2.4交联聚苯乙烯复合材料的改性 5

1.3 石英纤维 5

1.3.1石英纤维复合材料的改性原理 6

1.3.2石英纤维复合材料的改性方法 6

1.3.3石英纤维复合材料的表面处理 7

1.4本文研究的目的、意义及主要内容 7

1.4.1本文研究的目的和意义 7

1.4.2本文研究的主要内容 8

第二章 实验部分 9

2.1实验仪器与试剂 9

2.2实验步骤 10

2.2.1预聚体制备： 10

2.2.2石英纤维预处理及模具制作 11

2.2.3预聚体入模固化 11

2.2.4设置对照组 12

2.3实验测试 12

2.3.1静态力学性能 12

2.3.2热稳定性 13

2.3.3动态力学性能 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1石英纤维增强交联聚苯乙烯复合材料 14

3.2偶联剂处理纤维后的红外光谱分析 14

3.3静态力学性能分析 15

3.3.1拉伸性能 15

3.3.2弯曲性能 16

3.4热稳定性 17

3.5动态力学性能 18

3.5.1储能模量 18

3.5.2损耗因子 19

第四章 结论 21

参考文献 22

致 谢 25

第一章 绪论

1.1引言

在现代社会，声呐技术作为一种重要的技术手段被广泛应用于海洋中的各种工作中，作为一种在20世纪前期就出现的技术，声呐可以在鱼群探测、船舶导航、水下作业、水文测量、海洋石油勘探和海底地质地貌的勘测等方面发挥巨大的作用，基于其原理开发的声呐侦测装置可截获各种特征海声信号。除此之外声呐还可用于对对水下目标进行探测、分类、定位、跟踪、导航，保障舰艇、反潜飞机的战术机动等领域。由于声呐设备的特殊性，其声呐基阵必须安装在水下。为了避免水流对声呐基阵的冲击，通常在声呐基阵外面配备有用于保护声呐传感器的透声外罩，称为声呐罩。声呐罩要求材料具有优良的透声性能，较小的波束畸变和能量损失，通过设计材料和结构可以有效地通过声波并降低噪声干扰。由于声呐罩需要在复杂的海洋环境中工作，它还需要具备优秀的力学性能[1]。

鉴于目前我国主要使用的声呐罩主体材料为不能适应海洋日益复杂的酸碱环境的不锈钢材料，不仅透声性能一般且价格昂贵，每年的废弃钢材对我国国民经济产生了一定的损失，也加剧了环境治理的压力。因此研究出一种可替代的耐压透声的聚合物材料，使材料在提高材料透声性能的同时降低成本价格，对我国国防军工事业的发展具有重要意义[2]。