摘 要

环氧树脂具有较好的综合性能，但固化后的环氧树脂有韧性差，耐热性不高等缺点。为彻底对环氧树脂进行改性，本课题以碳纤维（CF)作为基体增强剂，以增强环氧树脂的强度和摩擦性能；以聚氨酯-酰亚胺（PUI)作为树脂基体改性剂，使PUI和环氧树脂形成互穿网络以增强环氧树脂的韧性和耐热性。红外光谱分析可以证明聚氨酯-酰亚胺合成成功。通过差示扫描量热法（DSC）、弯曲拉伸测试和摩擦磨损测试分别测定材料的耐热性、力学性能和摩擦性能。研究表明：碳纤维的加入有效增强了环氧树脂的机械特性和摩擦性能；在碳纤维/环氧树脂的混合体系内加入PUI后，复合材料的力学性能、摩擦性能和耐热性都有较大提高。且当PUI含量为0.75%、CF含量为8%时，复合材料性能最优：弯曲强度提高了35.94%，弯曲模量提高了95.6%；拉伸强度增加了33.42%，拉伸模量增加了21.94%；摩擦系数减小了23.06%，磨损率减小了45.26%，热分解温度增加了7°C。

关键词：聚氨酯-酰亚胺、碳纤维、环氧树脂、摩擦磨损、力学性能、热性能

Abstract

Epoxy resin has good comprehensive properties, but its toughness is poor after curing, and its has low heat resistance. To modified epoxy resin thoroughly,the topic using carbon fiber (CF) as matrix strengthening agent to improve the strength and tribological properties of epoxy resin;using poly(urethane-imide) (PUI) as resin matrix modifier to form interpenetrating polymer networks ,which can improve the toughness and thermal stability of epoxy resin. FTIR analysis confirmed the formation of PUI. Using differential scanning calorimetry (DSC)、bending-tensile test and friction tests to measure heat resistance, mechanical properties and friction properties of material.We can know from the research that the addition of carbon fibre effectively improve the mechanical properties and tribological properties of epoxy resin;After adding the PUI in carbon fiber/epoxy resin system, the mechanical properties ,tribological properties and thermal properties of composite material are improved greatly.And when PUI content is 0.75%, CF content is 8% ,composite material has the optimal performance .The bending strength increased by 35.94%, the bending modulus increased by 95.6%;The tensile strength increased by 33.42%, the tensile modulus increased by 21.94%;The friction coefficient decreased by 23.06%, the wear rates decreased by 45.26%，Thermal decompsition temperature increased by 17° C.

Keyword: poly(urethane-imide)、carbon fiber、epoxy resin、rubbing wear、 mechanical property、thermal property

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 复合材料概述 1

1.2 碳纤维/环氧树脂复合材料简介 2

1.2.1 碳纤维概述 2

1.2.2 环氧树脂简介 2

1.2.3 环氧树脂的增韧改性 3

1.2.4 碳纤维/环氧树脂复合材料的改性 5

1.2.5成型方法 7

1.3 聚氨酯-酰亚胺/环氧树脂复合材料简介 7

1.3.1 聚氨酯-酰亚胺简介 7

1.3.2 聚氨酯-酰亚胺改性环氧树脂复合材料 8

1.4 聚氨酯-酰亚胺改性碳纤维环氧树脂三相复合材料简介 9

1.5 聚氨酯-酰亚胺改性碳纤维环氧树脂研究现状 9

1.5.1 聚氨酯-酰亚胺的制备流程 9

1.5.2聚氨酯-酰亚胺改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备流程 10

1.6 本课题的研究意义及内容 11

第二章 实验部分 12

2.1 聚氨酯-酰亚胺的合成 12

2.1.1 实验原料 12

2.1.2 实验仪器 12

2.1.3 PUI的合成 12

2.2 聚氨酯-酰亚胺改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备 13

2.2.1 实验原料 13

2.2.2 实验仪器 14

2.2.3 三相复合材料的制备 14

2.3 PUI及复合材料的测试与表征 16

2.3.1 PUI的表征 16

2.3.2 复合材料的力学测试 16

2.3.3 复合材料的磨损摩擦测试 16

2.3.4 复合材料的热学性能测试 16

第三章 结果与讨论 17

3.1 PUI FT-IR红外结构分析 17

3.2 聚氨酯-酰亚胺对碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能的影响 17

3.3聚氨酯-酰亚胺对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响 20

3.4聚氨酯-酰亚胺对碳纤维/环氧树脂复合材料磨损摩擦特性的影响 23

3.5 聚氨酯-酰亚胺对碳纤维/环氧树脂复合材料热性能的影响 25

第四章 全文总结 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 文献综述

1.1 复合材料概述