【正文】 ?苯乙烯與苯乙烯之間的反應； ?聚酯分子與聚酯分子之間的反應。與鏈引發(fā)相比，鏈增長所需的活化能要低得多。 不飽和聚酯的固化機理 (1) 從游離基聚合的化學動力學角度分析 UPR 的固化屬于自由基共聚合反應。隨著我國基礎建設的不太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 4 斷增加，以及其它消費領域的擴展，不飽和聚酯樹脂的發(fā)展?jié)摿蟆? 利用石油化工分餾物和下腳料進行再利用，生產不飽和聚酯樹脂是可資采用的 原料路線之一。在玻璃鋼增強不飽和聚酯中，纏繞管道市場持續(xù)增長。增強制品主要有冷卻塔、船艇、化工防腐設備、車輛部件、門窗、活動房、衛(wèi)生設備、食品設備、娛樂設備及運動器材等；非增強制品主要有家具涂料、寶麗板、紐扣、仿象牙和仿玉工藝品、人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗巖等。非增強樹脂的用量增長較快，達到 30 萬噸，其中，聚酯工藝品和聚酯人造石用量十分看好。世界上不飽和聚酯樹脂的技術開發(fā)動向主要是通過樹脂改性和摻混等向降低樹脂收縮率，提高制品表面質量，提高與添加劑的相容性，增強材料的浸潤作用以及提高加工性能和機械性能等方向發(fā)展。另外，此類材料收縮率比較大，達 6%~10%。 不飽和聚酯樹脂是熱固性樹脂的主要品種之一，主要用于生產玻璃纖維增強制品。 (3)二元醇，合成不飽和聚酯主要用二元醇，一元醇用作分子鏈長控制劑，多元醇可得到高相對分子質量，高熔點的支化的聚酯。但是反式雙鍵太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 2 較順式雙鍵活潑，這就有利于提高 固化速率和固化反應的程度。 不飽和聚酯在交聯(lián)前后的性質可以有廣泛的多變性，這種多變性取決于以下兩個因素：一是二元酸的種類和數(shù)量 。 R2 代表不飽和二元酸 , 可選順丁烯二酸酐或反丁烯二酸酐 。由于樹脂分子鏈中含有不飽和雙鍵 , 因此可以在加熱、光照、高能輻射以及引發(fā)劑作用與含雙鍵的單體 , 如苯乙烯、乙烯基甲苯等發(fā)生共聚反應生成三維立體結構 , 形成不溶不熔的熱固性塑料。 結果表明，拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度都隨著碳纖維處理時間的增長而增長。太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 碳纖維增強不飽和聚酯復合材料結構與性能的研究 摘要： 本文采用濃硝酸處理的碳纖維增強不飽和聚酯。拉伸強度在少量碳纖維加入的時候略有降低，而后隨短纖維加入量的增加而增加。 UPR 合成時 , 如果二 元酸都選擇馬來酸酐 , 會使雙鍵密度過大 , 反應活性高 , 固化收縮率大 , 因此工業(yè)生產往往選擇添加部分飽和二元酸替代不飽和二元酸。 R3 代表飽和二元酸 , 可選鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸等。二是二元醇的類型。 (1)飽和二元酸，生產不飽和聚酯時，加入飽和二元酸共縮聚可以調節(jié)雙鍵的密度，增加樹脂的韌性，降低不飽和聚酯的結晶傾向，改善它在乙烯基類交聯(lián)單體中的溶解性。最常用的二元醇是 1,2丙二醇，由于丙二醇的分子結構中有不對稱的甲基，因此得到的聚酯結晶傾向較少，與交聯(lián)劑苯乙烯有良好的相容性。此外， 還用于涂料、寶麗板、人造石和工藝品等。因此需要提高樹脂的抗沖擊性、耐磨性以及硬度、強度、耐熱、耐水、阻燃等性能，并降低收縮率，提高不 飽和聚酯樹脂基復合產品的質量，擴大應用范圍。 80 年代后期，我國先后引進了美國、日本、意大利和德國的樹脂制造技術， 使我國多年來依賴手糊生產玻璃鋼的成型技術得以改進。此外， 非增強用樹脂在紐扣、聚合物混凝土、鋼琴和保麗板用涂料、汽車用原子灰等方面也大大增加。 2020 年我國不飽和聚酯樹脂產量達到 56 萬噸，比上年增長 11％，進口不飽和聚酯樹脂 14 萬噸，出口 4000 多噸，國內實際消費樹脂達 70 多萬噸。玻璃鋼作為防腐的重要應用領域，發(fā)展空間很大。南京化工設計研究院和江蘇亞邦涂料公司合作開發(fā)了 DCPD 改性樹脂，這一類不飽和聚酯樹脂在全國的產量現(xiàn)已達到 4萬噸。 改性不飽和聚酯技術指標 :改性不飽和樹脂的耐沖擊性、韌性提高 30%；改性不飽和樹脂的表面硬度達到 級，接近大理石的 級；耐 磨性提高 30%；抗拉強度提高 20%；不飽和樹脂的抗老化性能提高 20%以上。固化反應具有鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉移四個游離基 反應的特點。 鏈終止 —— 兩個游離基結合，終止了增長著的聚合鏈。 對于這三種反應的發(fā)生，已為各種實驗所證實。這一階段大約需要幾分鐘至幾十分鐘。 （ 3）熟化階段（ C 階段）：在室溫下放置，從硬化以后算起，達到制品要求硬度，具有穩(wěn)定的物理與化學性 能可供使用的階段。通常需要幾天或幾星期甚至更長的時間 。常用于制作耐溫、耐蝕要求不高的冷卻塔、貯槽及各種設備、管道等。 產品質量指標 ①外觀：淡黃色透明液體；②酸值： 27~37mgKOH/g；③粘度（ 25℃）： 2~5p ； ④膠凝時間（ 25℃）： 12~30min；⑤固體含量： 59%~67%；⑥熱穩(wěn)定性： 80℃下 24 小時或 25℃下 6 個月。碳纖維及其復合材料具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱、密度小和熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異性能。一般情況下，纖維的模量與纖維表面處理的程度成正比。高性能型碳纖維又分為高強型（強度 2020MPa、模量 250GPa）和高模型（模量 300GPa 以上）。聚丙烯腈基碳纖維性能好，炭化得率較高 (50～ 60％ )，因此以聚丙烯腈制造的碳纖維約占總碳纖維產量的 95％。碳纖維屬于過渡形式碳，其微觀結構基本類似石墨，但層面的排列并不規(guī)整，是亂層石墨結構，層與層之間借范德華力連接在一起。原纖以網狀結構存在，它是有帶狀的石墨層片組成的微原纖構成的。層間距也隨溫度的升高而減小，趨近石墨的層間（ ）。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環(huán)化、氧化及脫氧等。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景，綜觀多種新興的復合材料 (如高分子復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料 )的優(yōu)異性能，不少人預料，人類在材料應用上正從鋼鐵時代進入到一個復合材料廣泛應用的時代 。實際上，多數(shù)情況下破壞是介于上述兩種極端情況之間。瀝青基碳纖維制造 的工藝流程圖（圖 ）： 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 10 圖 Figure asphalt carbon fiber manufacturing process flow diagram 中間相瀝青碳纖維的制備 :(1)中間相瀝青的調制。（ 3）中間相瀝青纖維的不熔化處理。 碳纖維表面處理方法 國內外對碳纖維的表面改性研究非?；钴S。 ? 氣相氧化法 氣相氧化的介質是熱空氣或其中混合了一定量的空氣、 O O CO CO、SO水蒸氣等氣體的混合氣體 , 處理溫度一般在 400~600℃ , 反應時間根據(jù)碳纖維種類和所 需氧化程度而定。同時 , 化學狀態(tài)的變化也會提高復合材料的綜合力學性能。硝酸是液相氧化中研究較多的一種氧化劑 , 用硝酸氧化碳纖維 , 可使其表面產生羧基、羥基和酸性基團 , 這些基團的量隨氧化時間的延長和溫度的升高而增多。該法與氣相氧化法相比 , 氧化情況較為溫和 , 不易使纖維產生過度的刻蝕和裂解 , 而且在一定條件下含氧基團數(shù)量比氣相氧化法的多 , 所以處理效果比氣相氧化法好 , 但由于采用的氧化劑均為強酸或強堿及其鹽類 , 對設備的腐蝕嚴重 , 很少用于工業(yè)化生產。在選擇電化學氧化裝置時 ,要考慮的因素包括陰極的材料、電解質和電流的選擇 。例如 , 硝酸、硫酸、磷酸氫氧化鉀、氫氧化鈉、磷酸鉀硝酸鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸二氫銨等。 ? 氣相沉積法 近年來 , 用氣相沉積技術對碳纖維進行涂覆處理是碳纖維改性的一個重要方面 , 在高模量結晶型碳纖維表面沉積一層無定性碳來提高其界面黏接性能 , 增加復合材料的層間剪切強度。氣相沉積處理法是在碳纖維和樹脂的界面引入活性炭的塑性界面區(qū)來松弛應力 , 從而提高了復合材料的界面性能。電聚合的基本歷程為 : 帶有羧基的高聚物的陰離子在電場力的作用下向陽極的表面移動 , 發(fā)生質子化作用而沉積在其表面形成聚合膜。電聚合的電壓比較低 , 時間短 , 可與碳纖維生產線相匹配 , 只是工序較繁雜 ,有的電聚合液不太穩(wěn)定 , 不便連續(xù)操作。另外 , 在對碳纖維進行偶聯(lián)劑涂層處理的同時 , 對 樹脂進行一定的處理也能進一步改善界面性能 , 從而提高復合材料的綜合性能。 研究目的及意義 目的 ： 明確碳纖維增強不飽和聚酯復合材料的結構與性能的關系 探究碳纖維含量和纖維取向對不飽和聚酯復合材料性能的影響 意義 ： 本研究對短切碳纖維增強不飽和聚酯復合材料的生產具有指導意義。 將碳纖維和濃硝酸按照質量比 1 ∶ 5 混合攪拌 , 在室溫 15℃左右 處理一定時間 , 用去離子水沖洗至中性 , 然后放到 80℃烘箱內烘干為止。固化 24 小時后 在 80℃ 下 進行 3小時的后處理。用沖擊試驗機測量無缺口沖擊強度。所以試驗操作時間是15min 以內。通過下 表分析，彎曲強度和彎曲模量都是隨著碳纖維的處理時間的提高而提高， 4 小時比 1 小時處理的彎曲強度增加 %， 8小時比一小時的彎曲強度增加 %。這些溝槽和微孔使碳纖維的表面積增大 ,同時這些溝槽微孔還加強了纖維和基體間的機械互鎖作用。經硝酸處理后，纖維表面的氧含量遠遠高于處理前， 提高了近 5 倍。此外羥基（圖中標記 ! 的官能團）的減少是由于有一部分該官能團被氧化為羧基之故。硝酸處理后的碳纖維既增加了碳纖維與基體的接觸面積又增加了極性較強的官能團，此兩點是硝酸處理后界面作用力增強的主要原因。而隨著含量的繼續(xù)增加，纖維承受了主要應力使拉伸強度開始增加，但是在纖維質量分數(shù)達到 10%時強度下降，碳纖維密度較小，在相同質量下，體積較大，當填充量大于 10%(質量分數(shù) )時已經由于黏度大出現(xiàn)很多氣泡，致使拉伸強度下降。 碳纖維取向與力學性能的關系 表 纖維長度與拉伸、沖擊性能 Table fiber length and stretching, impact performance 沖擊強度 拉伸強度 1~2mm長 CF 6~7mm長 CF 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 30 1 ~ 2 m m 碳纖維 6 ~ 7 m m 碳纖維0501001502002503003503 3 . 53 1 . 43 2 2 . 03 3 8 . 4強度（MPa）沖擊強度拉伸強度 圖 纖維長度 Figure mechanical strength and fiber length 上圖為碳纖維質量分數(shù)為 %的 CF/UPR，不含碳纖維的沖擊強度為 338J/m2,用1~2mm 的碳纖維混入不飽和聚酯中雜亂分布、無取向，沖擊強度為 ，幾乎和不加碳纖維的一樣，但是用 6~7mm 的碳纖維在寬為 10mm 的模具中有沿拉伸方向取向的趨勢，拉伸強度取向的比不取向的增加 %，拉伸強度有明顯提高，而沖擊強度下降到 322J/m2。各種力學性能（拉伸強度、彎曲強度