摘要
高强高模聚乙烯纤维（UHMWPE）具有优异的力学性能及耐冲击性，在防弹复合材料领域大放异彩，但是其表面缺乏极性基团，无合适的树脂基体进行复合，同时其耐热性极低，因此在使用时需要选取合适的耐高温、韧性强的树脂基体，本文对环氧树脂基体进行无溶剂改性，在环氧树脂的固化工艺、基体树脂与纤维的界面粘结性能、复合材料的防弹性能等方面进行研究，得到以下结论： 本文以八种二元酚和4,4’-二氯二苯砜合成共聚并进行封端改性，制备了十四种砜醚环氧树脂，其中两种高聚物、十二种低聚物，并通过红外表征确定了相应结构，结果表明，在高聚物的端基上无法进行封端，而低聚物可以封端成功。以双酚A、间苯二酚合成的四种长短链配方（BPASE32、BPASE21、RESE32、RESE21）和对苯二酚、邻甲基对苯二酚合成的两种短链配方（HQSE21、THQSE21）均能与环氧树脂进行无溶剂互溶，最大互溶比例为60%，其中，双酚A和间苯二酚合成的四种配方的综合热学性能最佳，其玻璃化转变温度为171~186℃、热分解温度为453℃~484℃。 采用BPASE32无溶剂互溶的环氧基体树脂与不同固化剂进行制备，结果表明：酸酐类固化剂（MTHPA、MNA）与少量聚醚胺（CAD-2000）混合使用的环氧基体树脂综合性能最佳，其表观活化能达62.3~66.6KJ/mol，相对介电常数在4.22~4.56之间，吸水率在0.7%左右，凝胶化时间短，反应活性较高，能适应潮湿的环境。在200℃高温下的拉伸剪切强度达到16MPa以上，相比于纯酸酐类固化剂的配方提升了近15%，能充分满足防弹复合材料的树脂基强度和耐热性需求。其中，以MTHPA制备的环氧基体树脂体系粘度最小，有利于在常温下涂覆。 通过不同砜醚环氧树脂和MTHPA/CAD-2000混合，制备了不同的环氧基体树脂，其中，双酚A、间苯二酚型砜醚环氧树脂（BPASE32、BPASE21、RESE21）的加入使环氧基体树脂综合性能最佳，其常温下粘度较低，70℃以上粘度在50mPa·s，能与UHMWPE纤维充分浸润，表观活化能为64KJ/mol，反应吸水率在0.8%以内，介电常数在3.9~4.6之间。常温下的拉伸剪切强度在16MPa以上，在200℃温度下，拉伸剪切强度提升了15%，断裂伸长率达13~17%，相比于不加砜醚环氧树脂的配方，拉伸剪切强度在常温下提升了33%，200℃下提升了110%。 砜醚环氧树脂改性环氧基体树脂的界面粘结强度达1.20~1.29MPa；UHMWPE/环氧树脂基复合束丝在90℃下固化60分钟的拉伸强度和断裂伸长率最高，分别达到了40cN/dtex、4.7%；UHMWPE/环氧树脂基单向板在纤维体积分数在85%时，其拉伸强度最佳，为1413MPa。通过0°/90°UD结构制备复合材料，以7.62mm子弹进行实弹射击，弹击速度为435m/s，复合材料未被击穿，背凸高度为25mm，靶板吸收能量为529.83J，满足防弹复合材料的背凸要求。
NETL