含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料及其制备方法、应用

技术领域

本发明具体涉及一种含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

透波材料是一种多功能介质材料，其性能要求主要是保证系统正常接收电磁波信号并且反射部分干扰的信号。主要应用在雷达、电子行业、电气领域等天线系统，除了用来确保天线装置在极其恶劣的环境下顺利完成遥控、通讯等功能，还应该兼备优良的制作工艺、力学性能以及较好的耐温特性等多种功能，并能够持续呈现低介电效果和较小的介电损耗。因此，高性能的透波材料应是耐温、承载和防干扰等多性能于一体的功能化复合型材料，同时具备优良的力学特性和绝缘特性，适应环境变化所带来的雨雪侵蚀、高温冲击及雷电干扰等，保持结构稳定性以及宽频段信号的透射性。因此，制备综合性能优异的透波材料已经成为迫切需求。

目前，透波材料主要分为有机复合材料与无机非金属复合材料。其中，有机复合材料主要指的是树脂基复合材料以及不同种类的纤维增强树脂基复合材料，在制作工艺上，相比无机非金属复合材料要更加便捷，主要通过两种或多种有机树脂混合以及采用改性试剂在基体树脂的主链或侧链上引入新的极性基团等方式进行制备。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合得到的多相固体材料，在多相体系中，不同相之间存在界面，聚合物基复合材料是由增强体与基体两相组成，两相之间化学组成存在显著差异，且构成彼此结合能够传递载荷的微小区域称为复合材料的界面。界面形成可分为两个阶段：(1)基体聚合物与增强体接触润湿实现；(2)聚合物发生固化并与增强体之间形成稳定的界面层。

对于纤维增强树脂基复合材料，纤维与基体树脂的模量相差较大，且两相接触时接触角太大，不易润湿，导致复合材料界面结合强度低，力学性能差，不能满足使用要求。

含硅芳炔树脂(PSA树脂)是通过将无机硅元素引入到有机芳炔主链中形成的一种线性结构，固化后的PSA树脂具有优异的热稳定性、介电性能和高温陶瓷性能。

石英纤维(QF)具有良好的抗热震性、化学稳定性和柔软性，同时材料的透射性及绝缘性优异。在透波材料的制备方面，石英纤维是目前透波复合材料中性能较好的增强纤维。但是石英纤维表面缺少化学活性基团，表面光滑，在与PSA复合时界面粘接较弱，致使其复合材料层间剪切强度、弯曲强度较低，这大大限制了该类材料的应用。

目前最好的解决办法就是对石英纤维进行表面处理，针对石英进行的表面改性技术，主要集中在利用化学反应改善纤维表面组成和结构，或是借助物理作用提高纤维与基体树脂之间的浸润性。常用的热处理、溶剂浸泡处理等方法虽然能部分去除石英纤维表面的有机浸润剂，但同时也会对纤维产生破坏，导致纤维强度降低，反而不能起到增强的作用；酸碱刻蚀处理石英纤维也是一种常用的表面处理方法，利用酸碱溶液在石英纤维表面发生化学反应，生成硅-OH基团增加纤维表面的反应活性，在适当条件下能与聚合物功能基团发生化学反应生成化学键来改善树脂与纤维的界面结合，但该方法需要严格控制工艺流程，不合理的刻蚀严重影响纤维的力学性能；偶联剂处理石英纤维是目前公认的最优方法，偶联剂在界面处不仅能与石英纤维表面活性基团发生化学反应，还能与高聚物分子形成化学键链接，使纤维与树脂通过共价键形成稳固的界面结合，但偶联剂实际利用率很低，难以完全与纤维表面结合。由此可见，传统的石英纤维改性方法要么对其界面性能改善不明显，要么会破坏纤维本体，降低纤维强度。

现有技术中已经有人将PSA与石英纤维复合，其改性手段主要是对纤维改性(例如热处理、溶剂浸泡处理、酸碱刻蚀处理、偶联剂处理等方法)和对PSA树脂的改性(树脂中加入纳米粒子或者混入其他树脂制备混合树脂)，但是这些方法所得复合材料力学性能较差，一般层间剪切强度为14-15MPa，弯曲强度为170-180MPa，弯曲模量约20GPa。由此可见，石英纤维增强含硅芳炔树脂复合材料的力学性能并不十分优异，如何在不降低耐热性能和介电性能的前提下，进一步提高复合材料的力学性能是亟待解决的难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服了现有技术中改性石英纤维要么对其界面性能改善不明显，要么会破坏纤维本体，降低纤维强度，或者力学性能还需进一步提升的缺陷，提供了一种含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料及其制备方法、应用。

在研发过程中发现，含硅芳炔树脂极性官能团少，制得的复合材料的界面结合较弱，且石英纤维表面化学惰性，使得纤维与树脂结合较差，导致界面粘合性差，复合材料的层间剪切强度较低，最终导致材料的整体力学性能不能满足使用要求。通过研究意外发现，将多巴胺沉积在所述石英纤维层上，可通过聚合反应产生一定的黏附性能，形成的所述聚多巴胺层具有羟基以及亚氨基等基团，可以作为进一步功能化的桥梁进一步与含极性官能团的石英纤维层表面易形成氢键等强的相互作用力；聚多巴胺分子中含有的大量苯环通过大π键电子云共轭作用与含硅芳炔树脂层表面形成范德华作用力，从而达到强化树脂与纤维界面粘结的目的。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料(PSA/QF复合材料)的制备方法，其包括下述步骤：

在负载有聚多巴胺的石英纤维上，再负载含硅芳炔树脂，得纤维胶；将所述纤维胶干燥、模压成型即可；

其中，所述含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料中，石英纤维和含硅芳炔树脂的重量比为28:72～42：58。

本发明中，所述石英纤维可为本领域常规的市售产品。

本发明中，所述石英纤维的规格可为本领域常规，其尺寸一般为15cm×10cm。

本发明中，所述石英纤维的片数可为本领域常规，例如1～20片，例如3片、5片、7片、10片、12片、14片、16片或者18片。

本发明中，所述含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料中，石英纤维和含硅芳炔树脂的总重量份数一般为100份。

本发明中，所述含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料中，石英纤维和含硅芳炔树脂的重量比优选为30：70～40：60，更优选为32：68～38:62，例如35:65。

本发明中，在所述石英纤维负载聚多巴胺的方法优选包括下述步骤：将石英纤维浸渍于含有盐酸多巴胺的Tris-HCl缓冲液中，反应即可。

其中，所述盐酸多巴胺一般市售可得。

其中，所述Tris-HCl缓冲液可为本领域常规，一般市售可得，其中文名称为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐。

其中，所述Tris-HCl缓冲液的pH值可为8-8.5。

其中，所述Tris-HCl缓冲液中，盐酸多巴胺的浓度优选为1～3g/L，例如1.5g/L、2g/L或者3g/L。

其中，所述反应的操作和条件可为本领域常规，一般为在常温常压条件下静置即可。所述反应的时间优选为20～36h，例如24h。

其中，所述反应结束后，一般水洗、干燥即可。所述水洗的过程中，未反应完的盐酸多巴胺会被水洗掉。所述干燥的操作和条件可为本领域常规，一般为烘箱干燥即可。所述干燥的温度可为70～90℃，例如80℃。

本发明中，所述负载含硅芳炔树脂的方式优选通过下述步骤制得：先预浸渍于含有硅芳炔树脂溶液中，再通过涂覆的方式将剩余的硅芳炔树脂全部负载在石英纤维上即可。

其中，所述含有硅芳炔树脂溶液的浓度可为本领域常规，一般为30％-50wt.％，例如40wt.％。

其中，所述含硅芳炔树脂溶液中，采用的溶剂可为本领域常规能够分散硅芳炔树脂的溶剂，例如酮类溶剂，例如丙酮。

本发明中，所述干燥的操作和条件可为本领域常规。例如可先在通风橱中自然风干后，再将其真空干燥。

其中，所述自然风干的时间可为2h。所述真空干燥的温度可为80℃。所述真空干燥的时间可为2h。

本发明中，所述模压成型的操作优选包括下述步骤：预热、排除气泡、固化成型即可。

其中，所述预热的温度可为160～180℃，例如170℃。

其中，所述预热的时间优选为所述含硅芳炔树脂凝胶时间的1/3-2/3，更优选为所述含硅芳炔树脂凝胶时间的1/2。

其中，所述排除气泡的操作条件可为本领域常规，例如快速加压至1MPa后快速卸压，循环4-5次。

其中，所述固化成型的操作优选包括下述步骤：在2.5～3MPa的压力下，160～180℃保持1.5～2.5h，200～220℃保持1.5～2.5h，240～260℃保持3.5～4.5h；更优选包括下述步骤：在2.8MPa的压力下，170℃保持2h，210℃保持2h，250℃保持4h。

其中，一般在30min内加压至固化成型的压力。

本发明中，所述模压成型后一般自然冷却至室温、卸压、脱模即可。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料。

本发明还提供了一种含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料，其依次包括：石英纤维层、聚多巴胺层和含硅芳炔树脂层；其中，所述石英纤维层和所述含硅芳炔树脂层的重量比为28:72～42：58；

所述石英纤维层、聚多巴胺层和含硅芳炔树脂层通过非共价结合。

本发明中，所述非共价一般是指的极性键或氢键。

本发明中，所述石英纤维层中石英纤维种类、用量，所述聚多巴胺层的制备方法，含硅芳炔树脂层的制备方法，所述石英纤维层和所述含硅芳炔树脂层的重量比等条件均如前所述。

本发明还提供了一种含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料在航天航空领域中的应用。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明采用含硅芳炔树脂(PSA)作为基体，采用盐酸多巴胺用于石英纤维的改性，在石英纤维表面形成聚多巴胺层，强化纤维与基体树脂两相界面之间的粘接，提高复合材料(PSA/QF复合材料)的层间剪切强度，从而提高复合材料整体力学性能。

本发明的制备方法简单、有效、无毒、不损害纤维本体、成本低，有利于实现工业化生产；在不影响材料耐热性能和介电性能的前提下，增强了含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料的力学性能。

附图说明

图1为含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料的力学性能，其中，图1a为弯曲强度，图1b为弯曲模量，图1c为层间剪切强度。

图2a为无多巴胺处理的石英纤维，图2b是有多巴胺处理的石英纤维，图2c是无多巴胺处理的复合材料，图2d是有多巴胺处理的复合材料。

图3为不同浓度多巴胺处理后的石英纤维SEM图像，其中，图3a-图3d多巴胺浓度依次为0g/L、1g/L、2g/L、3g/L。

图4为多巴胺改性石英纤维样品(多巴胺浓度2g/L)的EDS谱图，其中，图4a为EDS扫描区域扫描电镜图，图4b、图4c、图4d、图4e分别为Si、N、C、O四种元素的EDS mapping图谱，图4f为样品元素定量分析图。

图5为未有多巴胺处理的石英纤维(对比例1，图5a,图5b)和有多巴胺处理的石英纤维(对比例4，多巴胺浓度2g/L，图5c、图5d)的XPS图谱。

图6为含硅芳炔树脂PSA(第3批次PSA-3)和多巴胺的傅里叶红外光谱图。

图7为未处理的石英纤维、不同浓度多巴胺处理的石英纤维傅里叶红外光谱图，其中，QF，QF-P1,QF-P2,QF-P3依次为未处理的石英纤维、多巴胺浓度为1g/L、2g/L、3g/L处理后的石英纤维。

图8a为含硅芳炔树脂PSA(第3批次PSA-3)不同升温速率时的DSC曲线，图8b为根据不同温度的DSC曲线，通过外推法得到树脂的固化起始、峰值、终止温度。

图9为含硅芳炔树脂PSA浇铸体(第3批次PSA-3的浇铸体)和石英纤维在氮气下的热失重分析曲线。图9a为PSA浇铸体在氮气下的热失重分析曲线，图9b为不同浓度多巴胺处理后的石英纤维在氮气下的热失重分析曲线。

图10为含硅芳炔PSA树脂固化物(第3批次PSA-3，图10a)和含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料(实施例2，多巴胺浓度2g/L，图10b)介电常数、介电损耗随频率变化谱图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

1、主要实验材料

下述实施例中主要实验材料如表1所示。

表1主要实验材料

含硅芳炔树脂PSA(氯化锌催化合成)的制备方法包括下述步骤：

利用四口烧瓶、球形冷凝管、恒压滴液漏斗、机械搅拌器等仪器组装成反应装置，反应装置预先进行干燥处理。加入20mL乙腈和0.0825mol ZnCl

重复上述制备方法，获得三组不同批次合成的PSA树脂(结构式如下)，分别命名为PSA-1、PSA-2、PSA-3(批次不同，聚合度稍有差别)。

2、PSA树脂的凝胶时间测定

采用平板小刀法测定PSA树脂凝胶时间，按照国标GB-7193.1-1987。首先将铁板温度调至170℃，温度稳定后(以孔处温度计示数为准)，取1～2g树脂样品置于铁板上，样品遇热熔化并计时，测试过程中应不断搅拌样品使其受热均匀，将PSA树脂刚好拉不出丝时刻作为计时终点，凝胶时间为时间差。

3、PSA树脂固化物及浇铸体制备(以第3批次制备的PSA-3为原料)

在凹型模具涂上脱模剂，并将模具在120℃下提前预热半个小时，然后将制备的PSA-3树脂浇入模具中，在130℃的真空烘箱中脱除气泡2～3h左右，树脂表面基本没有气泡冒出，即脱泡完毕。将浇铸体模具置于热鼓风烘箱中，按照固化工艺：150℃2h、170℃2h、210℃2h、250℃4h，在鼓风干燥箱中逐步升温进行固化，固化完毕后自然冷却到室温即得到PSA树脂浇铸体。当模具完全冷却至室温后，从烘箱中取出模具并脱模，浇铸体样条制备好后，按规定尺寸对样条进行打磨，使样条表面光滑无明显无缺陷，放置24h后进行测试，以消除切割过程中带来的内应力。

4、材料测试方法及表征

(1)复合材料力学性能

弯曲强度及弯曲模量：根据GB/T1449-2005进行测试，试样尺寸为45×15×2mm，跨距为32mm，测试速率为2mm/min。

层间剪切强度：根据JCT 773-2010进行测试，试样尺寸为20×10×2mm，测试速率为1mm/min。

(2)扫描电子显微镜测试(SEM)

采用日立公司的S-4800场发射扫描电子显微镜，将复合材料试样剥离面和断面样品用导电胶粘结在载物台上；使用日本JEOL公司的JFC-1600溅射仪对样品表面进行喷金处理，然后在扫描电镜下观察样品形貌

(3)X射线能谱仪(EDS)

采用X射线能谱仪(EDS，Hatachi S-4800，Japan)对样品表面的主要元素分布与元素占比进行分析。

(4)x射线光电子能谱(XPS)

采用X射线光电子能谱(XPS，escalab 250xi，Thermo Fisher Scientific，USA)对石英纤维和多巴胺改性的石英纤维样品表面的元素成分和元素价态进行分析。

(5)傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)

仪器：美国Nicolet公司生产的Nicolet Avatar 5700型红外光谱仪；多巴胺粉末样品采用KBr压片制样，PSA树脂样品采用涂膜法制样，测试前需要用紫外灯烘烤取出水分，扫描范围4000-400cm

(6)差示扫描量热分析(DSC)

仪器：德国TA Q2000型分析仪；测试条件及方法：N

(7)热重分析(TGA)

仪器：瑞士Mettler-Toledo TGA/DSC 1LF型热重分析仪；测试条件及方法：N

(8)树脂固化物及复合材料的介电性能测试

仪器：德国NOVACONTRL公司Concept 40型；

测试条件及方法：将树脂倒入提前喷涂有脱模剂的模具中，按一定的固化程序150℃2h、170℃2h、210℃2h、250℃4h，在鼓风干燥箱中逐步升温进行固化，得到尺寸为Φ30×2mm的圆片样品，对样品进行打磨，使表面平整。利用切割机将复合材料板切割成上述尺寸同样测试其介电性能。测试频率：1～1×10

实施例1-3

含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料制备

(1)石英纤维预处理：剪取15×10cm尺寸的石英纤维共18片，将纤维整齐叠放修剪整齐，并准确称重W

(2)多巴胺改性处理：分别将1g、2g、3g的盐酸多巴胺溶解在1L pH为8-8.5左右的Tris-HCl缓冲液中，浓度依次为1g/L、2g/L、3g/L。将18片预处理后的纤维分别浸泡在分散好的多巴胺溶液中，常温空气中放置24h，去离子水清洗后(未反应完的多巴胺会被清水洗掉)放入80℃烘箱烘干备用。

(3)纤维浸渍：将步骤(2)烘干后的石英纤维先均匀地预浸渍在树脂浸渍液中，再通过涂覆或者刷涂的方式，使得剩余树脂全部附着于石英纤维上，得纤维胶；将纤维胶置于通风橱中自然风干2h左右，然后将其置于80℃的真空烘箱中，真空干燥2h，得风干后的纤维胶布。

(4)模压成型：开启压机并升温至170℃，将压机与铁板170℃预热，之后将风干后的纤维胶布置于模具之中并置于压机中预热，预热时间约为树脂凝胶时间(51min)的二分之一，即26min，之后快速加压至1MPa后快速卸压排气泡，循环4-5次，以除去气泡。在30min加压至2.8MPa固化，固化的升温程序为：170℃2h，210℃2h，250℃4h，结束后停止加热，保压并自然冷却至室温，卸压，脱模，得到复合材料板。

实施例1-3制得的复合材料板中，其多巴胺处理的浓度分别为1g/L、2g/L、3g/L，石英纤维均为18片，石英纤维和PSA树脂的重量比为65:35。

对比例1

对比例1与实施例1相比，区别仅在于未有步骤(2)，只有步骤(1)(3)(4)，制备获得未有多巴胺改性的石英纤维。

对比例2

对比例2与对比例1相比，区别仅在于石英纤维和PSA树脂的重量比为60:40，其它操作和条件均与实施例1相同。

对比例3

对比例3与对比例1相比，区别仅在于石英纤维和PSA树脂的重量比为70:30，其它操作和条件均与实施例1相同。对比例4

对比例4

采用实施例2的步骤(2)制备得到有多巴胺改性的石英纤维。

效果实施例

1、PSA树脂的凝胶时间

取三组不同批次合成的PSA树脂(PSA-1、PSA-2、PSA-3，具体制备方法如前)，进行凝胶时间测定，测试结果如表2。数据表明，170℃下PSA树脂凝胶时间平均在50min左右。

本发明实施例中，均选择第3批次的PSA-3制备含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料(即PSA/QF复合材料)。

表2 170℃含硅芳炔树脂的凝胶时间

2、复合材料力学性能

对复合材料进行力学性能测试，测试结果如表3所示。由表可知，多巴胺的加入可以增强复合材料的力学性能，且多巴胺含量越高，力学性能越好。相较于没有多巴胺改性的PSA/石英纤维复合材料，添加3g/L多巴胺改性复合材料弯曲强度约为213.0MPa，弯曲模量约为26.9GPa，层间剪切强度约为17.7MPa，分别提高了32.6％、25.1％和22.1％。这说明多巴胺改善了石英纤维和PSA之间的界面结合作用，使得复合材料的综合力学性能得到了提高。

图1为含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料的力学性能，其中，图1a为弯曲强度，图1b为弯曲模量，图1c为层剪切强度。图1a-图1c的横坐标均为多巴胺含量。从图1中可以看出，添加1g/L多巴胺的复合材料力学性能提高得并不明显，原因应当是多巴胺添加量太少导致石英纤维上没有形成足够多的聚多巴胺；而添加2g/L多巴胺和添加3g/L多巴胺对力学性能的改善情况类似，因为多巴胺浓度为2g/L时，石英纤维表面基本被聚多巴胺完全覆盖，即使再提高多巴胺的浓度，石英纤维上的聚多巴胺涂层也不会再增多。

综合考虑到原材料的价格问题和对材料性能的改善问题，之后的实验均使用2g/L的多巴胺对石英纤维/PSA进行改性(即实施例2制备的QF-P2)。

表3含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料力学性能

3、SEM分析

对无多巴胺处理的石英纤维(对比例1，图2a、图2c)和有多巴胺处理的复合材料(实施例2，多巴胺浓度为2g/L，图2c、图2d)分别做了SEM分析，结果如图2所示。

从图2中能清楚地看到有无多巴胺处理时纤维和复合材料的差别，由图2a和图2b可以看出，无多巴胺处理的石英纤维表面光滑，纤维表面基本上观察不到明显的凹凸结构，几乎没有任何杂质，且纤维直径在7.5μm左右，而经过石英纤维改性以后，纤维表面发生明显变化，聚多巴胺的形成使得纤维表面变得凹凸不平，增大了纤维的表面积，这有利于纤维与树脂的黏合。可见，多巴胺可以很好的涂覆在石英纤维表面，增大了纤维与树脂之间的接触面积，提高了纤维与树脂之间的机械嵌合作用，这些都提高了复合材料的界面粘结强度。由图2c和图2d可以看出，无多巴胺改性的复合材料中纤维表面光滑无树脂黏留，表明PSA树脂与石英纤维的界面结合较弱，受到应力后纤维容易整体与树脂脱离，导致破坏首先发生在界面处，复合材料的力学强度较低。对于多巴胺改性的复合材料，在纤维上存在大量的树脂黏留，纤维与纤维紧密黏结在一起，这是由于多巴胺加入改善了树脂与石英纤维界面结合，增强了复合材料的力学强度。

用扫描电镜对不同多巴胺处理后的碳纤维表面形貌进行了表征，如图3所示，没有用多巴胺处理的纤维表面几乎没有杂质，呈现光滑表面(图3a)。对于仅用1g/L多巴胺处理的石英纤维(图3b)，纤维表面形成了小面积的聚多巴胺涂层，只是量比较少，涂层比较薄；当多巴胺浓度为2g/L时(图3c)，石英纤维表面基本上被聚多巴胺涂层完全覆盖，涂层厚度增大；当多巴胺浓度为3g/L时(图3d)，虽然纤维表面聚多巴胺涂层增加了，但表面上出现了一些大的聚合物团聚体，这可能是由于过多的多巴胺参与了反应并促进了聚合物在局部聚集，纤维表面上的沉积物大且不均匀，这不仅不能改善复合材料的界面结合性能，反而有可能影响材料的力学强度和耐热性能，这在后面弯曲强度和层间剪切强度的实验结果中也得到了验证，因此之后的实验均采用2g/L的多巴胺对纤维进行改性。

4EDS分析

图4为多巴胺改性石英纤维样品(多巴胺浓度为2g/L)的EDS谱图，从图4a中可以清楚地看到石英纤维表面形成了凹凸结构，图4b、图4c、图4d、图4e分别为Si、N、C、O四种元素的EDS mapping图谱，可以观察到纤维上的凸起结构部分对应着C元素和N元素，可以判断聚多巴胺成功黏附在石英纤维上，这一结论也可以从后续的XPS分析得出。图4f为样品元素定量分析图，石英纤维的组成元素C和Si占绝大部分，C元素含量占比11.96％，N元素因其含量占比只有2.39％而在图中没有明显的峰出现。

5XPS分析

采用XPS分析了有无多巴胺处理的石英纤维表面元素状态的区别，相比于无多巴胺处理的石英纤维XPS全谱(对比例1，图5a)，有多巴胺改性的石英纤维(对比例4，多巴胺浓度2g/L，图5c)XPS全谱中C元素峰和N元素峰有所增强，之后通过分析两种样品的C元素精细谱图(图5b、图5d)，与石英纤维的C1s谱图相比，多巴胺改性以后出现了π-π共轭卫星信号，得出结果：多巴胺已经在石英纤维表面聚合，生成聚多巴胺，成功涂覆在了石英纤维表面。

6FTIR分析

图6为含硅芳炔树脂PSA(第3批次PSA-3)和多巴胺的傅里叶红外光谱图，图6a显示，3293cm

不同浓度多巴胺处理前后的石英纤维表面官能团的变化情况通过傅里叶变换红外光谱进行测试分析，如图7所示。为表述方便，将多巴胺浓度为0g/L、1g/L、2g/L、3g/L处理后的石英纤维分别命名为QF，QF-P1，QF-P2，QF-P3，从图中可以看出，四条曲线在约1000cm

7DSC分析

为分析PSA树脂(第3批次PSA-3)的固化过程，对树脂进行动态差示扫描量热(DSC)分析，研究其不同升温速率下固化过程中的放热特点。图8a为不同升温速率下树脂固化的DSC分析曲线，从图中可以发现，随着升温速率的增加，PSA树脂的固化起始温度、峰值温度和终止温度也逐渐增加，且热流也逐渐增大，这是因为树脂的固化过程需要一定时间，如果升温速率过快，树脂间交联反应发生的速度跟不上升温速度，就会导致固化温度的升高，因此可以通过T-β外推法，将升温速率外推至β＝0处得到图8b。图8b为不同升温速率对应的固化起始温度、固化峰值温度和最终固化温度，拟合曲线并外推可得树脂的固化起始温度为195℃，固化峰值温度222℃，固化终止温度为243℃。

8TGA分析

为考察树脂固化物的耐热性，对固化后的PSA浇铸体(第3批次PSA-3的浇铸体)做氮气气氛下的热重分析(TGA)，TGA曲线如图9a，固化后树脂Td5为602℃，800℃下残留率为91.3％。表明该PSA树脂固化物耐热性能良好，能够作为高性能透波用树脂基复合材料的基体树脂。

通过热重分析仪进一步分析不同含量多巴胺改性石英纤维纤维表面聚多巴胺沉积量的差别。结果如图9b所示，没有改性的石英纤维在50℃到1000℃的温度范围内只有少量重量损失。这是因为石英纤维是由高纯二氧化硅石英石经高温熔融后拉制而成的特种玻璃纤维丝，具有很高的耐热性，石英纤维的熔点为1700℃，可以在1050℃的高温下长期使用。但加入不同含量的多巴胺之后，在50℃至1000℃范围内，有较为明显的质量损失，这是由于多巴胺在石英纤维表面反应生成共聚物，这些共聚物层在受热后分解所导致的。热失重随着多巴胺含量增加而增加是由于多巴胺聚合沉积在石英纤维表面的改性聚合物层的量增加。

9树脂固化物及复合材料的介电性能测试

对PSA树脂固化物(第三批次PSA-3)和含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料(实施例2，多巴胺浓度2g/L)的介电性能进行考察，结果如图10所示。PSA树脂固化物的介电常数(ε)在100Hz以前保持不变，ε为2.57左右，随着频率的增加，ε稍有下降，降低至2.54，但无明显变化，且之后在10

综上，本发明的含硅芳炔树脂/石英纤维复合材料是一种综合性能优异、介电性能和耐高温性能突出的复合材料，在航空航天领域具有较大的工程应用价值，具体如下：

(1)多巴胺改性处理对QF/PSA复合材料的界面性能影响较大，处理后复合材料的层间剪切强度可达为17.7MPa，提高了22.1％，复合材料的弯曲强度和弯曲模量也有较大提升。

(2)多巴胺改性石英纤维制备的复合材料介电常数约ε为3.2，tanδ始终处于一个较低水平，复合材料总体表现出良好的介电性能。

(3)石英纤维经过多巴胺改性后，纤维表面形成聚多巴胺涂层，活性基团增多，在与PSA复合过程中改善了纤维和树脂间的界面结合性能，从而增强了复合材料的力学性能，且对于介电性能没有影响。