环氧树脂/氰酸酯树脂体系的改性研究

为增加环氧树脂/氰酸酯树脂体系(EP/CE)的韧性,向EP/CE树脂体系中引入第三组分——双酚A(BPA)。采用傅里叶转换红外光谱、差式扫描量热仪研究了BPA对EP/CE固化温度与固化机理的影响,测定了固化物的力学性能和耐湿热性。结果表明,BPA的加入改变了EP/CE树脂体系固化历程,引起EP/CE树脂体系固化温度明显下降。BPA在EP/CE树脂体系内可形成大量的—C—O—C—键,与EP/CE树脂体系形成互穿网络,提高了EP/CE的韧性。随着体系中BPA含量的增加,其力学性能提高,吸水率有所下降。当CE∶EP∶BPA质量比为7∶3∶0.75时,其拉伸强度提高27.3%,冲击强度提高34.7%,吸湿率降为1.2%。     

碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂复合材料性能研究

分别采用热重分析(TGA)法、动态力学分析(DMA)法研究了碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂(CE/EP/CF)复合材料的热稳定性、耐热性及动态热力学性能,研究了此种复合材料强力环(NOL环)的力学性能。结果表明,CE/EP/CF复合材料具有优良的耐热性和热稳定性,玻璃化转变温度为226.33℃,NOL环层间剪切强度为48.7MPa。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,CF与CE/EP树脂间的界面粘接良好。     

CE/EP/纳米SiC复合材料研究

采用纳米SiC和环氧树脂(EP)对双酚A型氰酸酯树脂(CE)进行改性。研究了不同含量的纳米SiC对CE/EP/纳米SiC复合体系反应性及CE/EP/纳米SiC复合材料力学性能的影响,采用透射电子显微镜表征了材料的微观形貌,利用差示扫描量热法研究了固化树脂的热性能。结果表明,纳米SiC对CE/EP/纳米SiC复合体系具有明显的催化作用,并且能使复合材料的冲击强度提高123.62%,弯曲强度提高140.29%,有效发挥其增强增韧作用,还能很好地保持复合材料的耐热性能。     

单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。     

后处理温度对EP/CF复合材料拉伸性能影响

采用模压成型工艺和拉挤工艺制备了加捻碳纤维增强环氧树脂(EP/CF)复合材料,利用微机控制电液伺服万能试验机和扫描电子显微镜研究了不同后处理温度对EP/CF复合材料的拉伸性能和断面微观形貌的影响。研究表明,相对于高温后处理下的EP/CF复合材料,室温后处理下的EP/CF复合材料的拉伸强度较优,其拉伸强度接近890 MPa;而随着后处理温度的升高,EP/CF复合材料的截面和表面显微硬度值呈先上升后下降趋势,当后处理温度为150℃时,其硬度值最优。随着后处理温度的上升,样品的断面形态由撕拉态变为剪切状态,整个断面转变为脆性断面,EP与CF之间的界面变差。较优后处理工艺为低温后处理;同时,常温固化剂下的EP和CF体系选择后处理工艺优化时,后固化温度应接近固化体系温度进行优化处理。     

聚吡咯层对碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能的影响

以三氯化铁为氧化剂,采用吡咯液相沉积聚合方法制备聚吡咯-碳纤维(PPy-CF),然后与环氧树脂(EP)复合,制得PPy-CF/EP复合材料,并对其进行拉伸性能测试,研究了聚合温度对PPy-CF/EP复合材料界面剪切强度(IFSS)的影响。结果表明:在CF表面吡咯沉积聚合最佳工艺条件为聚合温度70℃,时间30min,经过吡咯沉积聚合改性后,得到的PPy-CF/EP复合材料的IFSS有所提高;最佳条件下制得的PPy-CF/EP复合材料的IFSS是CF/EP复合材料的1.24倍;在PPy-CF中,PPy与CF之间无化学键作用,PPy-CF/EP复合材料的IFSS与PPy-CF表面含氧基团和粗糙度有关;吡咯化学沉积聚合改性是一种提高纤维与树脂界面粘结性能的有效方法。     

棉纤维/氢氧化铝/环氧树脂复合材料制备及性能分析

以硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)为改性剂,将改性处理后的棉纤维(CF)与氢氧化铝(ATH)和环氧树脂(EP)共混,制备得到棉纤维/氢氧化铝/环氧树脂(CF/ATH/EP)复合材料。通过测试复合材料的力学性能、剪切强度、极限氧指数(LOI)、热释放速率、抗紫外性能及拉伸断裂面微观形貌,分析了CF/ATH的用量比对复合材料综合性能的影响。结果表明:当CF/ATH的用量比为20/30时,复合材料具有较为优异的性能,LOI达到30.6%,垂直燃烧等级为V-0级,热释放速率为234.35 kW/m~2,剪切强度最佳为19.4 MPa,复合材料具有优良的抗紫外性能,可以制备得到综合性能较佳的高模量阻燃抗紫外纺织服装材料。     

低密度高导热CF/EP复合材料的制备及性能

将碳纳米管(CNT)和空心玻璃微珠(HGS)添加到环氧树脂(EP)中,利用模压工艺制备碳纤维(CF)/EP复合材料。结果表明：同时添加CNT和HGS可以有效降低CF/EP复合材料的密度,改善复合材料的力学性能,提高复合材料的导热性能,且当CNT和HGS质量比为1∶4时,复合材料综合性能最优,与不添加CNT和HGS的CF/EP复合材料相比,该复合材料的密度下降了8.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了22.0%和30.1%,拉伸强度提高了8.9%,导热系数提高了87.1%。     

酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究

针对石墨烯在复合材料增强增韧上的应用,对石墨烯进行了酸化处理,采用超声分散方法制备酸化石墨烯/环氧树脂(EP)浇注体,并在此基础上制备了酸化石墨烯/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)复合材料。分别利用红外光谱和透射电镜表征了酸化石墨烯表面结构和微观形貌,利用拉伸、弯曲、冲击等机械测试手段评价了酸化石墨烯改性EP和CF-EP的力学性能,并利用扫描电镜对复合材料拉伸断面形貌进行观察。试验结果表明:石墨烯酸化处理后,成功在表面引入了羟基、羧基等极性基团;酸化石墨烯可对EP和CF/EP进行有效增强增韧,当其添加量为0.2wt%时,EP拉伸强度和冲击强度分别提高了23.3%和109.8%,CF/EP拉伸强度、弯曲强度分别提高了6.0%和10.6%,当酸化石墨烯添加量为0.5wt%时,CF/EP复合材料层间剪切强度提高了7.4%。微观形貌分析表明,酸化石墨烯对CF/EP增强改性主要是通过对EP进行增强增韧,同时提高CF和EP之间的界面性能来实现的。     

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

酚醛型环氧树脂改性氰酸酯复合材料性能的研究

通过DSC分析,粘度、介电性能、力学性能及耐油性测试对酚醛型环氧树脂改性氰酸酯树脂复合材料的性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树体系在70～160℃具有较低的粘度,理想工艺是在125～130℃下30～45min后开始加压;改性氰酸酯树脂表观活化能和反应级数分别为60.81kJ/mol和0.8846。改性氰酸酯复合材料具有良好的力学性能、介电性能和耐油性能。     

5528氰酸酯树脂基玻璃纤维增强复合材料性能研究

本文对新型的5528改性氰酸酯树脂基玻璃纤维增强复合材料的耐热性能、力学性能、耐湿热性能、介电性能进行研究，结果表明：5528氰酸酯树脂基玻璃纤维增强复合材料具有良好的力学性能和介电性能。其中石英玻璃纤维增强复合材料的介电常数为3．40，介电损耗正切值为0．00393，并且对频率显示出优秀的稳定性；而高强玻璃纤维增强复合材料的介电损耗正切值为0．00925，远远优于环氧和双马树脂基复合材料。5528氰酸酯基玻璃纤维复合材料适合高性能透波材料或高频印刷电路板应用。     

氮化硼粒子增强氰酸酯树脂基复合材料的研究

在玻璃布增强氰酸酯树脂（CE）基复合材料中加入氮化硼(BN)粒子,制得CE/玻璃布/BN复合材料。研究了BN粒子含量对复合材料性能的影响。结果表明,经偶联剂处理的BN粒子使体系凝胶时间缩短,反应活性略有提高。BN粒子的加入可以明显提高复合材料的弯曲强度和层间剪切强度,在BN加入量为8 %时,复合材料的弯曲强度和层间剪切强度达到最大值,分别提高了5 %和36 %。加入BN粒子后,复合材料的起始热分解温度都较未填充体系有所提高,耐热指数升高,热稳定性相应提高。     

改性氰酸酯纤维缠绕工艺研究

本文采用环氧树脂改性氰酸酯树脂,研究出适用于纤维湿法缠绕的低粘度并具有较高耐热性能的改性树脂体系。通过试验研究确定了树脂体系的纤维湿法缠绕工艺,对改性树脂与碳纤维复合材料的力学性能进行了研究,并进行了标准容器爆破试验。研究结果表明：改性氰酸酯树脂体系的粘度小（420mPa·S,25℃）,并具有较长使用期（30小时以上）,完全适用于湿法缠绕工艺。使用改性氰酸酯体系缠绕的标准容器,其纤维方向复合材料性能相当于环氧树脂体系缠绕的容器,并且具有较高的玻璃化转变温度（Tg=232℃）,与现有的环氧树脂体系相比,玻璃化转变温度提高了30％～40％。     

航空航天用高性能热固性树脂基体应用及研究进展

综述了航空航天领域中应用较多的环氧树脂、氰酸酯树脂、双马来酞亚胺树脂和反应性聚酞亚胺等热固性基体树脂材料的性能、应用以及研究方向,介绍了国内外的最新研究进展,并提出今后的研究重点,即提高基体树脂和增强纤维之间界面强度,提高复合材料的稳定性,降低材料的加工成型温度,减少成本,提高树脂基体的韧性等。     

环氧树脂改性双马来酰亚胺/氰酸酯树脂固化工艺研究

采用差示扫描量热(DSC)法和红外光谱(FT-IR)法对缩水甘油胺型环氧树脂(AG-80)与脂环族缩水甘油酯型环氧树脂(TDE-85)共同改性双马来酰亚胺(BMI)/氰酸酯树脂(CE)的固化反应历程进行了研究,并按照Kissinger和Crane法计算出该改性树脂体系固化反应的动力学参数。结果表明:改性树脂体系的固化反应表观活化能为68.11 kJ/mol,固化反应级数为0.860(接近于1级反应);环氧树脂(EP)可促进CE固化,当固化工艺条件为"150℃/3 h→180℃/2 h"时,改性树脂体系可以固化完全。     

氰酸酯改性环氧树脂的研究进展

氰酸酯改性环氧树脂是一种新型的具有广阔应用前景的高性能复合基体材料。综述氰酸酯改性环氧树脂的反应历程、反应条件对固化反应产物的影响及在工业领域中的应用。     

Properties of cyanate ester-cured epoxy/polyphenylene oxide blends as a matrix material for Kevlar fiber composites

Epoxy/polyphenylene oxide (PPO) blends were cured with multifunctional cyanate ester resin. The effects of the PPO content on the cure behavior in the cyanate ester-cured epoxy were investigated with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The cure reaction in the epoxy/PPO blends was faster than that of the neat epoxy system. FTIR analysis revealed that the cyanate functional group reactions were accelerated by adding PPO and that several co-reactions had occurred, such as cyanate-hydroxyl addition and epoxy-cyanate addition. This was caused by the reaction of cyanate ester with the PPO phenolic end-group and water yielding imidocarbonate and carbamate intermediate which can react with cyanate ester to form cyanurate. Then the cyanurate can react further with the epoxy resin. Thermal mechanical analysis showed that the thermal stability of the epoxy/PPO blends is improved by adding PPO. The morphology of the fiber-rich areas in the composite is different from that of the epoxy/PPO blend without Kevlar fiber. In the pure polymer blends with high PPO content (30 and 50 phr), phase separation and phase inversion were observed. In the composites, the majority of the epoxy resin migrates to the polar fiber surface, resulting in epoxy-coated fibers. So the interfacial shear strength (IFSS) between Kevlar fiber and the epoxy/PPO blends is almost the same as that between Kevlar fiber and neat epoxy. The presence of PPO does not affect the interfacial property in the epoxy/PPO/fiber composite. So the interlaminar shear strength (ILSS) increase with the PPO content is due to an increase in the composite's ductility or toughness.     

环氧树脂改性氰酸酯树脂的研究进展

综述了采用环氧树脂(EP)增韧改性氰酸酯(CE)树脂的共聚反应机理、固化产物的性能和复合材料的性能。CE在水分或残留的酚及金属离子等作用下自聚生成三嗪环,接着与EP反应生成口恶唑烷酮。CE改性后树脂的韧性和弯曲强度提高,而玻璃化温度和耐热性下降很少,且固化产物耐湿热性能和介电性能基本维持不变。     

Synthesis and characterization of bis(4‐cyanato‐3,5‐dimethylphenyl)anisylmethane/epoxy/glass fiber composites

Bis(4‐cyanato‐3,5‐dimethylphenyl)anisylmethane was prepared by treating CNBr with bis(4‐hydroxy‐3,5‐dimethylphenyl)anisylmethane and blended with commercial epoxy resin in different ratios and cured at 120°C for 2 h, 180°C for 1 h, and postcured at 220°C for 1 h using diamino diphenyl methane as curing agent. Castings of neat resin and blends were prepared and characterized. The composite laminates were also fabricated with glass fiber using the same composition. The tensile strength of the composites increased with increase in cyanate content (3, 6, and 9%) from 322 to 355 MPa. The fracture toughness values also increased from 0.7671 kJ/m², for neat epoxy resin, to 0.8615 kJ/m², for 9% cyanate ester‐modified epoxy system. The 10% weight loss temperature of pure epoxy (358°C) was increased to 390°C by the incorporation of cyanate ester resin. The incorporation of cyanate ester up to 9% in the epoxy resin increases the T_g from 143 to 147°C. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2009