基于聚醚砜/氰酸酯半互穿树脂体系的碳纤维复合材料性能研究

氰酸酯（CE）树脂因具有高玻璃化转变温度、低固化收缩率和优异介电性能,常被作为耐高温或吸波纤维复合材料基体应用于航空航天领域。但由于CE树脂与碳纤维（CF）浸渍黏附性较差、固化温度高、固化物脆性较大,其复合材料制备工艺性较差且固化后易产生分层损伤,严重影响其产品质量及实际应用。本文利用聚醚砜（PES）对CE树脂进行改性,制备出浸润性良好的预浸料以适应各类干法成型复合材料制备工艺。结果表明,PES的引入能够显著提高CF/CE树脂基复合材料的力学性能和热稳定性。与CF/CE单向板相比,7.5wt%PES-CF/CE单向板的弯曲强度提高17%,层间剪切强度提高31%,冲击韧性提高39%,并且纵向热膨胀性系数从-2.07×10^-8 K^-1降低到-10.7×10^-8 K^-1,横向热膨胀系数降低20%,改性效果显著。     

聚醚砜改性对环氧树脂室温和超低温韧性及力学性能的影响

用聚醚砜对环氧树脂进行室温和超低温的增韧研究,测试了该环氧树脂体系在室温和超低温的断裂韧性、冲击强度、弯曲性能、拉伸性能和压缩性能。实验结果表明,在室温和液氮温度下,PES均能增加环氧树脂体系的断裂韧性(KIc),但在液氮温度下,KIc的增加程度小于室温。在室温下,PES改性树脂体系的冲击强度基本不变,而在液氮温度下则明显增大。在液氮温度下,增韧体系的弯曲、压缩和拉伸性能比室温有更显著的降低。在室温,增韧体系的强度降低10％～22％,而在液氮温度下则下降15％～32％。在室温,增韧体系的模量没有明显减小,而在液氮温度下则下降了15％～32％。     

双酚A型邻苯二甲腈树脂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用双酚A型邻苯二甲腈预聚树脂(BAPh-P)改性聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PDMP)制备了双酚A型邻苯二甲腈/聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)树脂(PBA),利用DSC、FTIR、流变分析、TGA等技术分析其固化行为、黏度以及耐热性变化。结果表明,PBA树脂固化峰值温度较PDMP升高;固化反应主要为炔基的Diels-Alder和加成反应、氰基进一步交联生成三嗪环和酞菁环等结构反应;BAPh-P的加入提升了PDMP在空气下的耐热性,PBA-1(PDMP:BAPh-P质量比为5∶1)树脂固化物在N₂和空气氛围质量损失5%的温度(T_d5)分别为640.6℃和591℃,1000℃质量保留率为89.0%和26.9%;随着BAPh-P质量增加,PBA树脂固化物T_d5呈下降趋势,但空气中T_d5均高于PDMP;石英纤维增强PBA树脂基(QF/PBA)复合材料随BAPh-P质量增加室温弯曲强度逐渐升高,高温弯曲强度先升高后降低;其中QF/PBA-2复合材料室温和400℃弯曲强度分别为363 MPa和330 MPa,较PDMP分别提升91%和214%,室温和400℃的层间剪切强度(ILSS)分别为37.5 MPa和22.2 MPa。      

室温固化高低温使用环氧胶粘剂的制备与性能

研究了一种在-150℃~100℃宽温度范围具有较高剪切和剥离强度,并且能够承受液氮温度(-196℃)~150℃冷热冲击的室温固化环氧胶粘剂体系。探讨了促进剂2,3,4-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP30)的最佳用量,考察了不同固化时间及后固化工艺对胶粘剂固化度、玻璃化转变温度和力学性能的影响。结果表明,适量DMP30的添加有利于提高固化物的力学性能,后固化可以提高固化物的固化度和拉伸强度,但对于已处于玻璃态的固化物的性能影响很小。当胶粘剂的本体强度达到一定值后,体系固化度和玻璃化转变温度与其剪切强度的关系不大,后固化对其本体强度的提升不能带来粘接强度的相应明显提高。     

室温潜伏性中温固化环氧树脂体系的制备与性能

将自制咪唑衍生物EGE-2MI作为双氰胺-环氧树脂体系的促进剂,研究了其固化过程及室温储存性能。采用DSC法研究了该环氧树脂体系的固化反应动力学,确定了其最佳固化工艺参数;通过DSC测试室温存放不同时间后该环氧树脂体系的热焓值变化来确定其室温存储期;并测试了其中温固化产物的力学性能。结果表明:EGE-2MI质量比为0.6%~1.8%(环氧树脂为100%)的双氰胺-环氧树脂体系可以满足115~125℃固化,在室温下可以存放35天以上,EGE-2MI质量分数为1.8%时,该环氧树脂体系的活化能为87.23kJ/mol;固化后产物的铝-铝搭接剪切强度达到21.3 MPa,浇注体的室温拉伸强度在40 MPa以上。     

静电纺PMMA/EVOH-SO3Li锂离子电池隔膜复合材料的制备及性能

以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO₃Li）为原料,通过高压静电纺丝法进行交替纺丝,制备PMMA/EVOH-SO₃Li锂离子电池隔膜复合材料。通过FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、TGA、IM6型电化学工作站和电池循环测试设备对PMMA/EVOH-SO₃Li隔膜复合材料的性能进行检测表征。结果表明：PMMA/EVOH-SO₃Li隔膜复合材料具有清晰的三维网状结构,与EVOH-SO₃Li隔膜材料相比,改性后PMMA/EVOH-SO₃Li隔膜复合材料的孔隙率、吸液率和拉伸强度分别提高至80%、340%和3.18 MPa,起始热分解温度升高至294℃,热收缩率也有所降低,并表现出良好的电化学性能。其中电化学稳定窗口由5.0V增加到5.6 V,界面阻抗由420.69 Ω降低至262.31 Ω,离子电导率则由1.560×10^-3 S/cm提高至2.089×10^-3 S/cm,并且经过100次循环充放电后,容量保持率仍高达93.7%。     

无纺布支撑微交联PMMA基凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA))和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)作交联剂,制备了PP无纺布支撑微交联PMMA基凝胶聚合物电解质。通过扫描电子显微镜、热重分析仪、电化学工作站和万能试验机对其表观形貌、热稳定性、室温离子电导率和拉伸强度进行了表征及测试。结果表明,PEG600DA和PEG200DA能有效提高体系的室温离子电导率,均从2.2 m S/cm提高到3.0 m S/cm左右;PEG400DA和PEG600DA能显著提高体系的拉伸强度,用量为0.3%和0.2%时,拉伸强度分别为11.8 MPa和12.4MPa,与对照相比分别提高39.1%和45.3%。     

铜线材热膨胀系数的理论分析和实验研究

分析了面心立方结构晶体铜线材的热膨胀系数随温度的变化关系。采用精密仪器DIL402PC热膨胀仪测定了铜的热膨胀系数,得到在100℃到380℃之间铜的热膨胀系数基本保持在2.0836×10^-5/℃,比通常实验室条件下测得的结果稍大。温度大于380℃时,铜的热膨胀系数随温度呈线性增加。理论分析与实验测定的结果基本一致,说明应用此理论亦可以解释其它面心结构晶体的热膨胀系数。     

耐400℃高温氰酸酯导电胶的制备与性能

为了解决芯片密封封装时管壳高温焊接导致的芯片脱粘、封装内产气等问题，本工作首次以耐高温氰酸酯树脂为基体、高纯片状Ag粉为填料，制备了耐400℃高温的氰酸酯导电胶。微观结构分析结果表明，片状Ag颗粒在氰酸酯基体中随机分布，形成了较好的导热导电网络，且去除Ag粉表面有机物可以有效抑制氰酸酯导电胶粘接固化后气泡和裂纹的产生。热性能分析表明氰酸酯导电胶具有优异的热稳定性，其在300℃下的失重率仅有0.06%,400℃下的失重率小于0.3%，远低于目前公开报道的导电胶在相同温度下的失重率。氰酸酯导电胶的玻璃化温度(T_g)为240℃，低于和高于T_g时的热膨胀系数分别为51.2×10^-6/℃和162.2×10^-6/℃，具有较宽的使用温度范围。环境实验和力学性能测试表明，氰酸酯导电胶具有优异的粘接性能和环境适应性，330℃固化后的导电胶在环境测试后平均芯片剪切强度高达18.4 MPa。本工作制备的氰酸酯导电胶具备优异的综合性能，对电子封装用高温导电胶的研发和应用具有重要的参考价值。     

新型室温固化双组分胶粘剂的研究

利用自合成聚丙烯酸酯聚合物和环氧丙烯酸酯制备了新型双组分室温固化丙烯酸酯胶粘剂.研究并讨论了该胶粘剂组成的比例、活性单体对粘合强度、胶粘性能和胶粘剂的贮存稳定性的影响、确定了室温固化氧化-还原体系剂及适宜固化时间用量.该胶粘剂对金属的拉伸强度可达23.5MPa.     

三元氯醋树脂/环氧基导电油墨的制备及性能

为提高环氧导电油墨的柔韧性,采用三元氯醋树脂（E15/45M）对环氧树脂E51增韧改性,并以2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MI）为固化剂,银包铜粉为导电填料,制备柔性导电油墨。结果表明:导电油墨的体积电阻率随导电填料的用量增加而降低。随2E4MI用量的增加,导电油墨的体积电阻率呈现先降低后增加的趋势,2E4MI与E51的最佳质量比为1∶5。进一步探讨发现导电油墨的最佳固化温度和时间分别为105 ℃和2.5 h。E15/45M不仅可以提高导电油墨的柔韧性,还可以有效降低体积电阻率。随着E15/45M用量增加,E15/45M/E51-2E4MI胶膜的玻璃化转变温度从91.5 ℃降低至58.0 ℃,导电油墨的体积电阻率从27.5×10-4 Ω·cm降低至9.50×10-4 Ω·cm。E51-2E4MI与E15/45M的质量比为50∶50,导电填料用量为70wt%时,导电油墨体积电阻率达到9.57×10-4 Ω·cm,附着力等级为0,涂层反复折叠20次后电阻变化率小于80%。因此采用E15/45M增韧环氧树脂既可以提高导电油墨的柔韧性又可以改善其导电性。      

聚酰亚胺改性C/C复合材料的制备及性能

采用针刺成型、化学气相渗透（CVI）、真空浸渍及固化成型工艺制备了C/C-聚酰亚胺（C/C-PI）复合材料,研究了这种新型防热结构材料的弯曲性能、导热性能及热膨胀性能。结果表明:C/C-PI复合材料XY向和Z向弯曲强度分别为120.75 MPa和40.33 MPa,较C/C复合材料分别提高了17.92%和20.57%,表现出更优异的弯曲性能;C/C-PI复合材料热导率随温度变化不显著,XY向和Z向热导率均在150℃达到最大值,分别为29.88 W（m·℃）-1和9.93 W（m·℃）-1,较C/C复合材料分别降低了47.02%和56.12%;随温度升高,C/C-PI复合材料的线膨胀系数呈线性缓慢增长,数值保持低于4×10-6 K-1,尤其XY向较Z向具有更低的线膨胀系数,可满足热结构件尺寸稳定性的使用需求。      

聚苯醚/钙镧钛微波复合基板

微波复合基板兼具树脂基体的高韧性和陶瓷填料优异的介电和热学性能, 是航空航天、电子对抗、5G通讯等领域的关键材料。本工作采用螺杆造粒与注塑成型相结合的新技术制备了聚苯醚(简写为PPO)为基体、钙镧钛(Ca_0.7La_0.2TiO₃, 简写为CLT)陶瓷为填料的新型微波复合基板, 并对基板的显微结构、微波介电性能、热学性能和力学性能进行表征。结果表明, 采用这种新技术制备的微波复合基板组成均匀且结构致密。随着CLT陶瓷的体积分数从0增大至50%, 基板的介电常数从2.65提高到12.81, 介电损耗从3.5×10 ^-3降低至2.0×10 ^-3 (@10GHz); 同时热膨胀系数从7.64×10 ^-5 ℃ ^-1显著降低至1.49×10 ^-5 ℃ ^-1, 热导率从0.19 W·m ^-1·K ^-1提高至0.55 W·m ^-1·K ^-1; 此外抗弯强度从97.9 MPa提高至128.7 MPa。填充体积分数40%CLT陶瓷的复合基板综合性能优异: ε_r=10.27, tanδ=2.0×10 ^-3(@10GHz), α=2.91×10 ^-5 ℃ ^-1, λ=0.47 W·m ^-1·K ^-1, σ_s=128.7 MPa, 在航空航天、电子对抗、5G通讯等领域具有良好的应用前景。     

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流（AC）电场诱导法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度（黏度）等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明：MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^-12 S/cm增加到1.3×10^-8 S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。     

静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂/聚酰亚胺锂离子电池隔膜复合材料的电化学性能

以3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐和4,4-二氨基二苯醚为原料合成聚酰胺酸（PAA）纺丝液,通过高压静电纺丝和热亚胺化制备聚酰亚胺（PI）纤维膜,然后将聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO₃Li）以高压静电纺丝和加热加压的方式覆盖在PI纤维膜表面,制备EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料。通过FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、接触角测试仪和IM6型电化学工作站对EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料的性能进行测试与表征。结果表明：EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料具有较清晰的三维网状结构,与PI隔膜相比,纤维间粘连现象明显增加,在降低孔隙率同时,吸液率和拉伸强度分别提高至521%和12.83 MPa,并表现出较好的热收缩稳定性、高温闭孔性能和电化学性能。其中电化学稳定窗口从5.5 V提高至5.8 V,界面阻抗从360 Ω降低至315 Ω,离子电导率从2.416×10^-3 S/cm提高至3.672×10^-3 S/cm。     

聚乙烯-乙烯醇磺酸锂/聚偏氟乙烯-六氟丙烯锂离子电池隔膜的制备及性能

以聚乙烯-乙烯醇的磺化物（EVOH-SO₃Li）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）为原料,利用高压静电纺丝技术纺制成高孔隙率、纤维粗细均匀的EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP复合隔膜材料。利用FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、TGA、BMP3电化学工作站和电池检测系统对EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜进行测试分析。测试结果表明:EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜形成致密的三维网络结构,纤维粗细均匀,孔径均一,EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜的孔隙率和吸液率分别为85%和437%;与纯EVOH-SO₃Li隔膜相比,EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP复合隔膜的拉伸强度最大值从2.17 MPa提高至8.33 MPa,起始热分解温度升高至310℃,并表现出良好的电化学性能和电池性能。其中电化学稳定窗口由5.6 V增至5.8 V,界面阻抗由425.51 Ω降低至115.24 Ω,离子电导率由1.592×10-3 S/cm提高至3.102×10-3 S/cm;采用EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜组装的锂离子电池在0.5 C放电电流下循环100次后容量保持率为96.65%。      

结构化增韧层增韧RTM复合材料预成型体的渗透特性

选用尼龙无纺布(Polyamide Nonwoven Fabric,PNF)作为结构化增韧层,研究了增韧层的引入对纤维预成型体在树脂传递模塑成型(RTM)工艺过程中渗透特性的影响。结果表明:在径向非饱和流动模式下,层间增韧预成型体沿纤维方向的渗透率为5.2×10-12 m2,略低于非增韧预成型体的7.1×10-12 m2,而沿垂直于纤维方向的渗透率为2.3×10-12 m2,略高于非增韧预成型体的1.6×10-12 m2。此外,层间增韧预成型体的单向饱和流动渗透率为2.6×10-12 m2,较非增韧预成型体的1.9×10-11 m2下降了约1个数量级,z向饱和流动渗透率较非增韧预成型体的1.3×10-13 m2下降至2.5×10-14 m2,同样下降了约1个数量级。对复合材料层间微观形貌的分析结果表明:造成预成型体渗透率下降的主要原因首先是PNF引入至层间之后将阻碍层间树脂的快速流动,同时增韧层将使层内纤维含量明显升高,由55.3vol%上升到63.7vol%。     

多孔α-Al2O3基陶瓷片状载体的制备与性能

采用干压成型法制备了多孔α-Al₂O₃基陶瓷片, 研究了烧结温度和掺杂SiO₂对其结构、形貌和性能的影响. 提高烧结温度能增加α-Al₂O₃基陶瓷片的抗压强度, 但收缩率也会随之增大。最佳烧结温度为1180℃, 收缩率小于0.5%, 抗压强度大于80 MPa。当掺杂SiO₂粉体后, 陶瓷片中的无定形SiO₂在烧结过程中晶化形成方石英, 能够促进α-Al₂O₃陶瓷片的烧结。当SiO₂含量为12wt%, 并在1180℃下烧结时, 陶瓷片的收缩率仅为1.2%, 抗压强度大于110 MPa。与α-Al₂O₃陶瓷片相比, 其孔径更小但孔径分布更宽。研究表明, α-Al₂O₃和SiO₂/Al₂O₃陶瓷片均具有良好的分子筛膜生长活性。但由于载体具有不同的物化性质, 所制备的ZSM-5分子筛膜具有不同的形貌和尺寸。     

酚酞聚芳醚酮双马来酰亚胺体系流变行为时间温度依赖性

采用流变仪对酚酞聚芳醚酮(PEKC)-双马来酰亚胺(BMI)树脂体系的流变特性的时间和温度依赖性进行了研究, 发现: BMI树脂凝胶点对频率有依赖性, 而tanδ对频率无依赖性; PEKC-BMI复合树脂体系的黏度增大主要是由于BMI对PEKC的溶解与BMI的热固化。相比较110℃和130℃两种条件, 在较高温度时复合树脂体系的黏度增大主要是热固化的影响; 随注胶温度提高, 复合体系的凝胶时间随PEKC含量的增加而快速缩短, 在较高注胶温度下凝胶模量增大较慢, 在较低注胶温度下凝胶时模量随PEKC含量的增加而提高较快; 随着复合树脂体系中PEKC含量的增加, 该体系的凝胶活化能由4.9 kJ/mol增大到65.9 kJ/mol, 表明该体系的凝胶化作用对温度的敏感性增大。