高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

中空玻璃微珠增强酚醛泡沫的压缩性能及热稳定性

为了改善酚醛泡沫（PF）的力学性能,通过模压成型制备了中空玻璃微珠（HGB）增强的PF复合材料,采用力学性能测试、热重分析和燃烧试验研究了HGB用量对复合材料压缩性能和热性能的影响,并对其增强机制进行了分析。结果表明：当HGB质量分数为树脂的10%时,增强PF的压缩比强度和压缩比模量达到最大值;经过硅烷偶联剂表面处理的HGB增强PF的压缩比强度和压缩比模量提高幅度较大。热重分析和垂直燃烧试验表明：HGB的加入降低了PF的热降解速率,使其热稳定性有所提高,阻燃性能略有下降。SEM、FTIR和EDS分析表明：HGB增强PF的破坏方式为泡孔受挤压破碎,并最终导致HGB脱粘或刚性破碎。HGB增强PF的泡孔密度增加、泡孔直径变小,HGB表面与树脂基体间界面粘结状况良好,在树脂基体中均匀分散。     

碳纤维/聚砜复合材料的性能和破坏形态的研究

本文着重研究了碳纤维/聚砜(CF/PSF)复合材料中纤维不同分布方式和不同含量对其性能(力学、耐磨、热机械行为等)和破坏形态的影响。短纤CF/PSF复合材料的冲击强度随CF含量的增加略有下降,抗拉和弯曲强度有所提高;而长纤CF/PSF复合材料的力学性能比纯PSF大大提高,其层间剪切强度为树脂基体PSF抗拉强度的80%左右。CF/PSF复合材料的破坏均呈现出纤维—树脂界面脱粘现象。CF/PSF复合材料比纯PSF具有更优异的耐磨性能和更高的热形变温度。     

聚硅氧烷改性环氧树脂对玻璃纤维/酚醛复合材料高温残余强度的影响

ASTM 3059-18标准将高温残余力学性能纳入树脂基复合材料阻燃指标，突破了复合材料传统化学阻燃概念，标志着结构阻燃概念得到了设计方的重视。本文将自制的聚硅氧烷改性环氧树脂(EP-Si)与酚醛树脂(PF)共混，并辅以无机粉料和玻璃纤维增强体，通过力学性能、热失重(TGA)、锥形量热(CCT)和扫描电镜(SEM)等测试方法，研究了EP-Si和无机粉料对玻璃纤维/酚醛复合材料高温残余强度的影响。实验结果表明：当EP-Si用量为40wt%，复合材料的常温及高温残余弯曲强度分别为384.4 MPa、53.3 MPa，相比PF复合材料提高了78.7%、85.1%；辅以适当比例无机粉料，高温残余弯曲强度最高可达85.1 MPa，相比PF复合材料提升了195.5%。高温处理后含硅PF复合材料厚度膨胀而PF复合材料厚度收缩；含硅PF复合材料的热解残留率更高，表层氧化降解更快，但内层生成CO含量低于PF复合材料；含硅树脂基体的无机热解产物保护了内层树脂和纤维，原位热解无机产物分布更均匀、与无机粉料相容性好及可能存在的共烧结作用进一步隔离了氧气侵入，提高了结构完整性和高温残余强度。     

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。      

原位阴离子开环聚合法制备连续玻璃纤维增强阴离子聚酰胺-6复合材料及其性能

采用原位阴离子开环聚合法制备了连续玻璃纤维(GF)增强阴离子聚酰胺-6(APA6)复合材料,考察了催化剂配比和聚合温度对APA6树脂转化率和分子量的影响,采用DSC和TGA研究了聚合温度和时间对连续GF/APA6复合材料结晶度的影响,进一步探讨了聚合温度和时间对连续GF/APA6 复合材料力学性能的影响,采用SEM观察了复合材料的拉伸断裂形貌。结果表明: 当聚合温度为150 ℃,聚合时间为45 min时,连续GF/APA6 复合材料的力学性能达到最高,材料的拉伸强度为538.1 MPa,弯曲强度为497.2 MPa,层间剪切强度为52.5 MPa;SEM分析表明,APA6树脂基体与玻璃纤维具有较好的结合性。     

碳纤维布增强的改性含硅芳炔树脂基复合材料的制备和性能

先合成双酚A型含硅芳炔醚(SAPE-BA)和二苯醚型含硅芳炔醚(SAPE-DPE)树脂并表征其结构,再将其与含硅芳炔树脂(PSA)共混得到改性树脂PSA/SAPE-BA和PSA/SAPE-DPE,用热模压法制备碳纤维布增强的改性PSA树脂基复合材料,研究了改性PSA树脂的加工工艺性能、热性能、力学性能和复合材料的力学性能。结果表明,与PSA树脂相比,改性PSA树脂不但具有较好的加工性能,还具有较好的耐热性能。两种改性PSA树脂的玻璃化转变温度(Tg)都高于500℃,在氮气中5%热失重温度(Td5)分别达550℃和590℃;这两种改性树脂浇注体的弯曲强度分别提高了78.3%和54.2%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-BA共混树脂基复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别提高了38.4%和33.5%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-DPE树脂复合材料的弯曲强度和ILSS分别提高了23.4%和21.8%。     

热塑性聚胺醚及其原位聚合复合材料的性能研究

以双酚A缩水甘油醚(DGEBA)和乙醇胺为单体合成了热塑性聚胺醚,并采用原位聚合的方法制备了连续玻璃纤维增强复合材料。研究了不同配比的DGEBA和乙醇胺对聚合物的流变性能、反应特性、力学性能和热性能的影响,并用红外光谱法(FT-IR)对聚胺醚进行了结构分析,对原位聚合制备的复合材料进行了力学性能、动态热机械性能和界面性能分析。结果表明:在DGEBA/乙醇胺摩尔比1∶1.07时,单体反应较为完全;拉伸强度为51.7MPa,有良好的力学性能;玻璃纤维增强复合材料为41.46MPa,弯曲强度为489MPa,是一种性能良好的纤维增强热塑性树脂基复合材料。     

热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响

采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。     

尼龙基导热复合材料制备与性能研究

以PA6为基体树脂,不同粒径氮化硼(BN)、碳纤维(CF)复配作为基体填料,经熔融混炼模压成型制得高导热复合材料。利用热流法导热系数测试仪(DRL-II)、动态热机械分析仪(DMA)、扫描电子显微镜(SEM)、热变形温度试验机、热重分析仪(TG)对复合材料的储存模量、导热性能、微观结构、热变形温度和热稳定性能进行了表征。结果表明:碳纤维和氮化硼均匀分散在基体树脂中,不同粒径复配的氮化硼能更好的提高复合材料的导热性能。碳纤维的加入不仅增加复合材料的拉伸强度,同时起到基体内部导热网链的串联作用,基体导热性能进一步提高,制得的复合材料导热系数达到2.307W/(m·k),为纯尼龙导热系数的近十倍,复合材料的热变形温度为179.8℃。     

腰果酚接枝丁腈橡胶及其改性酚醛树脂基摩擦材料制备与性能

利用溶液接枝法制备腰果酚(Cardanol)接枝液体丁腈橡胶(C-g-LNBR);并分别以LNBR、C-g-LNBR为增韧体,通过原位聚合制备改性酚醛树脂(PF);再以改性PF为基体,采用热压成型制得摩擦材料.利用红外光谱法和称量法对C-g-LNBR进行表征;采用光学显微镜观察橡胶相在基体中的分散性,用差示扫描量热与热重分析基体的热性能;研究了LNBR与C-g-LNBR对PF基摩擦材料的力学、摩擦性能影响;利用扫描电镜(SEM)观察磨损面的形貌.结果表明,Cardanol与LNBR发生了接枝反应,接枝率为4.22％;2％ C-g-LNBR比2％ LNBR在基体中具有更好的分散性,而2％-C-g-LNBR/PF比纯PF和2％-LNBR/PF的固化温度(Tcure)分别降低了3.3℃和2.6℃;与纯PF基和2％-LNBR/PF基摩擦材料相比,2 ％-C-g-LNBR/PF基摩擦材料的冲击强度分别提高了14.8％和7.3％,体积磨损率分别降低了13.6％和15.4％.通过SEM照片观察发现,2％-C-g-LNBR/PF基摩擦材料磨损面中的凹坑明显减少,磨损面连续性较好.     

功能化氧化石墨烯/聚氨酯-环氧树脂复合材料的制备及其性能

利用氧化石墨烯(GO)表面的羟基分别与硅烷偶联剂KH550、KH560反应,制备功能化氧化石墨烯(KH550-GO、KH560-GO),分析了GO功能化前后的微观结构变化;通过溶液插层法将GO加入到聚氨酯-环氧树脂(PU-EP)基体树脂中制备GO/PU-EP复合材料,并对其拉伸性能及热性能进行测试。研究结果表明,KH550、KH560成功对GO进行了功能化,并且与PU-EP复合材料相比,GO/PU-EP复合材料的拉伸性能和热性能均有明显的提高。其中,KH550-GO的加入对基体树脂力学性能和热性能的改善尤为明显。添加0.1wt%的KH550-GO,基体树脂拉伸强度和拉伸模量分别提高了39.0%和94.4%,同时初始热分解温度提高了12℃。     

腰果酚接枝丁腈橡胶及其改性酚醛树脂基摩擦材料的制备与性能

利用溶液接枝法制备腰果酚(Cardanol)接枝液体丁腈橡胶(C-g-LNBR);并分别以LNBR、C-g-LNBR为增韧体,通过原位聚合制备改性酚醛树脂(PF);再以改性PF为基体,采用热压成型制得摩擦材料。利用红外光谱法和称量法对Cg-LNBR进行表征;采用光学显微镜观察橡胶相在基体中的分散性,用差示扫描量热与热重分析基体的热性能;研究了LNBR与C-g-LNBR对PF基摩擦材料的力学、摩擦性能影响;利用扫描电镜(SEM)观察磨损面的形貌。结果表明,Cardanol与LNBR发生了接枝反应,接枝率为4.22%;2%C-g-LNBR比2%LNBR在基体中具有更好的分散性,而2%-Cg-LNBR/PF比纯PF和2%-LNBR/PF的固化温度(Tcure)分别降低了3.3℃和2.6℃;与纯PF基和2%-LNBR/PF基摩擦材料相比,2%-C-g-LNBR/PF基摩擦材料的冲击强度分别提高了14.8%和7.3%,体积磨损率分别降低了13.6%和15.4%。通过SEM照片观察发现,2%-C-g-LNBR/PF基摩擦材料磨损面中的凹坑明显减少,磨损面连续性较好。     

剑麻纤维/纳米酚醛树脂复合材料的动态力学性能和热性能

分别采用碱、硅烷偶联剂(KH-550)对剑麻纤维(SF)进行表面处理,选用无机纳米SiO2改性的酚醛树脂(PF)作为基体树脂,通过模压成型工艺制备剑麻纤维/纳米酚醛树脂复合材料。分别采用动态力学分析(DMA)、热重分析(TG)研究纳米SiO2的加入及剑麻纤维处理方式对SF/PF复合材料动态力学、蠕变、应力松弛性和热性能的影响。结果表明,与未添加纳米SiO2的SF/PF复合材料相比,SF/纳米PF复合材料的储能模量达到4783MPa,提高了46.8%;与未改性SF/纳米PF复合材料相比,经过碱处理的SF/纳米PF复合材料玻璃化转变温度(Tg)达到261℃,提高了14℃;热失重研究结果表明,纳米SiO2的加入及剑麻纤维改性均能显著提高SF/PF复合材料的热分解温度。     

新型噁唑烷酮环氧树脂的合成与性能研究

采用双环氧化合物与甲苯二异氰酸酯合成了低粘度的、具有单一五元环结构的唑烷酮环氧树脂(OXEP);测试和分析了该树脂浇注体和T800碳纤维复合材料的力学性能,并通过差热扫描分析(DSC)和动态热机械分析(DMTA)分别考察了该树脂的固化反应特性和动态热力学性能。结果表明,该树脂反应活化能略高于双酚A型环氧树脂E51,浇注体具有优良的强度和韧性,且以该树脂为基体的T800碳纤维复合材料的层间剪切强度高,可作为T800碳纤维复合材料的基体树脂使用。     

氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的热性能和动态力学性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),通过超声分散与苯酚、甲醛进行原位聚合,将所得原位聚合树脂与其它填料一起通过辊炼、模压成型制备GO/酚醛树脂(PF)原位复合材料。研究GO含量对GO/PF原位复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响,使用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的冲击断面形貌。研究结果表明,当GO加入量为1%时,GO/PF原位复合树脂的初始热分解温度比纯酚醛树脂(PF)提高了55.8℃;当GO加入量为0.25%时,GO/PF原位复合材料的冲击强度提高18.6%;当GO加入量为0.5%时,GO/PF原位复合材料的储能模量比纯PF复合材料提高78.3%,Tg提高了8.9℃。SEM观察发现,GO/PF原位复合材料的冲击断面凹凸不平,表明GO的加入能有效提高PF复合材料的力学性能。     

聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究

以聚酰亚胺纤维为增强体,环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯和聚酰亚胺树脂为基体,通过模压成型法制备了4种聚酰亚胺纤维增强的树脂基复合材料。研究了4种基体树脂低聚物的固化行为和流变性能,并表征了4种相应树脂基复合材料的热学、力学、介电性能以及纤维与树脂之间的界面性能。结果表明:4种基体树脂低聚物最低黏度都低于15Pa·s,显示了良好的成型工艺性,环氧树脂基复合材料的力学性能最好,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别达到716MPa、54.9GPa和56.5MPa;聚酰亚胺树脂基复合材料的耐热等级最高,玻璃化转变温度大于300℃;氰酸酯树脂基复合材料的介电性能最优,介电常数在低频段低于3.3。     

纳米Si_3N_4/双马来酰亚胺/氰酸酯树脂复合材料的性能

双马来酰亚胺树脂预聚体改性的氰酸酯树脂(BMI/CE)具有良好的机械性能和热性能,是一种多功能复合材料树脂基体。本文研究了纳米Si3N4的含量对BMI/CE复合材料力学性能和摩擦学性能的影响,并通过扫描电镜和透射电镜分析了复合材料的增韧机理、磨损机理以及纳米Si3N4在基体中的分散性。结果表明:纳米Si3N4可显著改善复合材料的力学性能和摩擦学性能。当纳米Si3N4含量为3.0wt%时,复合材料的力学性能和摩擦学性能最好。相对于BMI/CE树脂基体,复合材料的冲击强度提高了36.0%,弯曲强度提高了21.8%,摩擦系数降低了25.0%,磨损率降低了77.9%。纳米Si3N4粒子可较好地分散在树脂基体中,起到均匀分散应力的作用,从而增强材料的韧性;BMI/CE树脂为塑性变形和粘着磨损,而纳米Si3N4含量为3.0wt%时复合材料为粘着磨损。     

球磨法制备氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的力学性能和动态力学性能

为了解决氧化石墨烯(GOs)的制备及在聚合物复合材料中的分散问题,文中采用球磨法制备GOs,通过原位聚合法制备GOs/酚醛(PF)原位树脂,通过辊炼、模压成型工艺制备GOs/PF原位复合材料。研究GOs添加量对酚醛复合材料力学性能和动态力学性能的影响,采用X射线衍射和Raman光谱对GOs结构和性能进行表征,采用凝胶渗透色谱、差示扫描量热分析和热重分析对原位树脂相对分子质量、固化性能和热性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料的冲击断面进行形貌观察。结果表明,GOs添加量为0.25%时,GOs/PF原位复合材料的冲击强度、弯曲强度和储能模量相比纯酚醛复合材料分别提高了21.8%,13.8%和25.8%。扫描电镜结果表明,GOs/PF原位复合材料的断面上可见明显的片状GOs。     

镁铝尖晶石对磷酸二氢铝固化作用研究

首次采用镁铝尖晶石粉体为反应助剂开展了水溶性磷酸二氢铝溶胶的低温固化作用研究,并制备了石英织物增强磷酸铝基复合材料。通过XRD、TGA-DSC、SEM等分析测试手段,研究了尖晶石粉体对磷酸二氢铝树脂的固化温度、固化产物及最佳计量比,探讨了尖晶石固化磷酸铝复合材料的内部结构、力学强度及抗吸湿性能。结果表明,采用镁铝尖晶石为磷酸铝树脂固化助剂,可以实现酸式磷酸二氢铝树脂在170℃附近中低温脱水交联固化,并有利于减少基体内生孔洞缺陷;尖晶石参与反应时固化产物为低温石英型磷酸铝(B-AlPO_4)和单斜磷酸镁(Mg_3(PO_4)_2),阻止了低温下Al(H_2PO_4)_3向亲水型多聚磷酸盐的转变,改善了复合材料抗吸湿性能;当尖晶石添加量达到18%时,复合材料力学性能最佳,室温弯曲强度达到165 MPa、800℃弯曲强度达到75 MPa,且材料介电性能保持稳定(介电常数3.5～3.6、损耗角正切值0.01)。