倍半硅氧烷改性E-51/DDS树脂体系的性能研究

用自制的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基倍半硅氧烷为改性剂,对双酚A缩水甘油醚型环氧树脂E-51进行改性,两者配比为60/40(质量比),选用等当量的4,4'-二氨基二苯砜(DDS)为固化剂,形成环氧-倍半硅氧烷杂化材料.通过凝胶特性曲线、傅立叶变换红外光谱(FTIR)以及差示扫描量热方法(DSC)研究了该体系的固化反应特性及动力学问题;初步研究了固化体系的力学性能以及热性能.结果表明,该体系具有较好的工艺性,其固化反应的活化能是 48.7 kJ/mol,体系的热变形温度(HDT)达到200℃,热分解温度达到442℃,玻璃化转变温度(Tg)达到245℃,比相同条件下的E-51/DDS体系分别高出了31,58,20℃,体系在800℃时热残余量为25%,同时其弯曲强度和冲击强度基本保持不变.     

含金刚烷结构胺类固化剂的制备与性能

以1,3-二溴金刚烷为原料,合成了一种环氧树脂固化剂1,3-二[4-(4-氨基苯氧基)苯基]金刚烷(BAPPA),并采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振波谱等对其结构进行了表征,用差示扫描量热分析研究了环氧树脂(E51)/BAPPA体系的固化反应动力学,根据Kissinger方程计算出体系的反应活化能为43.57kJ/mol。对E51/BAPPA固化物的耐湿热性能、动态热机械性能、力学性能、介电性能的表征结果表明,环氧树脂固化物的拉伸强度为98MPa,玻璃化转变温度(Tg)为176.3℃,Td5高达406℃,吸水率、介电常数比相同条件下E51/DDM固化物分别降低了34.9%和15.7%。     

纳米氧化铝颗粒增强TDE-85型环氧树脂的固化动力学和力学性能研究

用超声分散法和程序温度固化制备了纳米氧化铝颗粒增强TDE-85型环氧树脂复合材料,研究了添加纳米氧化铝颗粒对环氧树脂固化动力学和力学性能的影响.根据示差扫描量热法(DSC)曲线,由Kissinger方法和Ozawa方法计算了固化体系固化反应的活化能,用Kissinger公式计算了Arrhenius指前因子,并用Crane方法计算了固化体系的反应级数.研究结果表明,添加纳米氧化铝颗粒增加了体系固化反应的活化能,但对反应级数和Arrhenius指前因子的影响较小;当纳米氧化铝添加量为1wt%(环氧树脂的质量分数)时,复合树脂的拉伸强度提高19%;伸长率提高34.5%.     

双酚A型二醚二酐的合成及对环氧树脂固化的影响

以4-氯代邻苯二甲酸酐(4-CPA)和双酚A为主要原料,经缩合、水解、酸化、脱水,合成了双酚A型二醚二酐(BPADA),并用核磁共振氢谱和红外光谱对产物的结构进行了表征。利用差示扫描量热分析和动态力学分析方法研究了BPADA作为E-51环氧树脂的固化剂并与邻苯二甲酸酐(PA)进行了比较,考察了2种固化体系所得产物的力学性能。结果表明,采用四步法成功合成出了BPADA,2种体系的固化反应活化能和反应级数相近,但BPADA体系活化能稍高于PA体系,且PA体系具有更高的反应速率。BPADA体系固化物的Tg比PA体系提高了40℃。相比PA体系,BPADA体系的冲击强度提高了35%,而弯曲性能略有下降,E-51/BPADA固化体系的冲击断面呈典型的韧性断裂,而E-51/PA固化体系呈典型的脆性断裂。     

玻璃纤维/环氧树脂复合材料的微波固化行为及力学性能

采用微波固化技术,对玻璃纤维/环氧树脂复合材料进行固化试验研究,运用红外测温方法、差示扫描量热仪、力学拉伸试验机和扫描电子显微镜等试验手段分析其固化行为及微观形态,对固化试样进行了力学性能测试,并与热固化试样进行了对比。研究结果表明,微波固化能显著提高固化反应速率,相比热固化缩短了78%的固化时间;微波固化复合材料具有比热固化复合材料高的玻璃化转变温度(Tg);微波固化试样的拉伸强度能达到热固化试样的85%,而面内剪切强度却要高于热固化试样约5%。扫描电镜分析表明微波固化试样树脂基体与纤维的粘接情况要稍好于热固化试样。     

TiO_2对挤压铸造Al_2O_(3p)/钢基复合材料组织与力学性能的影响

在预制坯中加入TiO_2粉末,利用挤压铸造法制备Al_2O_3颗粒增强1065钢基复合材料,研究TiO_2对复合材料组织与力学性能的影响。结果表明:TiO_2使基体与Al_2O_3的结合界面形成了TiO_2、Al_2TiO_5界面层;添加TiO_2的复合材料硬度和三点弯曲强度分别为39.0HRC,743.94MPa,比未添加TiO_2的复合材料分别提高了10.0%,26.4%;断口扫描表明,添加TiO_2的复合材料界面结合良好无裂纹,Al_2O_3颗粒表现为穿晶断裂。说明加入的TiO_2改善了Al_2O_(3p)/钢基复合材料界面结合强度,提高了复合材料力学性能。     

双马来酰亚胺改性环氧树脂固化反应行为及性能研究

采用双马来酰亚胺（BMI）改性环氧树脂（TDE-85）／芳香胺（DAMI）固化体系。用差式扫描量热法（DSC）对树脂体系的固化反应行为与固化动力学进行了分析，考察了BMI含量对改性体系性能的影响。结果表明，随着体系中BMI比例的增加，体系固化放热峰向高温区移动，总反应热减小，固化物的耐热性和力学性能明显提高；根据Kissinger方法求得改性前后体系固化反应的表现活化能△E分别为52．46和57．72kJ／mol；根据Crane理论计算得到改性体系的固化反应级数n为0．88，固化反应过程为多级反应。     

Eu_2O_3掺杂量及烧结温度对氧化铝基微波陶瓷性能的影响

选用MgO-CuO-TiO_2-Eu_2O_3添加剂作为氧化铝陶瓷的烧结助剂,在空气气氛下经过常压烧结制备Al_2O_3陶瓷。采用XRD,SEM及EDS等方法研究Eu_2O_3掺杂量以及烧结温度对Al_2O_3基微波陶瓷样品物相组成,微观结构和介电性能的影响。结果表明:添加Eu_2O_3的Al_2O_3陶瓷中,均存在Al2Eu2O9次晶相,且随着Eu_2O_3含量的增加,Al2Eu2O9相增加;随着Eu_2O_3添加量的增加,Al_2O_3陶瓷试样致密度先增加后降低;随着烧结温度的增加,Al_2O_3陶瓷的介电常数和品质因数Q·f值先增加后降低。烧结温度为1450℃,Eu_2O_3添加量为0.25%(质量分数)时,烧结体的相对密度达到最大值98.21%,且Al_2O_3陶瓷的介电性能较好:介电常数为10.05,品质因数Q·f为37984GHz。     

羧甲基纤维素钠对环氧树脂固化行为及性能的影响

用热分析法研究羧甲基纤维素钠(CMC)对环氧树脂E44/二氨基二苯基甲烷(DDM)体系固化行为和性能的影响。差示扫描量热法(DSC)非等温固化反应动力学研究表明,CMC的加入对固化反应有促进作用。Starink方程计算了E44/DDM体系活化能为51.14 kJ/mol,CMC加入后活化能为40.52 kJ/mol-51.01 kJ/mol。用n级非等温动力学分析,获得了固化反应的动力学参数。热重分析(TGA)表明,CMC的加入有利于提高环氧树脂固化物的热稳定性。动态力学性能(DMTA)分析表明,CMC和环氧树脂体系相容性很好,且CMC的加入增大了环氧树脂固化物的储能模量,而对玻璃化转变温度影响较小。     

固化方式对三维浅交弯联机织复合材料弯曲性能的影响

本文以2400tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型。复合材料固化过程分别使用传统热固化、真空条件下热固化和微波固化三种方式进行,制备出三维浅交弯联机织复合材料。分别考察复合材料在热定型过程中的温度变化情况,复合材料的弯曲力学性能及破坏断面,比较三种方法对复合材料性能的影响。结果表明:采用微波固化方式对复合材料进行复合成型,其在升温速度、弯曲性能和纤维与树脂间的界面性能等方面均明显好于真空固化和热固化等方式。     

Al-Ti体系原位合成Al_3Ti/ADC12复合材料

在超声场下,以Al-Ti为反应体系,采用熔体直接反应法原位合成Al_3Ti/ADC12复合材料。研究Ti加入量、超声时间以及功率对复合材料的显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着超声功率的逐渐增加,Al3Ti颗粒尺寸变得愈加细小,分布也变得更为均匀;并且Ti的加入能够细化基体组织中的α-Al相,使其由原来的粗大树枝状逐渐转变为细小枝晶状、蔷薇状甚至近球状。然而,随着超声时间的增加,超声效果会出现先加强后减弱的趋势。Al_3Ti/ADC12复合材料的力学性能变化趋势与其组织变化趋势相一致,当Ti添加量为3%(质量分数)、超声功率为1.5kW、超声频率为20kHz、超声时间为6min时,其综合性能较好,抗拉强度达到247.34MPa,伸长率达到2.31%,比未施加超声的复合材料分别提高了21.3%和50.0%。     

SiC_W含量对SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷力学及高温微波性能影响

以α-Si_3N_4粉、β-SiC_W为原料,Al_2O_3、Y_2O_3为烧结助剂,采用凝胶注模工艺制备了SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷材料,烧结温度为1 650℃,保温1.5h。研究了SiC_W加入含量对SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷的微观结构、力学及常温/高温微波吸收性能的影响。结果表明:随着SiC_W含量的增加,SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都有先増后减的趋势,当含量为10wt%时,抗弯强度达到最大值505MPa,断裂韧性达9.515MPa·m1/2。常温介电常数在SiC_W含量为10wt%时,实部达最大值12,在12GHz最大吸收值为-21dB。高温介电常数随着SiC_W含量的增加有先增后减的趋势,在含量为10wt%时,实部达到最大值12.5。相比于纯Si_3N_4陶瓷,当SiC_W含量为10wt%时,SiC_W/Si_3N_4复合陶瓷在11.7GHz左右最大吸收可达-27dB,有效吸收频带(小于-5dB)为11.2~12.3GHz。     

纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能

本实验制备了纳米Al_2O_3/聚醚砜-环氧树脂复合材料,考察了不同纳米氧化铝和聚醚砜的用量对复合体系力学和介电性能的影响,并对其热稳定性能进行了研究。结果表明:当添加1phr纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)和5phr聚醚砜(PES)时,三元复合材料EP/5PES/1Al_2O_3的拉伸强度提高到58 MPa,断裂伸长率达到13%,冲击强度达到16.2kJ/m~2,相比纯环氧树脂分别提高了61.1%、20.3%和8.0%。而且在100Hz的室温测试条件下,EP/5PES/1Al_2O_3材料的介电常数和介电损耗分别达到7.6和0.016,较纯环氧树脂均有一定幅度的增加。热重分析(TG)结果表明,EP/5PES/1Al_2O_3复合材料的初始分解温度为358℃,比纯环氧树脂提高了14℃,说明热稳定性有较大幅度的提高。     

Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维对铝合金基复合材料的增强作用

采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维具有良好的分散性,在超声分散及机械搅拌混粉后均匀吸附在铝合金颗粒表面,无分层及团聚现象;经热压烧结后,Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维以短纤维形态均匀分散在铝合金基体内,少量添加Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维起到了桥联和孔洞填充作用,使复合材料致密度和硬度提高;添加质量分数为1wt%时,抗拉强度和延伸率取得最大值,由铝合金的249.3 MPa、2.9%增加到299.1 MPa、4.3%。Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维的添加可以细化晶粒,阻碍裂纹扩展,且在拔出/断过程中Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维芯-壳结构的塑性变形起到了增强增韧作用。      

几种国产高模碳纤维特性实验分析

采用SEM、金相显微镜、AFM、XPS、XRD表征了3种国产（CCM40J,CCM40,CCM46J）和1种进口（东丽M40JB）高模碳纤维的表面特性及结晶结构,并对高模碳纤维与环氧树脂的微观界面及复丝力学性能进行了研究。结果发现:高模碳纤维的表面都存在明显沟槽,但表面粗糙度差异不大,均有圆形、腰果形、椭圆形等截面形状;表面主要含C、O、N、Si 4种元素,M40JB的O/C比和活性碳原子含量都高于国产高模碳纤维;按M40JB、CCM40J、CCM40、CCM46J的顺序,石墨微晶尺寸越来越大,石墨化程度增高,M40JB的取向度最小,CCM46J的取向度最大,而CCM40J与CCM40的取向度相近;表面能大小顺序为M40JB > CCM40 > CCM46J > CCM40J,80 ℃时与环氧树脂E51、固化剂4,4'-二氨基二苯砜（DDS）的树脂体系E51-DDS和4,4'- 二氨基二苯甲烷环氧树脂（AG80）、固化剂DDS的树脂体系AG80-DDS的动态接触角均在35°~50°之间,说明浸润性良好;CCM46J与E51-DDS的界面剪切强度（IFSS）最高,M40JB与AG80-DDS的界面剪切强度最高;国产3种高模碳纤维复丝的拉伸强度和拉伸模量都高于M40JB,其中CCM40J的拉伸强度最高,CCM46J的拉伸模量最高;所测高模碳纤维复丝的压缩强度能达到各自拉伸强度的44%~53%,CCM46J复丝的压缩强度最高。      

Comparison of the mechanical and physical properties of a carbon fibre epoxy composite manufactured by resin transfer moulding using conventional and microwave heating

Microwave processing holds great potential for improving current composite manufacturing techniques, substantially reducing cure cycle times, energy requirements and operational costs. In this paper, microwave heating was incorporated into the resin transfer moulding technique. Through the use of microwave heating, a 50% cure cycle time reduction was achieved. The mechanical and physical properties of the produced carbon fibre/epoxy composites were compared to those manufactured by conventional resin transfer moulding. Mechanical testing showed similar values of flexural moduli and flexural strength for the two types of composites after normalisation of the corresponding data to a common fibre volume fraction. A 9% increase of the interlaminar shear strength (ILSS) was observed for the microwave cured composites. This enhancement in ILSS is attributed to a lowering of resin viscosity in the initial stage of the curing process, which was also confirmed via scanning electron microscopy by means of improved fibre wetting and less fibre pull-out. Furthermore, both types of composites yielded minimal void content (<2%). Dynamic mechanical thermal analysis revealed comparable glass transition temperatures for composites produced by both methods. A 15 °C shift in the position of the β-transition peak was observed between thermally and microwave cured composites, suggesting an alteration in the cross-linking path followed.     

乙烯基侧链环氧树脂对E-51/NBR体系的影响

采用新型乙烯基侧链环氧树脂(VE)与E-51环氧树脂/液体丁腈橡胶体系共混,用万能材料试验机、动态力学分析仪和扫描电镜表征了VE的含量对树脂/橡胶体系力学性能、玻璃化转变温度(Tg)、微观相态结构的影响.结果表明,利用VE与E-51、丁腈橡胶良好的相容性可以显著改善树脂/橡胶体系的相容性;添加了VE后,用液体丁腈橡胶改性过的环氧树脂韧性提高,并保持了较好的力学强度;当VE/E-51=4/6,NBR含量为20%(wt)时,其拉伸强度比纯E-51/NBR体系提高11.9%,弯曲强度提高31.3%,断裂伸长率提高14.8%;体系的Tg、微观相态结构都随VE的含量呈现出有规律的变化.     

CSW/POE-g-MA/PA6三元复合材料的结构和性能

采用马来酸酐接枝乙烯一辛烯共聚物(POE-g-MA)对CaS04晶须/尼龙6(CSW/PA6)共混物增韧改性,研究了csw/PA6和CSW/POE-g-MA/PA6复合材料的力学性能、热性能、形貌和加工性能.适量添加CSW可同时提高PA6的刚性和韧性.与纯PA6性能比较,10％CSW/PA6的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别增大7.5％、9.1％、21.1％和11.6％;当CSW含量增至30％,CSW/PA6的韧性明显降低.POE-g_MA可促进PA6基体中csw的均匀分散,增强CSW与PA6的界面粘附,提高CSW/PA6 (30/70)的冲击韧性.源于CSW和POE-g-MA的协同作用,CSW/POE-g-MA/PA6 (30/5/65)的冲击强度和弯曲模量与纯PA6相比较,分别提高了36.8％和22.1％,拉伸和弯曲强度接近纯PA6.     

Al-Ti-TiO2体系自蔓延高温合成及机理

采用自蔓延高温合成技术制备了TiAl/Al2O3复合材料,研究了原料配比对合成过程及产物特征的影响,结果表明,随着Al2O3含量的增加,燃烧温度和燃烧速度均增大,材料的致密度得到改善。Al2O3颗粒尺寸小于1μm,分布于基体交界处,有一定程度的团聚。通过差热分析研究了Al-Ti-TiO2体系反应过程,发现Al-TiO2还原较晚开始,但由于激活能低而速度较快,因此较早完成,TiAl3最早生成,但只作为中间产物存在,随后向TiAl和TiAl3相转变的过程为控制环节,其激活能也体现为总反应的激活能。     

Phase growth patterns for Al_2O_3/GdAlO_3 eutectics over wide ranges of compositions and solidification rates

Phase selection and growth characteristics of directionally solidified Al₂O₃/GdAlO_3(GAP)faceted eutectic ce ramics are investigated over wide ranges of compositions and solidification rates to explore the eutectic coupled zone.Through the obse rvation of the quenched solid-liquid interface,the competitive growth of primary faceted Al₂O₃phase,prima ry non-faceted GAP phase and Al₂O₃/GAP eutectic with diffe rent morphologies is detected.Microstructure transitions from wholly eutectic to primary Al₂O₃(GAP)dendrite plus eutectic and then to wholly eutectic are found in Al₂O₃-2 O mol%Gd₂O₃hypoeutectic(Al₂O₃-26 mol%Gd₂O₃hypereutectic)ceramics with the increase of solidification rate.The dendrite growth of faceted Al₂O₃and non-faceted GAP phases are well predicted by KGT model,which have introduced appro p riate dimensionless supersaturationΩto characterize the anisotropic growth of dendrites.Based on the maximum interface temperature criterion,the competitive growth of primary phase and eutectic is analyzed theoretically and the predicted coupled zone of Al₂O₃/GAP eutectic ceramics is in good agreement with the experimental results.Besides,the influence of microstructure with these different morphologies on the flexural strength of Al₂O₃/GAP eutectic ceramics is studied.