碳纤维复合材料发动机壳体用高性能树脂基体的研制

在综合考虑树脂黏度、力学性能、耐热性能的基础上。开发了适用于碳纤维复合材料火箭发动机壳体温法缠绕成型工艺用耐高温和韧性环氧树脂基体。用差示扫描式量热法(DSC)、傅里叶红外光谱FT—IR等分析技术对该韧性树脂基体的固化反应动力学参数、树脂基体固化物的性能和复合材料的性能进行了系统的研究。结果表明，该韧性树脂基体黏度低，适用期长，韧性好，与碳纤维界面粘接强度高，所制得的复合材料火箭发动机壳体纤维强度转化率高。为今后相关方面的研究指明了方向。     

上浆剂类型对碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料性能影响

本文研究了乙烯基酯树脂固化工艺,并根据固化工艺制备出不同上浆剂的碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料,并对复合材料进行了力学性能和热稳定性能测试,结果表明水性聚氨酯上浆剂碳纤维较水性环氧上浆剂碳纤维制备的碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料拉伸强度提升了16%,弯曲强度提高10%,层间剪切强度提高19%,并采用扫描电镜(SEM)分析了两种上浆剂碳纤维制备的碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料的层间剪切断面的表面形态,发现聚氨酯上浆剂的碳纤维能够与乙烯基酯树脂有更好的界面结合性能。     

热压罐始加压预浸料用高温树脂体系的制备与性能研究

本文设计合成了一种噁唑烷酮环结构高温韧性环氧树脂(OXEP),采用化学流变剂调节和OXEP改性四官能团环氧树脂,制备符合热压罐始加压成型工艺的热熔法专用树脂体系。研究了OXEP含量对树脂体系拉伸性能、韧性和耐热性的影响,利用热压罐始加压成型工艺制备碳纤维复合材料,并与常规热压罐工艺复合材料力学性能进行对比。结果表明:化学流变剂反应120 min可达到始加压工艺要求;OXEP的加入可有效改善固化树脂的力学性能,加入OXEP改性环氧32 phr时,改性树脂的拉伸强度和冲击强度相对于未改性树脂分别提升了29%和73%,断裂韧性提高了3.3倍;改性树脂试样断裂面微观形貌较为粗糙,且有较深的沟壑,断裂耗散的能量较多,增韧效果明显;热压罐始加压热熔法复合材料力学性能优于常规热压罐工艺,复合材料0°拉伸强度和层间剪切强度提升明显,分别提高了34.5%和38.6%。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性,分析了该固化体系浇铸体的性能;并以碳纤维(T-700S)为增强材料,采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-3/T-700S复合材料,研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能,并对弯曲断面进行分析。研究结果表明,WBS-3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好,适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺;由此制得的WBS-3/T-700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能,其弯曲强度为1434MPa,拉伸强度为1972MPa,剪切强度为76.1MPa,玻璃化温度(Tg)超过210℃;该WBS-3/T-700S复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。     

快速拉挤用环氧树脂体系TTT图构建及应用

拉挤成型复合材料由于其质量轻、强度高、生产成本低等优点被广泛应用。拉挤成型用树脂基体是影响复合材料工艺和性能的关键因素，掌握其在成型固化过程中的凝胶化和玻璃化行为对工艺制定和提高复合材料性能具有重要意义。文中制备了快速拉挤成型环氧树脂基体，采用动态差示扫描量热仪(DSC)和半经验的唯象模型研究了树脂固化度和固化时间、温度之间的关系，绘制了等固化度曲线；采用恒温DSC得到了基于DiBenedetto经验方程的玻璃化转变曲线；通过测试树脂的凝胶点，研究了凝胶时间和温度的关系。综合上述工作绘制了拉挤树脂体系的TTT(Time-Temperature-Transition)图，由TTT图确定了拉挤速度及模具温度设置。依据确定的工艺参数制备了拉挤板材，经超声扫描和DSC测试，复合材料内部无空隙，玻璃化转变温度达到了树脂完全固化水平。     

碳纤维复合材料壳体湿法缠绕用高性能树脂基体的研究

树脂基体的低黏度和长适用期是大型固体火箭发动机复合材料壳体长周期湿法缠绕成型的基本保证。通过与高活性固化剂物理相容的活性溶剂的添加,研制出一种具有低黏度、长适用期、优异力学性能及耐热性能的环氧树脂基体。采用差式扫描量热法（DSC）、动态热机械仪（DMA）、万能材料试验机、水压爆破系统等对该树脂体系的固化行为、黏度、浇铸体力学及耐热性能和碳纤维增强复合材料力学性能、容器爆破性能进行了系统的研究。结果表明,该树脂基体黏度低,黏度变化平缓,适用期超过10h,满足大型发动机壳体湿法缠绕成型工艺要求;且该树脂基体以及碳纤维复合材料具有优异的力学性能,缠绕成型的Ф150mm容器的容器特性系数>50km,纤维强度发挥率>90%。     

低成本中温固化湿法缠绕用树脂基体及其国产碳纤维复合材料

针对国产T700碳纤维、中温固化及湿法缠绕的特点,制备了一种适合国产T700碳纤维湿法缠绕用的低成本树脂基体,研究了树脂基体热性能、力学性能、使用期和成本,测试了该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料的力学性能。结果表明:该树脂体系耐热性良好且力学性能优异,适宜中温固化,粘度和使用期满足湿法缠绕工艺要求,成本降低超过65%;该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料力学性能优异,0°拉伸强度为1988.15 MPa,0°压缩强度为821.02 MPa,弯曲强度为1839.94 MPa,剪切强度为89.51 MPa。     

基于快速固化树脂体系的VARI工艺优化

复合材料成型工艺中,快速成型工艺有HP-RTM,湿法模压和SMC模压等,工艺的成型特点有:树脂固化速度快,生产节拍快,产品性能好等。常规复材成型工艺有RTM, VARI和手糊工艺等,但工艺中应用的树脂体系固化周期长,生产效率低,生产节拍长。在室温下,快速固化树脂的粘度高,操作时间短,凝胶时间快;而常规树脂的粘度低,操作时间长,但是固化时间较长。因此,本文探索了快速固化树脂体系与VARI工艺相结合的方法,制作了400*400*2 mm的碳纤维复合材料层合板。与普通VARI工艺相比,该方法注胶时间缩短了75%,固化速度提高了67%;而与HP-RTM相比,则大大降低了制作成本。快速固化树脂优化VARI工艺的方法,打破了快速固化树脂仅能应用到快速成型工艺的常规思想,缩短了VARI工艺的生产周期,提高了生产效率;此外,该优化工艺也可替代快速液体成型工艺进行前期测试样板的制作,以进行快速固化树脂与织物结合性、浸润性的验证,节省了模具制作、设备使用、试验材料耗费等成本。     

耐高温树脂的固化动力学分析及其力学性能

本文对一种耐高温环氧树脂体系进行了固化动力学研究,计算出该树脂体系的活化能为70.62kJ/mol、反应级数为0.93,并得到该体系的反应速率常数方程和动力学方程式,确定了树脂体系的固化工艺。还制备了T700碳纤维单向板,并对其力学性能进行测试。结果表明,该树脂体系具有优良的耐热性（树脂固化物的Tg达到218℃）、反应活性高,适用于快速成型固化工艺,其复合材料具有良好的力学性能。     

中温固化树脂基体的研究

MED—1树脂基体基本能满足中温固化成型工艺要求。浇注体具有较高的拉伸强度,优异的抗断裂韧性。该基体与E—玻璃纤维、碳纤维等增强材料粘接性好,复合材料成型工艺简便;单向复合材料的力学性能、热强度保持率及湿热强度保持率都比较高。     

深潜壳体用高模量树脂基体的研究——基体模量对复合材料抗压抗剪性能的影响

制备了高模量树脂基单向复合材料，测试了单向复合材料的纵向压缩性能和平面剪切性能。研究了基体模量对单向复合材料抗压强度及复合材料平面剪切性能的影响，结果表明：单向复合材料的抗压强度与基体模量成线性比例关系，随基体模量的提高而提高，复合材料的平面剪切性能与基体模量基本上呈线性关系，平面剪切强度亦随基体模量的提高而提高。以模量达５．３６ＧＰａ的环氧树脂作为复合材料的树脂基体制备的，单向玻璃纤维增强复合材料其抗压强度高达１．２９５ＧＰａ，碳纤维增强的复合材料抗压强度高达１．３７２ＧＰａ，与普通环氧树脂的单向复合材料相比，分别提高了５５％和４５．８％；复合材料的平面剪切强度达６４．５ＭＰａ，比普通环氧树脂复合材料的平面剪切强度提高了４４．３％，满足了深潜壳体对复合材料抗压强度的要求。     

Mechanical properties of hybrid structural composites reinforced with nanosilica

Epoxy‐based hybrid structural composites reinforced with 14 nm spherical silica particles were investigated for mechanical properties as a function of nanosilica loading fractions. Composites were fabricated using continuous glass or carbon fiber of unidirectional architecture and nanosilica dispersed epoxy, through resin film infusion process. Uniform dispersion of nanoparticles in resin matrix was ensured by an optimized ultrasound‐assisted process. Although resin viscosity marginally reduces in the presence of nanosilica enabling a better control in composite manufacturing process, glass transition temperature of epoxy remained unaffected at low weight fractions. Compressive strength of hybrid glass or carbon fiber/epoxy composites showed more than 30–35% increase with nanosilica at a concentration as low as 0.2 wt%. Tensile and compressive properties of hybrid composites in transverse direction to the reinforcement remained unaffected. POLYM. COMPOS. 37:1216–1222, 2016. © 2014 Society of Plastics Engineers     

一种低温固化的环氧树脂/碳纤维的制备及其性能研究

选用三乙烯四胺(TETA)、甲基六氢苯酐(MHHPA)、间苯二甲胺(MXDA)作为环氧树脂(EP)的固化剂,制备了一种固化温度为80℃的EP.研究表明,温度为80℃时,MHHPA不能单独固化该EP.少量的TETA或MXDA能够促进MHHPA对EP的固化,研究证明MHHPA和TETA或MXDA间生成了酰胺,TETA或MX...     

高性能、低成本复合材料用环氧体系的研究

通过凝胶化测试和示差扫描量热分析(DSC)研究了CYD128环氧树脂/部分钝化间苯二甲胺固化体系的反应特性,测试了该体系浇铸体的力学性能和耐热性。设计了一种新型低成本真空辅助传递模塑(VARTM)成型工艺并研究了该成型工艺对复合材料力学性能的影响。结果表明,浇铸体弯曲强度可达131.0 MPa,拉伸强度71.8 MPa,拉伸模量3.1 GPa,冲击强度37.5 kJ/m2,玻璃化温度(Tg)98.1℃。使用新工艺得到的复合材料力学性能优异,其中连续玻璃纤维、连续碳纤维增强复合材料弯曲强度分别达到950.2 MPa、1 097.4 MPa。     

一种回转体类构件用中低温固化环氧树脂体系研究

采用等温黏度实验和浇铸体力学性能测试来优选自制改性固化剂CUR–1的配比,通过不同升温速率下的固化过程差示扫描量热并对固化物进行傅立叶变换红外光谱分析,确定了体系的固化制度,研制出一种适用于发动机壳体或结构复杂的回转体类结构件的碳纤维湿法缠绕树脂基复合材料的中低温固化环氧树脂体系,用湿法缠绕工艺制作单向纤维缠绕成型复合材料环(NOL环)并进行了性能测试。结果表明:当CUR–1的含量为15份时,树脂体系具有适于湿法缠绕工艺的黏度和使用期,树脂可在80℃完全固化,同时浇铸体拉伸强度为84 MPa,拉伸弹性模量为3.8 GPa,断裂伸长率为5.4%,热变形温度为131℃。该树脂体系与纤维粘结性好,NOL环力学性能高,NOL环拉伸强度为2 451 MPa,拉伸弹性模量为146 GPa,层剪切强度为55 MPa。     

碳纤维/单分子环氧树脂基复合材料的研究

以流动性优异的单分子环氧树脂4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯为基体树脂,甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂,苄基二甲胺为促进剂,初步研究了其固化反应的化学流变特性,获得了基本的固化工艺。然后以T700S碳纤维平纹织物为增强材料,制备了2mm厚度的环氧/碳纤维复合材料层压板材。试验结果表明,通过稀释剂浸渍,复合材料中的CF质量分数可以达到70%以上。在完全无稀释剂时,CF的质量分数可以达到64%。复合材料的最高拉伸强度和弯曲强度分别为916MPa和1031MPa,其玻璃化转变温度为177℃。     

Preparation of multiscale graphene oxide‐carbon fabric and its effect on mechanical properties of hierarchical epoxy resin composite

Graphene oxide (GO) was used to modify the surface of carbon fiber layers through electrophoretic deposition, forming a multiscale reinforcement fabric. By adjusting the experimental parameters, the resulting GO‐carbon fabric showed productive and homogenous distribution of thin and less‐agglomerate GO platelets on carbon fiber surface, remarkably enlarging the surface area and roughness of carbon fabric. To investigate the effect of GO sheets on composites, GO‐carbon fabric and carbon fabric‐reinforced hierarchical epoxy resin composites were respectively manufactured. Mechanical tests demonstrated that after introducing GO flakes on carbon fabric, both the flexural strength and interlaminar shear strength of composite had achieved an increase, especially the interlaminar shear strength rising by 34%. Through fractography analysis, it was found that in pure carbon fabric‐reinforced epoxy composite, the fiber/matrix debonding fracture mechanism predominated, while after the GO decoration on carbon fiber surface, the composite featured a stronger interfacial bonding, leading to the enhancement in mechanical properties of hierarchical epoxy resin composite. POLYM. COMPOS., 37:1515–1522, 2016. © 2014 Society of Plastics Engineers     

Interaction between the reinforcement and matrix in carbon-fiber-reinforced composite: Effect of forming the thin layer of polyimide resin on carbon fiber by in situ polymerization

For the purpose of enhancing the reinforcement–matrix interaction in carbon-fiber-reinforced polymer composite, mechanical and spectroscopic studies were made on the epoxy resin composite reinforced with the carbon fiber coated with thin Layer of polyimide resin. On the loss modulus and loss tangent vs. temperature curves, a subtransition appears at a temperature above the primary transition. The T-peel strength of a laminated specimen and the fiber efficiency factors for modulus and strength are larger than those of the composite reinforced with nonpolyimide treated fiber. These results show the increased interaction between the epoxy resin and the carbon fiber coated with polyimide resin. The occurrence of specific interaction between an epoxy resin and the polyimide resin are recognized on fourier transform infrared spectra.     

TDE-85/AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析

选用两种耐高温多官能团环氧树脂TDE-5和AG-80为基体,T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板,纤维体积含量均为60％。实验测得TDE-85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74．26GPa,弯曲强度为1061．4MPa,层间剪切强度（ILSS）为54．05MPa;AG-80树脂基体复合材料单向板弯曲模量为55．73GPa,弯曲强度为840．52MPa,层间剪切强度（ILSS）为44．84MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度也分别高出后者26．3％、33．2％与20．5％。实验对弯曲试样断口微观形貌的受压部分和受拉部分进行了SEM和高倍数码显微镜观察。结果显示,AG-80树脂基与碳纤维的界面结合情况较差,纤维成束被拔出,纤维表面几乎没有树脂。TDE-85树脂基与碳纤维界面结合情况较好,纤维与树脂结合比较紧密,断面较为平整,只有少量纤维拔出,表面粘附大量树脂。