联苯聚芳醚酮-双马来酰亚胺复合树脂的分相行为和流变行为

离位复合增韧技术是本征脆性的热固性树脂基纤维复合材料提高韧性的有效解决方案,为了更好地结合离位增韧技术和树脂传递模塑(RTM)工艺制备高性能双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料,本文面向新型热塑性联苯聚芳醚酮(PAEK-B),研究了PAEK-B在BMI树脂及碳纤维复合材料中的分相行为及PAEK-B/BMI复合树脂的流变特性。结果表明,PAEK-B在BMI树脂的注射窗口温度保持一定时间后会发生分相行为,并在RTM工艺制备的碳纤维(CF)/PAEK-B/BMI复合材料中保持了分相结构。BMI树脂的注射温度会影响到PAEK-B在其中的溶解特性,注射温度升高会使BMI树脂的初始黏度变小,但PAEK-B/BMI复合树脂的黏度拐点时间会缩短;PAEK-B/BMI复合树脂符合Winter-Chambon准则,复合树脂的tanδ对频率没有依赖性,且复合树脂的凝胶活化能随着PAEK-B含量的增加逐渐增大。      

"离位"增韧ES-U3160/5284复合材料的制备及性能研究

通过扫描电子显微镜分析和树脂冲击性能测试,研究了聚醚砜(PES)对高温环氧树脂5284性能的影响及增韧机理,并基于"离位"增韧技术制备了具有增韧功能的ES-U3160织物。以ES-U3160织物作为增强体,采用树脂转移模塑成型(RTM)工艺制备了ES-U3160/5284复合材料,并对复合材料的韧性性能进行研究。结果表明:随着PES含量的增加,环氧树脂5284的冲击韧性大幅度提高;PES与5284树脂形成了双连续相结构,有效地阻止了裂纹的扩展,起到了增韧的作用。与未增韧复合材料相比,"离位"增韧ES-U3160/5284复合材料的I型层间断裂韧性(GⅠC)、Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)及冲击后压缩强度(CAI)都有较大的提高。     

双马树脂基复合材料低速冲击响应及冲击后压缩行为研究EI北大核心CSCD

制备了新型聚醚砜(PES)点阵附载U3160的ES^(TM)-fabric织物,PES附载量分别为15(ES-15),25(ES-25),35(ES-35)g/cm^(2)。采用RTM工艺制备了ES^(TM)-fabric织物增强双马来酰亚胺树脂(牌号:6421)基复合材料(ES^(TM)-fabric/6421),对其进行动态力学热分析(DMTA),还进行了冲击阻抗及冲击后压缩性能研究,并利用荧光显微镜分析其增韧机理,同时研究对比了未增韧U3160织物增强6421树脂基复合材料(ES-0)的性能。DMTA分析结果显示,ES-0仅有一个源于BMI基体树脂的玻璃化转变温度(T_(g)),增韧后复合材料出现了两个T_(g):191~195℃的松弛峰源于增韧剂PES,230~250℃的松弛峰源于BMI基体树脂。低速冲击结果显示,ES-0试样的初始损伤载荷(DTL)降低非常显著。增韧复合材料的DTL远高于ES-0试样,且与最高峰值载荷相同;随着增韧剂增多,DTL增大,冲击损伤面积减小。荧光显微结果显示:ES-0试样的冲击损伤以分层破坏为主。增韧复合材料在压头下方产生了大量层内和层间基体裂纹,且冲击背面的铺层破裂更加严重,其锥形冲击损伤范围要小于ES-0试样。ES-0试样的冲击后压缩强度(CAI)为144.66 MPa,增韧复合材料ES-15,ES-25和ES-35的CAI值分别依次增大为205.85,265.74 MPa和275.14 MPa。ES-0试样经冲击后压缩破坏后结构中出现了大量分层,结构无显著的劈裂;ES-15试样存在大量的纤维铺层劈裂及显著的基体裂纹;ES-25试样和ES-35试样以铺层剪切破坏为主,这些损伤会吸收大量能量,从而导致高的CAI值。     

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。     

结构化增韧层增韧RTM复合材料性能

从复合材料离位增韧思想出发,选用具有高孔隙率的尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,采用RTM工艺制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强环氧3266树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),并研究了其韧性相关性能和增韧机制。结果表明:U3160-PNF/3266复合材料层间仍保持其原有的结构形式,同时与层间树脂相互贯穿形成了一种非反应诱导相分离的双连续结构,并且这种双连续结构表现出显著的增韧效果。U3160-PNF/3266复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了1.1倍和1.4倍,冲击后压缩强度由212MPa提高到281MPa。     

RTM用ES-Fabric增强织物的制备及其复合材料性能研究

基于"离位"增韧技术,将"离位"增韧剂聚醚砜均匀地附载在增强织物上,制备具有增韧功能的ES-Fabric增强织物。以ES-Fabric增强织物作为增强体,采用垂直流动RTM工艺制备了"离位"增韧的不同树脂基(6421、3266和5284树脂)复合材料,并进行了性能研究,结果表明:垂直流动RTM工艺缩短了注胶时间,改善了"离位"增韧的RTM工艺,"离位"增韧的复合材料不仅提高了复合材料层压板的冲击损伤阻抗(用分层的投影面积超声C扫描来评价),也提高了层压板的冲击后压缩强度(用CAI值来评价),并且增韧后的复合材料的基本力学性能并没有降低。     

碳纳米管及炭纤维协同强韧双马来酰亚胺树脂复合材料

采用氨基化碳纳米管(CNTs)强韧双马来酰亚胺树脂(BMI)基体树脂,制备碳纳米管/炭纤维(CNT/CF)协同增强BMI的三相复合材料。结果表明,乙二胺以共价键的形式接枝到了MWCNTs表面,MWCNTs-NH2表面的N元素质量分数达3.53%;质量分数为0.5%MWCNTs-NH2的三相复合材料的弯曲模量、弯曲强度及冲击强度分别为43.85 GPa、1 160.62 MPa和28.50 kJ/m2,与CF/BMI复合材料相比,分别提高了49.56%、17.41%和19.65%。     

热塑性树脂增韧双马来酰亚胺树脂的研究

本文讨论了用热塑性(TP)树脂聚砜(PSF)和聚醚砜(PES)增韧双马来酰亚胺(BMI)树脂的研究.实验表明,增韧后的树脂在150℃的粘度小于0.5(Pa·S),其复合材料的成形压力为0.3～0.7(MPa),固化温度为180℃,上述特性满足热压罐成形的工艺要求.树脂的预浸料具有较好的粘性和铺叠性,贮存期一个月以上(室温).树脂保持了较好的耐热性能,可在177℃长期使用.其复合材料的冲击强度明显提高,经聚砜增韧后提高了90%.PSF的增韧效果比PES明显.研究表明,只有当TP树脂含量不低于15%时,方可获得较明显的增韧效果.TP树脂是以球形颗粒分散于BMI基体中,这些颗粒起到了抑止微裂纹扩展的作用.      

还原石墨烯复合材料的力学和电磁性能

采用水合肼对氧化石墨烯进行还原,获得2种含氧量不同的还原石墨烯(rGO),与双马来酰亚胺(BMI)树脂溶液混合并通过湿法预浸工艺制备碳纤维(CF)预浸料,采用热压成型工艺制备rGO-CF/BMI复合材料单向板。研究了rGO的还原程度及含量对复合材料力学性能、玻璃化转变温度及电磁性能的影响。结果表明:在较高温度下制得的rGO2比在较低温度下制得的rGO1具有更高的还原程度,rGO2在树脂中的分散性相对较差。当rGO1与rGO2的质量分数分别为0.1%和0.05%时,rGO1-CF/BMI复合材料和rGO2-CF/BMI复合材料的层间剪切强度分别达到最高,相对于CF/BMI复合材料均提高约14%,而弯曲性能和玻璃化转变温度基本不变。rGO2-CF/BMI复合材料的介电性能优于rGO1-CF/BMI复合材料,当rGO2的质量分数为0.1%时,在12.4~18.0GHz的频率范围内,rGO2-CF/BMI复合材料的介电常数实部较CF/BMI复合材料最高提高约6倍,介电损耗最高提高约3倍。在该频率范围内,rGO1-CF/BMI和rGO2-CF/BMI复合材料均呈弱磁性,对入射电磁波的作用为高反射、低吸收。      

T700/6421复合材料层合板“离位”増韧研究

基于树脂转移模塑(RTM)成型工艺,以聚芳醚酮(PAEK)作为"离位"増韧膜,将増韧膜置于T700碳纤维帘子布层间,并注入6421双马树脂成型复合材料层合板,研究増韧膜在RTM注射过程中的抗冲刷稳定性和不同増韧结构的低速冲击性能,分析了韧性层在复合材料层内的分布特征及冲击破坏机理。结果表明,热塑性韧性层在RTM快速注射过程中未随树脂流出,热塑与热固性树脂分别在层间及层内形成了连续相结构,层间増韧后的层合板冲击后压缩(CAI)强度提高26.5%,两种周期増韧结构对于CAI强度的提高程度相当。     

ESTM-fabric/3266复合材料低速冲击响应及冲击后压缩行为研究

基于“离位”技术,分别开发两种新型聚醚砜(PES)点阵附载型(ES-L)和PES无规附载U3160织物型(ES-R)ES^TM-fabric织物,采用RTM工艺制备ES^TM-fabric织物增强3266中温环氧树脂基复合材料(ES^TM-fabric/3266),对其进行冲击阻抗及冲击后压缩测试,并利用荧光显微镜、SEM结果分析离位增韧机理,还对比研究未增韧U3160织物增强3266中温环氧树脂基复合材料的性能。低速冲击测试结果表明:相比未增韧U3160/3266(ES-U),ES^TM-fabric/3266的起始损伤阈值载荷显著提高,冲击损伤面积明显减少,裂纹扩展更加平缓,且以层内基体裂纹、纤维束内的纤维-基体脱粘和局部铺层断裂为主。ES-L的CAI值比ES-U增大了37%。ES-R层间出现均布式相反转结构,ES-L层间存在硬相区(富BMI连续相)和软相区(富PES连续相/3266相反转结构);ES-L的相结构能够更加有效地缓解应力集中、耗散冲击能量,从而使其表现出最佳的损伤阻抗和损伤容限性能。     

Monitoring Phase Separation and Morphology of Thermoplastic PEK-C/Bismaleimide and its Carbon Fiber Composites

A self-designed optical microscope with a hot stage was used to monitor the phase separation process in high performance thermoplastic-thermoset blends of polyether-ether ketone (PEK-C) with a bismaleimide (BMI) resin used as resin transfer molding (RTM) processing.Two types of PEK-C,film and powder,were used to observe the developing morphology of the blends.The final morphology of the blend system with carbon fibers via RTM processing was also studied.Results indicate that the phase separation process initially occurs along the PEK-C film in the PEK-C-rich,and then in the BMI-rich.This is similar to the system with PEK-C powder.However,the phase separation of the system with PEK-C powder occurs rapidly and is denser than the system with PEK-C film.SEM results indicate that the final morphology of the CF/PEK-C/BMI composite is the spherical thermoset particles coated with the continuous thermoplastic PEK-C,whether in the carbon fiber bundle or between the carbon fiber bundles.     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料力学行为及混杂效应

采用复合处理工艺对三维混杂超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维编织体进行表面处理, 通过RTM工艺制备了环氧树脂基混杂复合材料（UHMWPE/CF/ER）, 并研究了其力学性能及混杂效应。结果表明, 在纤维总体积分数一定的情况下, 随着超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维混杂比的减小, 复合材料的弯曲强度、 弯曲模量及压缩强度增大, 而其纵向剪切强度及冲击韧性降低。三维编织混杂复合材料的断裂机制由混杂纤维的混杂比及其性质决定, 通过调节混杂比可实现对复合材料力学性能的有效调控。      

Reinforcing hydroxyapatite/thermosetting epoxy composite with 3-D carbon fiber fabric through RTM processing

Bioactive ceramic/polymer composites have been developed in the orthopaedic field in recent years. In this work, three-dimensional (3-D) carbon fiber fabric is used to reinforce hydroxyapatite (HA)/thermosetting epoxy composite and epoxy resin through resin transfer molding (RTM) processing. It is found that the 3-D carbon fiber fabric can be impregnated with epoxy and HA-containing epoxy resin, and HA is distributed gradually along the depth direction in fiber-reinforced HA/epoxy composite, although HA is dispersed evenly in epoxy resin by surface modification of silane coupling agent. The impact toughness and flexural strength of fiber-reinforced epoxy and fiber-reinforced HA/epoxy composites are much higher than those of epoxy and HA/epoxy composite. The impact toughness of both fiber-reinforced composites decreases while the flexural strength and the flexural modulus increase with fiber volume ratio. The impact toughness of the fiber-reinforced HA/epoxy composite is higher, while the flexural strength and modulus are lower than those of the fiber-reinforced epoxy composite at the same fiber volume ratio. The flexural strength of the both composites is higher than, and their flexural modulus is close to, those of the human cortical bone. The in vitro cytotoxicity test with L929 fibroblasts shows that the addition of HA diminished the toxicity of epoxy resin.     

耐350℃ RTM聚酰亚胺树脂及其复合材料性能

以苯乙炔苯酐（4-PEPA）为封端剂,异构联苯四甲酸二酐（α-BPDA）作为二酐单体,通过选择合适的二胺单体及优化配比,研制了耐温等级高于350℃,适用于RTM工艺的聚酰亚胺基体树脂HT-350RTM,选用U3160单向碳纤维织物作为增强体,采用RTM工艺制备了HT-350RTM树脂基复合材料层合板（U3160/HT-350RTM）。结果表明：HT-350RTM树脂最低黏度可达390 mPa·s,在280℃下保持黏度低于1 Pa·s的时间大于2 h,能够满足RTM工艺的要求。经过高温固化后,HT-350RTM树脂的玻璃化转变温度为392℃,热分解温度（分解5%）高达537℃。采用RTM工艺制备的U3160/HT-350RTM复合材料层合板孔隙率仅为0.34%,室温下具有良好的基本力学性能,315℃和350℃下的力学性能保持率均高于60%,能够满足350℃工况下的长期使用要求。     

碳纤维增强羟基磷灰石/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了碳纤维增强环氧树脂以及碳纤维增强羟基磷灰石(HA)/环氧树脂两种复合材料，并测试了其力学性能。结果表明，RTM工艺可以基本保证环氧基体均匀浸入碳纤维织物内部。碳纤维增强HA，环氧复合材料的冲击韧性高于碳纤维增强环氧复合材料，而弯曲强度和弯曲模量低于碳纤维增强环氧复合材料。两种复合材料的弯曲强度远高于人体皮质骨，弯曲模量与皮质骨非常接近。动态力学分析(DMA)表明加入HA后，复合材料的贮存模量和内耗降低，玻璃化转变温度升高。