水处理用高性能压力容器的材料和性能设计

对一种水处理用高性能压力容器的复合材料体系进行了研究,首先采用差示扫描热分析(DSC)的方法,分析了树脂基体的固化过程,确定了树脂的反应动力学和固化温度,以此为基础,制作了树脂基体和复合材料的力学性能测试用试件,测试试件的性能,根据测试结果,采用网格理论对复合材料压力容器的结构进行设计,最终得到具有较高设计性能的水处理用压力容器。     

热固性树脂的固化动力学影响因素研究进展

热固性树脂固化动力学一直是树脂以及复合材料体系研究的热点,本文系统地介绍了影响热固性树脂固化动力学的因素,其中包括促进剂等添加剂与填料、树脂自身的化学结构组成、固化过程中凝胶、玻璃化以及交联密度等,最后还介绍了固化条件以及固化过程表征方法对固化过程的影响。     

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。     

基于材料物性参数时变特性的复合材料层合板固化残余应变应力数值模拟

热固性树脂基复合材料层合板成型过程形成的残余应力是影响材料质量的重要因素。针对复合材料固化过程建立了基于复合材料物性参数时变特性的复合材料固化过程的三维多场耦合计算模型。该模型包含经典的热-化学模型、树脂固化动力学模型、残余应力模型;在此基础上将材料物性参数时变特性引入多场耦合计算模型中,模型计算结果通过与文献中实验结果比较,验证所建立的固化模型的可靠性;在此基础上,对AS4/3501-6复合材料层合板的固化残余应变应力进行数值模拟,研究了固化过程中残余应变/应力的变化规律,分析工艺参数对应力应变的影响。通过与光纤光栅应变试验比较,验证其正确性。研究结果表明:模型可以很好地仿真复合材料固化过程;温度、树脂体积分数、铺层角度对层合板应力/应变都有较为显著的影响,为正相关关系,其中树脂的体积分数影响最为显著。     

耐高温拉挤环氧树脂及其复合材料性能研究

本文研究了改性多元缩水甘油胺型耐高温环氧树脂的固化动力学,分析了该树脂体系的浇注体性能,制备了碳纤维拉挤复合材料,并通过热机械分析(DMTA)考察了树脂浇注体及其复合材料的动态热机械性能.结果表明,树脂体系的凝胶化温度与固化温度相差较小,固化反应放热集中,适合于快速拉挤成型;其复合材料具有优良的耐高温性能,玻璃化温度(Tg)达到210℃以上.     

电子束固化碳纤维缠绕复合材料性能研究

结合压力容器缠绕成型工艺,研究了电子束固化树脂体系的工艺性能、固化参数及力、热性能;在国内首次采用电子束固化技术制备了T700碳纤维复合材料压力容器并通过水压试验验证。试验结果表明:电子束固化环氧体系(EB-1)具有较好的工艺性能和力学性能,耐热性能优良,达到191. 4℃;采用电子束固化工艺制备的T700碳纤维/EB-1复合材料NOL环的拉伸强度为2020 MPa,层间剪切强度为68. 9 MPa;制备的150 mm压力容器的特性系数PV/Wc为44 km,达到了目前同类热固化复合材料的水平,固化周期仅为热固化复合材料的1/15。     

5429双马来酰亚胺树脂的固化动力学研究

通过差示扫描量热法(DSC)研究了5429双马树脂的固化过程。分别使用Kissinger模型和Flynn-Wall-Ozawa模型计算得到了5429双马树脂动力学参数。结果表明Kissinger模型与FWO模型计算得到的动力学参数较为接近,验证了两个动力学模型的有效性。由于5429双马树脂的固化反应为一级反应,因此代入相应的固化动力学参数可得到其固化动力学方程。此外,通过T-β外推法可计算得到5429双马树脂凝胶化温度、固化温度和后处理温度等特征温度。     

VARTM工艺树脂固化过程温度场的模拟与实验

基于热传导和固化动力学理论,采用有限元法,建立了复合材料固化过程的物理模型和数学模型,采用fluent编制固化计算程序,模拟和分析了层合板固化过程中不同时刻的固化放热和温度分布情况,通过对比温度变化云图,获取相差最大部位的温差约为2.46℃。以R688型环氧树脂为基体、玻璃纤维布为增强材料使用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺固化成型中进行温度场的测量实验,通过温度记录仪采集预埋入纤维布中数点位置的热电偶的温度,记录复合材料在固化过程中不同位置和不同时刻的温度变化情况。研究表明:模拟和实验结果基本吻合,证明该方法的有效性和准确性。     

金属网复合膜对ZT7H/5429复合材料平板固化变形的影响

通过不同的方法测试5429树脂及ZT7H/5429复合材料固化后的弹性模量、密度、泊松比、热传导系数等材料物性参数,基于5429树脂固化度与化学收缩应变的关系表达式,推导出5429粘流态和粘弹态的密度、弹性模量与固化度的关系表达式。据此建立了包含热传导模型、固化动力学模型、残余应力模型的含金属网复合膜的ZT7H/5429复合材料整个固化过程的三维有限元分析模型。使用该模型对ZT7H/5429固化过程中温度场和固化度的分布进行计算,将计算结果与实验结果进行比较,验证了该三维有限元分析模型的可靠性。在此基础上,对J-403C对ZT7H/5429复合材料平板固化变形的影响进行分析。结果表明,增加铺层厚度、调整铺层顺序能够有效降低金属网复合膜对ZT7H/5429复合材料平板固化变形的影响,实验数据与计算结果的误差不大于5%,再次证明了模型的有效性。     

拉挤工艺用耐高温环氧树脂性能研究与开发

本文主要针对拉挤工艺用耐高温环氧树脂,研究了不同耐高温环氧树脂体系的固化动力学,对树脂体系进行了不同组份配比的试验,得到了最佳树脂配方,获得了适合拉挤工艺的树脂体系以及固化工艺温度。研究内容主要包括树脂配方的确定及优化以及复合材料的动态机械性能测试。研究结果为今后碳纤维电缆芯制造用环氧树脂及其配方提供了研究基础。     

Cure kinetics of epoxy resin used for advanced composites

The cure kinetics of an epoxy resin used for the preparation of advanced polymeric composite structures was studied by isothermal differential scanning calorimetry (DSC). A series of isothermal DSC runs provided information about the kinetics of cure over a wide temperature range. According to the heat evolution behavior during the curing process, several influencing factors of isothermal curing reactions were evaluated. The results showed that the isothermal kinetic reaction of this epoxy resin followed an autocatalytic kinetic mechanism. In the latter reaction stage, the curing reaction became controlled mainly by diffusion. Cure rate was then modeled using a modified Kamal autocatalytic model that accounts for the shift from a chemically controlled reaction to a diffusion‐controlled reaction. The model parameters were determined by a nonlinear multiple regression method. Copyright © 2004 Society of Chemical Industry     

2-甲基咪唑/环氧树脂体系的固化动力学研究

利用等温DSC法对E-51环氧树脂/2-甲基咪唑(2-MI)体系的固化动力学进行了研究,拟合得到n级固化模型、自催化模型及Kamal复合模型方程中的各个参数值,以确定固化模型。研究表明:E-51/2-MI体系的固化过程分为2个阶段,即诱发阶段和加成反应,其固化反应兼具n级固化与自催化的特征,符合Kamal复合模型。     

碳纳米管/环氧树脂体系固化工艺研究

研究了碳纳米管/环氧树脂体系固化过程的工艺条件。结果表明,实验过程中操作温度120℃,固化过程中起始固化温度120℃,固化温度180℃,碳纳米管/环氧树脂复合体系的固化动力学模型为自催化模型。添加碳纳米管会使复合材料的拉伸强度变强,但是当碳纳米管的质量分数达到1.5%时拉伸性能反而会下降。     

基于变活化能模型的T800/环氧树脂预浸料固化反应动力学研究

为了深入了解某新型高温固化T800/环氧树脂预浸料的固化行为,借助差示扫描量热仪(DSC),采用非等温DSC法研究了T800/环氧树脂预浸料的固化反应过程。基于唯象模型,系统研究了该预浸料的固化反应特征温度及固化动力学参数,确定该预浸料中环氧树脂的固化反应动力学模型为自催化模型。采用等转化率法,分析了预浸料中环氧树脂的反应活化能随固化度的变化情况,结果表明在整个固化反应过程中,树脂固化反应活化能变化较大,传统模型法基于全固化过程活化能不变的假设无法准确描述该固化反应。采用变活化能自催化模型,利用粒子群全局优化算法,得到了T800/环氧树脂预浸料的固化动力学方程,结果表明该模型能较好地描述实验现象,可为进一步研究该预浸料的热力学性能及其成型过程中的质量控制提供理论基础。     

APG工艺用环氧树脂体系的固化及流变模型

研究了自动压力凝胶工艺用环氧树脂混合体系在动态升温过程中的固化反应,采用Malek法确定了动力学模型并预测了相应的参数。该体系符合两参数自催化SB模型。用旋转流变仪测定了该体系在动态升温过程中黏度相对于温度的变化曲线,采用WLF和Macosko混合方程描述该体系的化学流变模型,用非线性拟合方法预测了模型中的参数。模型预测与实验数据比较吻合。     

Curing kinetics study of an epoxy resin system for T800 carbon fiber filament wound composites by dynamic and isothermal DSC

Curing kinetics of DGEAC/DDM/DETDA/DGEB epoxy resin system was studied using dynamic and isothermal differential scanning calorimetry (DSC) for the preparation of T800 carbon fiber filament wound composites. In dynamic experiment, four kinds of epoxy resin systems were studied. Curing characteristics, such as curing range and curing temperatures of the epoxy resin system with mixed hardeners (DGEAC/DDM/DETDA), were found lying within those of the two epoxy resin systems with a single hardener (DGEAC/DDM, DGEAC/DETDA). The addition of reactive diluter (DGEB) caused increase in curing range and exothermic heat. In addition, the activation energies calculated by the isoconversional method of all four resin systems decreased to the minimum value in the early stage due to the autocatalytic role of hydroxyl groups in the curing reaction and then increased due to the increased viscosity and crosslink of epoxy systems. The addition of reactive diluter led to the decrease in activation energies on the initial stage (conversion = 0.1–0.3). In isothermal experiment, a series of isothermal DSC runs provided information about the curing kinetics of the DGEAC/DDM/DETDA/DGEB system over a wide temperature range. The results showed that the isothermal kinetic reaction of the epoxy resin followed an autocatalytic kinetic mechanism. The autocatalytic kinetic expression chosen in this work was suitable to analyze the curing kinetics of this system. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

苯并(口恶)嗪改性环氧酸酐体系的固化机理及动力学

利用一种二胺型苯并(口恶)嗪改性环氧酸酐体系。通过FT-IR和DSC分析了改性体系的固化机理。结果表明：共混树脂体系在固化时存在两个反应,首先是环氧树脂与足量的酸酐在咪唑作用下在100℃先开始固化,并在150℃固化2 h后固化完全,之后苯并(口恶)嗪在180℃发生开环聚合。用非等温DSC法研究了该共混体系的固化动力学。采用Flynn-Wall-Ozawa方法求出了共混体系在固化时两个固化反应的活化能,分别为65.27 kJ·mol^-1和92.8 kJ·mol^-1,并利用Friedman方法判断了两个反应都是自催化反应,计算得到自催化模型曲线与实验曲线能较好地吻合。     

没食子酸环氧树脂/蓖麻油酸多胺体系固化动力学及性能

以蓖麻油和三乙烯四胺为原料合成蓖麻油酸多胺固化剂(COAPA),再将其与没食子酸环氧树脂(GAER)混合组成全生物基GAER/COAPA固化体系,采用非等温差示扫描量热法(DSC)对其固化反应过程进行了研究,确定了固化体系最佳质量配比为7:3(GAER:COAPA),获得了最佳固化工艺温度参数;利用Kissinger方...     

新型聚芳醚腈固化邻苯二甲腈树脂的研究

通过两步一锅法制备了氨基封端的新型杂萘联苯聚芳醚腈（A-PPEN）,其具有比常用的芳香二胺固化剂4,4′-二氨基二苯砜（DDS）更为优异的热稳定性。采用差示扫描量热法（DSC）研究了A-PPEN对间苯二酚基邻苯二甲腈树脂前体（DPPH）的固化过程,结果显示该固化体系具有自催化固化的特征,A-PPEN的投料比会影响体系的固化活性。另外研究了该固化体系的流变特性和热稳定性,结果表明树脂的5%热失重温度（T_d5%）最高可达552.9℃,800℃时残炭率（C_y800）为78.6%,最低黏度可至0.06 Pa·s,具有优异的热稳定性和较宽的加工温度窗口。     

环氧树脂/改性纳米炭黑复合材料固化动力学

采用差示扫描量热法研究了表面改性纳米炭黑作为填料对环氧树脂非等温固化反应的影响,结果表明,改性纳米炭黑能促进环氧树脂的固化,降低固化反应的起始温度和峰温。运用Ozawa-Flynn-Wall等转化率法研究了复合材料固化活化能与转化率的关系,采用Malek法分析了动力学参数和反应机理。结果表明,固化反应符合两参数（m, n）自催化反应机理,模型预测与实验结果相吻合。