芳纶Ⅲ纤维湿法缠绕工艺研究

在综合考虑力学性能、耐热性能、浸润性能以及工艺性能的基础上,研制了一种适用于芳纶Ⅲ纤维湿法缠绕的基体配方。实验结果表明,该配方35℃下的初始黏度低(430mPa·s),适用期长(≥8h),完全满足湿法缠绕要求。配方浇铸体拉伸强度、延伸率和弯曲强度分别为88.8MPa、3.23%和142.8MPa,马丁耐热温度为155.1℃,玻璃化转变温度为171.5℃。用其制备的芳纶Ⅲ纤维复合材料NOL环层间剪切强度、拉伸强度和模量分别达51.3MPa、2102MPa和96.1GPa,Φ150mm容器的容器特性系数平均值和纤维强度转化率平均值分别为34.8km和68.9%,均可达到干法缠绕成型的芳纶Ⅲ/R04复合材料性能水平。     

纳米SiO2改性EP对基体力学性能和芳纶纤维/EP复合材料界面性能的影响

研究了纳米SiO2对环氧树脂(EP)基体力学性能的影响,并进一步采用对位芳纶纤维(F-12)增强环氧树脂,制备了NOL环复合材料,通过复合材料层间剪切性能测试考核了F-12与环氧树脂之间的界面粘接性能.结果表明:环氧树脂中添加适量的纳米SiO2能够有效提高环氧树脂浇注体的拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击强度.纳米SiO2的加入,可以有效改善F-12与环氧树脂基体之间的界面粘接性能,降低复合材料的空隙率,F-12/纳米SiO2(6%)-EP复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高约60.3%.     

芳纶Ⅲ纤维及其混杂碳纤维复合材料的压缩性能研究

对比研究了芳纶Ⅲ纤维复合材料、芳纶Ⅲ纤维/T800碳纤维混杂复合材料、T800碳纤维复合材料单向板压缩性能,以及三种状态下缠绕的150 mm容器轴压性能。结果表明:混杂复合材料压缩强度和模量随混杂比(VCF)的增大而增加,当VCF为28.5%时,混杂复合材料单向板压缩强度比芳纶Ⅲ纤维复合材料提高57%,压缩模量提高20.9%;混杂复合材料150mm容器(VCF=46%)轴压破坏载荷达到138.6 k N,比芳纶Ⅲ纤维复合材料150 mm容器的轴压破坏载荷提高18.5%,但仍为混杂负效应。     

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。     

纳米SiO_2改性环氧树脂胶粘剂的研究

选择纳米 SiO_2 作为增强材料改性环氧树脂基体, 以物理分散法将纳米 SiO_2 分散在环氧树脂中。通过力学性能测试和热稳定性能测试, 研究了不同含量的纳米 SiO_2 对改性环氧树脂胶粘剂的热性能、拉伸性能和冲击性能的影响; 通过 NOL环测试和扫描电子显微镜(SEM) 分析, 研究了不同含量的纳米 SiO_2 对国产芳纶纤维/改性环氧复合材料的界面性能和层间剪切强度的影响。实验结果表明, 基体树脂中当 w( 纳米SiO_2)=3%时, 改性环氧树脂胶粘剂的拉伸强度和冲击强度分别提高了 28.8%和 22.6%, 复合材料的层间剪切强度(ILSS) 达到最大值, 比未改性胶粘剂提高约 56.8%。     

F-12和国产芳纶Ⅲ纤维/环氧单向复合材料力学性能和强度对比分析

采用单向复合材料缠绕型式,对F-12和国产芳纶Ⅲ纤维增强环氧复合材料进行力学性能测试,考核了两种芳纶纤维/环氧复合材料界面黏结性能,并进行拉伸破坏机理与强度分析,获得了强度参数值.结果表明:两种芳纶纤维单向复合材料具有明显的各向异性特征,轴向力学性能远高于径向力学性能;F-12/环氧复合材料力学性能优于国产芳纶Ⅲ/环氧复合材料性能;两种复合材料纤维/树脂界面粘接较差.     

芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能,从树脂基体入手,依据相似相容原理和芳纶的结构特点,合成出新型热固性树脂(AFR–T)用作芳纶复合材料的基体,以未经表面处理的芳纶作增强材料,采用热压成型法制备了AFR–T/芳纶纤维复合材料,并通过测定溶度参数、接触角、线膨胀系数、层间剪切强度(ILSS)和横向拉伸强度等方法研究了复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR–T树脂浇注体与芳纶的溶度参数相近,AFR–T树脂溶液在芳纶纸表面的接触角为36.9°,小于环氧树脂(EP)溶液与芳纶纸的接触角(53.2°),说明AFR–T树脂对芳纶的浸润性优于EP;AFR–T/芳纶纤维复合材料的ILSS和横向拉伸强度为73.0 MPa和25.3 MPa,分别比EP/芳纶纤维复合材料提高了25.9%和32.5%,这表明AFR–T树脂与芳纶纤维之间的浸润性和界面粘结性能较好。     

纳米SiO2对环氧复合材料壳体纤维强度转化率的影响

以纳米SiO2作为增强材料改性环氧树脂基体，通过NOL环复合材料剪切强度测试，研究不同含量纳米SiO2粒子对复合材料层间剪切强度的影响。结果表明：纳米SiO2含量在6％时，改性效果最好，复合材料层间剪切强度提高约60％；F-12纤维强度转化率提高约9．4％。     

F-12纤维表面处理对复合材料壳体纤维强度转化率的影响

对F-12纤维表面进行聚合物涂层改性，通过NOL环复合材料剪切强度测试，研究不同浓度的聚合物表面处理液对复合材料层间剪切强度的影响．结果表明：F-12纤维表面经TDE-85／DDM体系处理后，复合材料层间剪切强度均高于未表面处理的纤维；当刚性涂层液质量分数为5％时，层间剪切强度最高，比未表面处理的纤维高50％左右．φ150mm容器爆破试验结果表明，F-12纤维表面经涂层液处理后，复合材料壳体纤维强度转化率平均提高2．3％，容器特性系数平均提高12．5％．     

芳纶/环氧复合材料性能研究

对国产芳纶Ⅲ/环氧及F-12/环氧复合材料的力学性能,与绝热层材料的相容性、3个热常数、微观断裂形貌等进行了系统地测试、比对和分析.结果表明,芳纶Ⅲ复合材料的抗弯曲、压缩、剪切和横向拉伸性能均低于相应的F-12复合材料,但具有优越的抗纵向拉伸强度,其抗纵向拉伸强度比F-12复合材料高约13.9%;芳纶复合材料与丁腈橡胶的抗两板剪切性能略高于芳纶复合材料与三元乙丙橡胶的抗两板剪切性能.总体上来说,芳纶复合材料属于隔热性能较好的材料,但其抗剪性能、纵向抗压性能较差.SEM可观察到芳纶复合材料破坏断口呈"皮芯"抽离和纤维撕裂的破坏特征.     

基体性能对芳纶Ⅲ纤维复合材料力学性能的影响

设计了三种环氧树脂基体,研究了基体性能对芳纶Ⅲ纤维复合材料力学性能的影响,对比分析了不同韧性的两种复合材料层间剪切破坏过程的声发射特性参数。结果表明:设计的R1、R2、R3三种树脂基体其韧性为R1R2R3;芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切强度分别为49 MPa、44.8 MPa、40.1 MPa,层间剪切性能随树脂基体韧性的增加而增大;声发射实验表明,基体韧性增加,复合材料急剧损伤得到延迟,声发射事件数明显减少。     

环氧树脂/PBO纤维复合材料性能研究

对环氧树脂(EP)/聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维复合材料的性能进行初步研究。结果表明,用浓度70%的甲基磺酸(MSA)溶液对PBO纤维表面进行处理,可改善PBO纤维与EP基体的粘结强度,但同时使PBO纤维的拉伸性能降低;对PBO纤维处理2h后,以胺类固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高41%,以酸酐固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高48%;前者的层间剪切强度大于后者。     

改性条件对聚氨酯硬质泡沫拉伸性能影响

将纳米SiO2和玄武岩纤维与聚氨酯复合制备了聚氨酯复合材料,研究异氰酸酯指数,纳米SiO2和玄武岩纤维的添加量及玄武岩纤维的长度等因素对聚氨酯复合材料拉伸性能的影响变化规律。当异氰酸酯指数为1.20、纳米SiO2的添加量为5.0%、3.0mm玄武岩纤维的添加量为5.0%时,材料的拉伸强度达到最佳值。     

环氧树脂/纳米SiO_2复合材料的制备

制备了环氧树脂(EP)/纳米SiO2复合材料,研究了纳米SiO2用量对复合材料结构和力学性能的影响,采用扫描电子显微镜观察了复合材料的断面形貌,分析了纳米SiO2的增韧机理。添加适量的纳米SiO2可显著提高EP的力学性能,添加6 phr纳米SiO2时,EP/纳米SiO2复合材料的力学性能最佳,拉伸剪切强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度分别为13.8 MPa,86.1 MPa,11.6 kJ/m2;适量的纳米SiO2能改善EP的内部结构,具有明显的增韧补强作用。     

纤维缠绕压力容器的爆破压力与纤维强度转换率

纤维的强度性能在纤维缠绕压力容器中不可能得到百分之百的发挥。本文结合容器的爆破试验结果和有限元分析结果计算确定纤维强度转化率。     

聚对苯撑苯并双噁唑、芳纶纤维及其复合材料

研究了聚对苯撑苯并双口恶唑(PBO)和芳纶(F-12)2种纤维的结构、性能及其单向复合材料的性能。电子扫描电镜照片微观结构的研究表明,PBO纤维与F-12纤维相比较,其分子取向更高,表面更光滑,因而与树脂基体的粘接力较差;而F-12纤维因为分子表面不均匀,有微小的浅沟槽,与树脂基体的接触表面积较大,因而粘接力强。复合材料性能的研究表明,PBO纤维的单向复合材料比F-12芳纶纤维的具有更好的拉伸性能,其中拉伸强度高约34.7%,拉伸模量高约63.8%。但其层间剪切强度却很低,只有24.3 MPa。     

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%。     

纳米SiO_2/聚氨酯弹性体协同增韧增强环氧树脂的研究

采用力学性能测试,扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微(TEM)及动态力学性能分析(DMA)研究了纳米SiO2以及聚氨酯弹性体(PUR)对环氧树脂(EP)的改性效果。结果表明,纳米SiO2质量分数0.3%时可同时增韧、增强EP。纳米SiO2与PUR有协同增韧增强EP的作用,纳米SiO2质量分数0.3%,PUR质量分数20%时,纳米SiO2/PUR/EP三元复合材料的冲击强度比纯EP,纳米SiO2/EP及PUR/EP体系分别提高110%,11%和7%;弯曲强度分别相应提高21%,5%和15%。改性体系的断口形貌呈现明显的韧性断裂,表明纳米SiO2颗粒较均匀分布在基体中。三元复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(T g)高于PUR/EP二元体系,损耗峰明显宽化。     

国产芳纶Ⅲ缠绕环形压力容器研制

在复合材料环形容器纤维缠绕原理的基础上开展了环形容器内衬成型、国产芳纶Ⅲ预浸胶带缠绕与干纱缠绕再浸胶结构层成型技术研究,探索出纤维缠绕环形容器可行的成型工艺方法。研制结果表明,在砂芯模上粘贴丁腈橡胶生片,经高温硫化和表面打磨后能保证在缠绕过程中外型面良好;按预浸胶带缠绕工艺方法成型的芳纶Ⅲ环形压力容器爆破压强为31.7 MPa,特性系数达到20.44 km。     

双马来酰亚胺/环氧树脂/纳米SiO2复合材料的制备与性能研究

研究了纳米二氧化硅（SiO2）的含量对双马来酰亚胺（BMI）/环氧树脂(EP)/2,2′二烯丙基双酚A(DBA)/纳米SiO2复合材料的耐热性能、力学性能和吸水性能的影响。结果表明,当纳米SiO2的含量为2.0 %(质量分数,下同)时,BMI/EP/DBA/纳米SiO2复合材料具有较高的强度和良好的韧性,其拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度比BMI/EP/DBA复合材料分别提高了22.8 %、39.0 %和37.8 %;同时,纳米SiO2含量为 2.0 %时,BMI/EP/DBA/纳米SiO2复合材料具有优异的耐热性,其玻璃化转变温度、初始热分解温度和最大热分解温度分别为204、 410、451 ℃。