纤维素纳米晶改性及其环氧树脂复合材料的制备与性能研究

采用酸水解法从微晶纤维素中提取纤维素纳米晶(CNC),再分别用硅烷偶联剂和2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化剂对纤维素纳米晶进行改性，然后采用浇铸成膜法制备纯环氧树脂膜、含量为5%CNC、偶联改性CNC(K-CNC)及其TEMPO氧化改性CNC(T-CNC)/环氧树脂(EP)复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪和万能材料试验机对试样表面薄膜形貌结构、透光性能、热学性能、机械性能进行测试。结果表明：加入T-CNC及其K-CNC的EP复合材料，断面比纯EP膜更加粗糙，裂纹增加。加入CNC及改性后的CNC,EP复合材料的透光率有所降低，T-CNC/EP复合膜的透光率为83.9%,降低幅度最小，K-CNC/EP膜的拉伸强力为38.37MPa,拉伸强力最大，K-CNC/EP膜弹性模量为513.89MPa,和纯EP膜相比，其弹性模量增加了36.8%,T-CNC/EP及K-CNC/EP复合膜的热分解温度分别增加了7℃和10℃,热稳定性得以改善。     

聚氨酯接枝改性环氧树脂的制备和性能

用端异氰酸酯基聚醚型聚氨酯（PU）接枝改性环氧树脂（EP）,通过FT-IR、DSC、DMTS、SEM分别研究了E51及其改性后分子链的基团变化、改性EP的热性能、动态性能以及断面形貌结构,并测试了其力学性能。结果表明,PU分子链已接枝到E51的分子链上;随PU链段含量的增加,EP的冲击强度明显提高,是未改性的两倍多,硬度和弯曲强度降低,玻璃化转变温度提高;改性后的EP不仅内耗峰高,而且内耗峰向高温方向拓展,温域变窄;改性EP的断面呈团状颗粒均匀分布。     

核壳颗粒增韧改性环氧树脂基体研究评述

环氧树脂(EP)具有优异的性能,被广泛应用在涂料、胶黏剂、复合材料等领域,但是其交联密度大,抗裂纹萌生和扩展能力差,因此,EP的增韧改性一直是国内外学者的研究重点。核壳颗粒(CSP)作为第二相加入EP中能达到良好的增韧效果,同时不会引起热力学性能的大幅损失,相较于传统增韧剂有较大的发展前景。本文在阐述EP的不同增韧机理的基础上,介绍了CSP增韧剂的增韧机理、主要类型及制备方法,评述了CSP材料、颗粒粒径、核壳比等因素对EP力学性能影响的研究结果,并分析了使用CSP增韧方法对作为复合材料基体的EP流变行为和固化动力学等工艺性能的影响。     

刚性聚氨酯/环氧树脂分子复合材料的制备与性能

用原位聚合法制备了刚性聚氨酯／环氧树脂分子复合材料。用红外光谱法（ＩＲ）分析了中间产物结构;测定了复合材料的拉伸强度和冲击强度;用热失重法（ＴＧ）和差示扫描量热法（ＤＳＣ）研究了材料的耐热稳定性;用扫描电镜（ＳＥＭ）表征了材料的冲击断裂面形态。结果表明,在所得复合材料中,当刚性聚氨酯含量不高时,其冲击强度、拉伸强度和耐热稳定性能同时得到提高;若刚性聚氨酯含量超过一定范围,则随着材料的冲击强度增加,     

联苯型液晶聚氨酯增韧改性环氧树脂的制备与性能

合成了联苯型液晶聚氨酯(LCPU),并以其为增韧剂对环氧树脂(EP)进行增韧改性,研究了LCPU含量对LCPU/EP复合材料力学性能的影响。利用X射线衍射、动态粘弹谱仪、扫描电镜等手段对LCPU/EP复合材料的动态热力学性能及断裂面的微观形貌进行了研究。结果表明,LCPU的加入可使LCPU/EP复合材料的冲击强度提高2倍～3倍,弯曲强度增加了40%～60%,材料的玻璃化转变温度(Tg)及储能模量(E′g)也有很大程度的提高。     

一种改性环氧树脂基体的制备及其流变性研究

本文采用环氧树脂为主体树脂,酸酐类固化剂,并添加一定的增韧剂制备出一种改性环氧树脂基体配方,通过对该树脂基体力学性能、工艺使用性等的研究,表明其综合性能较好。同时,对此环氧树脂基体的化学流变性进行研究,得到树脂基体的双Arrhenius化学流变模型,根据模型能够预测出任何温度、任意时刻的树脂基体的黏度,为生产和使用工艺提供一定的数据基础。     

碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究

介绍了一种碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能研究情况.对该复合材料的力学性能、热常数和烧蚀性能进行了初步测试.结果表明,其拉伸强度达到558MPa,拉伸模量达到44.0GPa,层间剪切强度为16.6MPa,导热系数不超过0.3 W/(m*K),氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.049mm/s,质量烧蚀率为0.0595g/s.通过与常用的碳/酚醛材料比较,碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能较优.     

碳纤维复合材料发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究

在综合考虑粘度-力学性能-耐热性能的基础上,开发了一种适用于碳纤维复合材料固体火箭发动机壳体湿法缠绕成型的韧性环氧树脂基体。用DSC,FT-IR等分析手段对该树脂基体的固化反应动力学参数、树脂基体固化物性能和复合材料性能进行了系统研究。结果表明,该树脂基体粘度小、适用期长、韧性高,与碳纤维界面粘接好,所制得的复合材料壳体纤维强度转化率高。     

环氧树脂增韧改性研究进展

概述了近年来国内外对环氧树脂增韧改性的研究进展,着重介绍了柔性链段固化剂、核壳聚合物、热致液晶聚合物、互穿网络聚合物和纳米粒子增韧改性环氧树脂的增韧机理和研究进展,并讨论了环氧树脂增韧存在的问题,最后展望了环氧树脂增韧改性的发展趋势.     

拟薄水铝石改性环氧树脂复合材料的制备与性能

采用水热合成法制备拟薄水铝石(AlOOH)纳米棒,以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为表面改性剂,制得mAlOOH,以环氧树脂(Epoxy,EP)为基体,制备AlOOH/EP和mAlOOH/EP复合材料。研究AlOOH和mAlOOH的填充量对AlOOH/EP及mAlOOH/EP复合材料性能的影响。结果表明,mAlOOH明显提高了mAlOOH/EP复合材料的力学性能。mAlOOH的填充量为4wt%时,mAlOOH/EP复合材料的冲击强度和弯曲强度分别比聚合物基体分别提高了259%和44%;填充量不超过5wt%时,mAlOOH/EP的介电常数与介电损耗均略低于纯环氧树脂。当添加量为3wt%时,mAlOOH/EP具有最低的介电常数和介电损耗及最高的玻璃化转变温度(123℃)。      

碳纳米管/环氧复合材料制备与性能研究

研究了碳纳米管管径、种类、含量以及偶联-三辊研磨-超声处理等工艺条件对碳纳米管/环氧树脂复合材料拉伸强度和电性能的影响。研究结果表明:三辊研磨-超声联用是均匀分散碳纳米管简单而有效的方法。较低的碳纳米管添加量(0.8%～4%)能大幅度提高环氧树脂的剪切强度和导电性能,添加量为3%时,复合材料的综合性能最优,即剪切强度提高了55.19%,表面/体积电阻率下降了8～10个数量级。     

石墨烯与多壁碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳管(MWCNTs)进行改性处理得到酸化碳管(MWCNTs-COOH)和环氧化碳管(MWCNTs-Epon828), 将石墨烯(Graphene)与不同的碳管分别混合, 制备出三种Graphene-MWCNTs/环氧树脂(EP)复合材料。通过拉伸和热重实验研究了石墨烯与MWCNTs的协同作用、 两者的含量以及MWCNTs功能化方法对复合材料力学和热学性能的影响。结果表明: 石墨烯与MWCNTs的协同增强明显优于MWCNTs单独增强。当石墨烯和MWCNTs质量分数仅为0.1%时, Graphene-MWCNTs-Epon828/EP的拉伸强度达最大值, 其拉伸强度、 弹性模量和断裂伸长率分别较纯EP增加了35%、 65%和34%。石墨烯和MWCNTs的加入使Graphene-MWCNTs/EP复合材料的热稳定性均有所提高。     

功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸）,并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征,并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明,所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀,拉伸强度在22~32 MPa之间,拉伸模量约为1 GPa,相比未功能化处理的MWCNTs网格,强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa,相比空白环氧树脂提高了约1倍以上,拉伸试样断面SEM表明,环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好,界面结合紧密,有效地提高了复合材料的力学性能。     

聚硅氧烷/聚己内酯/环氧树脂复合体系的制备及表面性能

通过—OH和—NCO的亲核加成反应,直接合成出端硅氧烷基聚己内酯/聚硅氧烷混合物(PCL-TE-Si/PDMS-TESi),再与环氧树脂(EP)共混制得聚硅氧烷/聚己内酯/环氧树脂复合体系。利用扫描电镜、X光电子能谱对复合体系进行了两相相容性分析和表面元素分析,通过测试复合体系的表面接触角,利用Owens-Wendt-Kaelble模型推算出复合体系的表面张力,并研究了体系的耐水性。结果表明：复合体系在固化过程中,Si元素在一定程度上向表面迁移富集;50℃固化体系的两相相容性好于室温固化体系;室温固化体系的表面张力随PCL-TESi/PDMS-TESi含量的增加逐渐下降,且低于50℃ 固化体系的表面张力;复合体系耐水性优异,当PCL-TESi/PDMS-TESi 与EP质量比为5∶5时,常温固化体系在50℃蒸馏水中浸泡7天后质量变化率小于1%。     

Tensile properties of real unidirectional Kevlar/epoxy composites

Mechanical behaviour, tensile strength and failure modes in real unidirectional Kevlar/epoxy composites, loaded parallel to the fibres, at volume fraction (V_f) range 0.26–0.73, were investigated. It was found that the measured tensile strengths deviated from the expected values calculated from the Rule of Mixture. The deviation, which was minimal at V_f of about 0.5, was mainly due to geometrical deficiencies typical of real composites. At V_f<0.5 it could be explained by non-homogeneous fibre spread and distribution of fibres. At V_f>0.5 the deviation was explained by the increasing lack of matrix between some adjacent fibres and by squeezing of fibres. The initial part of loading was typified by straightening out of non-axial fibres, accompanied by fibre/matrix debonding. The straightening process was completed at a stress level of about 0.6–0.7 of the composite strength. Matrix damage began at this stress level and continued to develop up to final failure. Failure of Kevlar fibres was noted to occur only at an extremely short loading interval coinciding with the catastrophic final failure. This was due to the small scatter of Kevlar fibre strength.     

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

环氧树脂-脲醛树脂@2-甲基咪唑微胶囊/环氧树脂复合材料的制备及自修复性能

以一步原位聚合法制备芯材为环氧树脂（E-51）,壁材为脲醛树脂（UF）的E-51-UF微胶囊。采用FTIR、SEM、TG、粒度分析仪等分别对E-51-UF微胶囊结构、表面形貌、耐热性和粒径分布进行了表征。以E-51-UF微胶囊为核,固化剂2-甲基咪唑（2-MI）为壳通过共混复合,得到E-51-UF@2-MI复合微胶囊。将E-51-UF@2-MI微胶囊填充到E-51基体中,制备了E-51-UF@2-MI微胶囊/E-51复合材料拉伸试样、弯曲试样和梯形双悬臂梁（TDCB）修复试样,并采用电子万能试验机测试其性能。分析了填充E-51-UF@2-MI微胶囊质量分数对E-51-UF@2-MI微胶囊/E-51复合材料力学性能及自修复性能的影响。结果表明:制备的E-51-UF微胶囊呈现规整球形结构,平均粒径为130 μm,耐热温度达364℃;E-51-UF@2-MI复合微胶囊质量分数为10wt%时,E-51-UF@2-MI微胶囊/E-51复合材料拉伸强度达到最大值,为31.17 MPa,弯曲强度为66.77 MPa,最大修复率为90.1%。      

磷-硼杂化聚合物/环氧树脂复合材料的制备及阻燃性能

以二氯磷酸苯酯（PDCP）、硼酸双甘油酯（DGB）为原料,通过逐步聚合得到磷-硼杂化聚合物（PDCP-DGB）,PDCP-DGB与环氧树脂共混体系经交联固化制备磷硼元素共杂化环氧树脂基（PDCP-DGB/EP）阻燃复合材料。利用FTIR、核磁共振波谱仪（NMR）、凝胶渗透色谱仪（GPC）、TG、氧指数（LOI）测定仪、微型量热仪、SEM和XPS对PDCP-DGB和PDCP-DGB/EP复合材料进行表征。结果表明,随着PDCP-DGB质量分数的增加,PDCP-DGB/EP复合材料最大分解速率温度升高,残重率提高,LOI上升,烟密度等级和最大烟密度降低,热释放速率峰值（PHRR）降低,总热释放量（THR）减小;PDCP-DGB有利于提高PDCP-DGB/EP复合材料的热稳定性能和阻燃性能,但对其力学性能影响较小;当PDCP-DGB质量分数为15wt%时,PDCP-DGB/EP复合材料LOI达到28.3%,较纯EP提高了47.4%,垂直燃烧（UL-94）等级达到V-0级;THR、PHRR分别降低了28%、23%,残炭率升高了5.11%;SEM图像显示,PDCP-DGB/EP复合材料的残炭表面得到很好的改善,致密、连续且平整。      

碳纤维/环氧树脂脉管自润滑复合材料的制备及摩擦性能

以聚乳酸（PLA）为前驱体,碳纤维（CF）为增强体,通过经纬编织成PLA-CF复合纤维织物;以环氧树脂（EP）为基体,甲基硅油为润滑介质,采用前驱体蒸发（VaSC）技术和真空浸油方式分别制备了脉管自润滑环氧树脂（VAEP）材料和CF/VAEP复合材料。利用SEM对CF/VAEP复合材料的断面、摩擦面和对偶面形貌进行表征,以万能材料试验机和高速环块摩擦磨损试验机对CF/VAEP复合材料的力学和摩擦学性能进行了测试。结果表明:脉管结构和CF提升了EP的润滑性能和力学性能。当径向脉管密度为8孔/10 mm时,VAEP的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了67.95%和85.71%;当径向脉管密度为8孔/10 mm,CF经纬丝束比为8/4时,CF/VAEP复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量比相同径向脉管密度的VAEP分别提高了203.33%、44.16%、325.78%、311.37%。