长时耐300℃易成型聚酰亚胺树脂及其复合材料

以苯炔基苯酐为封端剂,异丙醇为酯化试剂和溶剂,采用原位聚合法合成一系列耐高温、易成型聚酰亚胺树脂。所制备的聚酰亚胺树脂溶液在室温下储存16周依然没有固体析出,且溶液黏度没有明显变化,显示出较好的室温储存稳定性。树脂低聚物的最低熔体黏度<300 Pa·s,显示出良好的熔体流动性和工艺窗口,适合模压或热压罐工艺。树脂固化物的玻璃化转变温度最高可达462℃,具有很好的耐热性能。T300/PMR-PE-2碳纤维复合材料室温弯曲强度为963 MPa,弯曲模量为53.0 GPa,层间剪切强度为56 MPa, 300℃下其力学性能保持率≥66%。300℃等温热氧老化500 h后,复合材料的热失重仅为0.96%,室温弯曲强度保持率为72%,层间剪切强度保持率高达98%,具有优异的抗热氧老化性能。     

T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制

为验证复合材料的耐久性,对T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料经自然老化后的微观形貌、表面元素含量、热性能与力学性能等进行了研究。结果表明: 在光氧老化与热氧老化的共同作用下,T700碳纤维增强EP-A环氧树脂基（T700/EP-A）复合材料表层树脂将发生老化降解,并且随自然老化时间的延长,T700/EP-A复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,未老化试样的玻璃化转变温度为207℃,经过自然老化处理3年后,其玻璃化转变温度降低为180℃,延长自然老化时间至5年时,其玻璃化转变温度进一步降低至172℃。而自然老化过程对复合材料力学性能可能同时存在着增强效应与损伤效应,因此造成了T700/EP-A与T700/EP-B复合材料的不同力学性能表现出相异的变化趋势。随自然老化时间延长,T700/EP-A与T700/EP-B复合材料纵向拉伸强度表现出先升高后降低的趋势,纵向弯曲强度表现出逐渐升高的趋势,纵向压缩强度与层间剪切强度存在波动,未呈现出明显变化。      

紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响

采用拉挤成型工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其进行人工加速紫外老化实验,对不同老化时间的试样进行弯曲强度测试、冲击强度测试、动态热机械分析(DMA)。结果表明,紫外老化仅影响到受紫外辐射的碳纤维环氧复合材料最外层,使对外层性能敏感的力学性能下降;紫外老化使复合材料玻璃化转变温度(Tg)提高,老化前期提高幅度相对较大,后期变化不明显;随着老化时间的增加,受到紫外辐射的最外层碳纤维/环氧树脂界面受到一定程度削弱。     

热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

不同热氧环境对T800碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响EI北大核心CSCD

不同热氧环境(70,130,190℃)对碳纤维复合材料的性能有着重要的影响。分析了不同热氧环境下T800碳纤维/环氧树脂复合材料的失重特性,并对比了老化前后的表面形貌、红外光谱、动态力学性能和层间剪切性能。结果表明:在热氧老化初始阶段,质损率急速上升,老化温度越高质量损失越快;试样表面形貌随热氧温度的升高其破坏程度逐渐加剧,在190℃老化后,纤维表面树脂脱落严重,纤维与纤维之间出现裂缝空隙,无树脂填充,在此老化温度下,试样发生了不可逆化学变化;试样的玻璃化转变温度会随老化温度的升高而变大,但内耗呈现先降低后增大再降低的趋势,在70,130,190℃热氧老化后试样剪切强度分别提高6.0%,13.7%和2.1%。相关实验结果和实验现象可为后续研究新型国产T800碳纤维/环氧复合材料提供数据参考。     

含联苯结构的聚酰亚胺复合材料材料界面性能的影响

以改进的PMR方法由联苯四甲酸二甲酯(BPDE), 二氨基二苯甲烷(MDA)及降冰片烯二酸单甲酯(NE)合成的树脂为基体制备了AS4碳纤维增强的超高温聚酰亚胺复合材料。研究了树脂预聚物的高温流变行为。制得的复合材料在室温的弯曲强度为1190MPa,弯曲模量为121GPa,层间剪切强度为42MPa;在371℃的力学性能分别是763MPa、116GPa、26MPa;在371℃时的力学强度保持率可达50 %以上;玻璃化温度为472℃;该基体树脂和复合材料在空气中371℃下100h老化后,热失重分别为1.9％和2%。     

老化环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料性能的影响

不同老化环境(湿热、热水、热氧)对复合材料的性能有着重要的影响。文中分析了同一温度不同老化环境下T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的吸湿(湿热、热水)和失重(热氧)特性,并对比了老化前后的表面形貌、物理化学特性、动态力学性能及层间剪切性能。结果表明,在相同温度下,热氧环境下的失重率要大于湿热和热水环境下的吸湿率;随着老化时间延长,热氧环境下材料表面形貌变化相比湿热和热水环境变化较大;在70℃不同老化环境下,热氧环境下材料的玻璃化转变温度变化值要大于湿热和热水环境下的玻璃化转变温度变化值,说明热氧对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料基体的后固化作用大于吸湿对树脂基体的塑化作用,但材料化学官能团没有明显变化。与未老化相比,试样的最大破坏载荷和剪切强度在湿热和热水环境下降低,在热氧环境下升高,但差值不大。研究对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料结构件在更复杂环境下的使用和贮存具有重要的工程实际意义。     

甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷改性碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能

利用微脱粘法、三点弯曲法、扫描电镜（SEM）、力调制模式原子力显微镜（AFM）和动态力学热分析（DMTA）研究了甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）涂层改性前后的碳纤维增强的聚芳基乙炔（PAA）复合材料的界面性能。用Wilhelmy法研究了处理前后的碳纤维与PAA树脂的浸润性。结果表明: POSS涂层处理后的碳纤维表面粗糙度增大,与PAA树脂的浸润性提高;复合材料的界面剪切强度提高了36%,层间剪切强度提高了50%。DMTA图谱表明, POSS涂层改性后,复合材料的玻璃化转变温度提高了12℃,损耗因子降低了53%,表明复合材料的界面粘接性能得到大幅度的改善。      

碳纤维/QY9611复合材料湿热性能研究

研究国产碳纤维/QY9611复合材料固定吸湿量下的湿热性能。通过71℃水浸方法测得该型复合材料的饱和吸湿率仅为0.73%左右,选取吸湿率0.2%、0.4%、0.6%和饱和吸湿作为试验的固定吸湿量。每个固定吸湿量分别在室温和高温150℃环境下进行弯曲性能试验和层间剪切性能试验。并在Q800型动态力学热分析仪上进行动态力学性能试验。结果表明:随着复合材料的吸湿量持续增加,复合材料力学性能呈下降趋势;碳纤维/QY9611复合材料在干态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在70%以上;碳纤维/QY9611复合材料在湿态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在50%以上;吸湿后其玻璃化转变温度Tg下降缓慢,极限使用温度可达132℃。     

碳纤维布增强的改性含硅芳炔树脂基复合材料的制备和性能

先合成双酚A型含硅芳炔醚(SAPE-BA)和二苯醚型含硅芳炔醚(SAPE-DPE)树脂并表征其结构,再将其与含硅芳炔树脂(PSA)共混得到改性树脂PSA/SAPE-BA和PSA/SAPE-DPE,用热模压法制备碳纤维布增强的改性PSA树脂基复合材料,研究了改性PSA树脂的加工工艺性能、热性能、力学性能和复合材料的力学性能。结果表明,与PSA树脂相比,改性PSA树脂不但具有较好的加工性能,还具有较好的耐热性能。两种改性PSA树脂的玻璃化转变温度(Tg)都高于500℃,在氮气中5%热失重温度(Td5)分别达550℃和590℃;这两种改性树脂浇注体的弯曲强度分别提高了78.3%和54.2%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-BA共混树脂基复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别提高了38.4%和33.5%;碳纤维布T300增强PSA/SAPE-DPE树脂复合材料的弯曲强度和ILSS分别提高了23.4%和21.8%。     

热氧老化对三维编织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料力学性能的影响

研究了三维编织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料和层合碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料在200℃和250℃分别老化10、30、90、120和180天后的弯曲和剪切性能的变化。结果显示热氧环境下,纤维/双马来酰亚胺树脂基体界面性能随着老化时间的延长而显著下降,且编织复合材料老化后的弯曲和剪切性能保留率大于层合复合材料。这是由于编织复合材料中沿厚度方向的Z向纱将所有纱线捆绑为一个整体结构抵抗外力,且在热氧老化造成复合材料之间产生裂纹时,Z向纱的存在可以阻挡裂纹的扩展,减缓材料的老化速率。这说明与层合复合材料相比,编织复合材料的整体结构能够起到补偿由热氧老化导致的力学性能下降的作用。      

聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究

以聚酰亚胺纤维为增强体,环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯和聚酰亚胺树脂为基体,通过模压成型法制备了4种聚酰亚胺纤维增强的树脂基复合材料。研究了4种基体树脂低聚物的固化行为和流变性能,并表征了4种相应树脂基复合材料的热学、力学、介电性能以及纤维与树脂之间的界面性能。结果表明:4种基体树脂低聚物最低黏度都低于15Pa·s,显示了良好的成型工艺性,环氧树脂基复合材料的力学性能最好,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别达到716MPa、54.9GPa和56.5MPa;聚酰亚胺树脂基复合材料的耐热等级最高,玻璃化转变温度大于300℃;氰酸酯树脂基复合材料的介电性能最优,介电常数在低频段低于3.3。     

建筑用碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

选择以T700碳纤维为增强相，将碳纤维经浓HNO₃浸渍处理0,40,80,120和160 min后掺入到环氧树脂中，制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料。分析了浸渍时间对复合材料微观形貌、力学性能和热稳定性的影响。结果表明，经浓HNO₃浸渍的碳纤维表面粗糙度增大，沟槽数量和深度增加，碳纤维和环氧树脂的结合强度增大；随碳纤维浸渍时间的增大，复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量均先增大后减小，当浸渍时间为120 min时，复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均达到了最大值，分别为80.2和90.3 MPa,其弯曲强度和弯曲模量也达到了最大值，分别为902.6 MPa和79.3 GPa,且应力-应变最高点增大，弯曲性能提高；在800℃下浓HNO₃浸渍处理120 min的复合材料的残炭率最大为58.2%,热稳定性最佳。     

苯炔基封端的联苯型聚酰亚胺复合材料

采用改性单体原位反应聚合法(MPMR) 制备了苯炔基封端的聚酰亚胺树脂, 采用模压方法研究了聚酰亚胺复合材料的成型工艺。所制备的树脂和复合材料均具有很高的热稳定性; 复合材料在371 ℃的力学性能保持率高于室温力学性能的50 %; 其玻璃化转变温度为449 ℃; 纯树脂和复合材料在371 ℃空气中100 h 的热失重小于3 %。所研制的聚酰亚胺复合材料基本满足了371 ℃高温树脂的性能。      

PVP塑性界面层对CF/VE复合材料性能的影响

用热塑性聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对商用炭纤雏(CF)表面进行不同的涂覆处理后，制备了炭纤维／乙烯基酯树脂基单向复合材料(CF／VE)。研究了PVP塑性界面层对复合材料的层间剪切强度(ILSS)、弯曲性能、断口形貌及动态热机械性能的影响。结果表明。在炭纤维保持原环氧上胶层的基础上直接涂覆PVP时。复合材料的ILSS和弯曲性能提高，纤维与乙烯基酯树脂基体的粘结性能得到改善；炭纤维脱除原环氧上胶层后涂覆PVP时。复合材料的ILSS和弯曲强度降低，纤维与基体的粘结性能变差；塑性PVP界面层的存在使复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和弯曲模量提高，储能模量(E’)和能量损耗增大。     

热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响

采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。     

RTM改性苯并噁嗪树脂及复合材料性能研究

研究了RTM改性苯并噁嗪树脂及复合材料性能.用DMA研究RTM改性苯并噁嗪树脂体系的储能模量、损耗模量和玻璃化转变温度;用流变仪研究黏度特性;用TGA和TGA微分曲线研究热分解性能;并研究了RTM改性苯并噁嗪树脂及复合材料的力学性能.结果表明:RTM改性苯并噁嗪树脂体系的玻璃化转变温度是206℃;至少有400min的低黏度(η≤0.5Pa.s)时间作为工艺开放期;在氮气气氛下,RTM苯并噁嗪树脂体系热失重分两个主要阶段,在375℃时发生5％热失重,800℃残碳率是45.2％;RTM苯并噁嗪树脂基体拉伸强度72.4MPa,拉伸模量5.07GPa,弯曲强度173MPa,弯曲模量4.6GPa;碳纤维增强RTM苯并噁嗪树脂基复合材料的常规力学性能优异.     

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。     

界面改性对T－300／聚酰亚胺复合材料热氧稳定性的影响

采用电化学法连续处理碳纤维，通过阳极氧化剥除Ｔ－３００碳纤维表面耐热性差的环氧涂层，重新涂覆了几种耐热涂层。研究了在３１６℃条件下，５００小时热氧化对Ｔ－３００／聚酰亚胺复合材料层间剪切强度的影响，并且用ＳＥＭ观察了碳纤维表面处理前后的涂层剥落现象及表面形貌。     

海水环境下老化周期对T800碳纤维/环氧树脂复合材料的影响EI北大核心CSCD

研究T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在海水环境中进行湿热腐蚀老化,将制备好的试件放置在人工制备70℃,3.5%NaCl溶液中腐蚀30,60,90 d,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能、压缩实验和层间剪切实验分析材料的力学性能变化。结果表明:T800碳纤维/环氧树脂复合材料在3.5%NaCl溶液中吸湿率分别为0.39%,0.47%,0.53%;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5%NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏随时间的增加老化更加严重;玻璃化转变温度T_(g)下降,分别在老化30,60,90 d后从189.16℃下降到177.54,171.88,168.06℃;经3.5%NaCl溶液老化后,老化30,60,90 d试样的最大破坏载荷分别降低3.2%,8.4%,15.3%,压缩强度分别降低3.0%,8.2%,15.9%;层间剪切最大破坏载荷分别降低3.0%,9.2%,14.9%,剪切强度分别降低3.0%,9.7%,16.4%。