含磷聚芳醚酮-双马来酰亚胺树脂(PAEK-P-BMI)及碳纤维/PAEK-P-BMI复合材料

为提高树脂传递模塑(RTM)复合材料的整体韧性,结合“离位”复合增韧技术和RTM制造技术,应用新型热塑性含磷聚芳醚酮(PAEK-P)对碳纤维/双马来酰亚胺树脂(CF/BMI)复合材料进行增韧改性,研究了PAEK-P-BMI复合树脂的流变性能、分相行为及PAEK-P对CF/BMI复合材料韧性的影响。结果表明,分子链的刚性结构使PAEK-P具有高的耐热性,玻璃化转变温度达到268.8℃,PAEK-P在BMI树脂中的溶解性较差,PAEK-P-BMI复合树脂凝胶时间和黏度急增拐点时间受PAEK-P含量的影响很小;PAEK-P-BMI复合树脂在110℃/300 min条件下未出现相分离,但在后期的高温固化过程形成了分相结构,并在CF/PAEK-P-BMI复合材料中保持了分相形貌;与CF/BMI复合材料相比,CF/PAEK-P-BMI复合材料的冲击后损伤投影面积降低了69%,冲击后压缩强度提高了16.6%,冲击凹坑深度减小了34.4%。      

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。     

RTM用苯并(恶)嗪树脂基碳纤维复合材料的性能研究

针对RTM成型工艺对基体树脂的特殊要求,结合MA型苯并(噁)嗪树脂耐烧蚀、高性能的特点,对制造高强度苯并(噁)嗪树脂基碳纤维复合材料进行了研究.系统考察了基体树脂体系的工艺性能、固化反应行为以及力学性能.结果表明:该树脂体系在95～115℃温度区间内至少有350min的低黏度(≤500mPa·s)时间作为工艺开放期,符合RTM成型工艺要求;树脂体系的玻璃化转变温度在223℃;RTM苯并(噁)嗪树脂基碳纤维复合材料的空隙含量仅为0.23％,树脂浇铸体和碳纤维复合材料的常规力学性能优异.MA型苯并(噁)嗪树脂完全可以采用RTM工艺成型高性能复合材料.     

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。     

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。     

6421双马来酰亚胺树脂的反应流变性及树脂传递模塑成型工艺研究

对用于RTM工艺的6421双马来酰亚胺（BMI）树脂体系的反应流变特性进行了研究，并根据流变特性确定RTM工艺的两个主要参数：模具温度110－140摄氏度，注射压力小于0．5MPa，结果表明，按此工艺条件可顺利成型先进RTM复合材料，且复合材料的表面质量良好，孔隙率低，达到先进复合材料的性能要求，同时对RTM成型的编织复合材料的力学性能进行了初步的表征。     

RTM快速成型环氧树脂时间-温度-转变图的构建及其碳纤维/环氧树脂复合材料评价

针对自行研制的树脂传递模塑工艺（RTM）快速成型环氧树脂,利用唯象动力学模型、DiBenedetto方程和凝胶模型研究了树脂体系的等温及非等温固化动力学,构建了时间-温度-转变（TTT）的关系图,表明树脂体系兼具较长的适用期与快速固化特性。以此设计RTM快速成型工艺,考察了树脂体系对碳纤维织物的浸润流动行为,并评价了快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的界面力学性能与微观形貌。结果表明,注射温度下树脂体系的浸润填充性良好,RTM快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和内部成型质量较好。      

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.     

尼龙无纺布增韧RTM复合材料的湿热老化性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了PNF层间增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),研究了U3160-PNF/3266复合材料的吸湿特性及湿热老化对其耐热性能的影响。结果表明:增韧前后复合材料具有相似的吸湿动力学特性,但在吸湿初期,U3160-PNF/3266复合材料具有更大的吸湿速率,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266复合材料的饱和吸湿率约为0.96%,略大于非增韧复合材料U3160/3266的0.87%。随着湿热老化时间的增加,两种复合材料的玻璃化转变温度均逐渐降低,并随着吸湿率的饱和而趋于平稳,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266和U3160/3266复合材料的玻璃化转变温度分别下降了约15%和14%。     

z向流动RTM工艺树脂的流动浸润行为

研究了层间“离位”附载多孔薄膜结构形式增韧层的大厚度纤维预成型体中等代流体（树脂）沿预成型体厚度方向（z向）的流动行为,通过压力传感器监测z向流动RTM（z-RTM）工艺注射过程中进、出胶口压力的变化规律,进一步反推树脂在层间“离位”增韧与非增韧预成型体中的宏观流动及微观浸润模式。结果表明,在 z-RTM工艺注射过程中,树脂在沿纤维束间z向快速流动的同时完成对纤维丝束内部的浸润。层间“离位”附载的增韧层虽延缓了树脂的宏观流动,但使流动前锋曲面更加平滑。层间“离位”增韧预成型体z向渗透率为3.5×10^-15m²,与非增韧预成型体的z向渗透率2.9×10^-14m²相比,降低约一个数量级。     

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.     

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。     

Low viscosity cyanate ester resin for the injection repair of hole-edge delaminations in bismaleimide/carbon fiber composites

The repair efficiency of bisphenol E cyanate ester (BECy) resin was investigated for the injection repair of high temperature polymer–matrix composites by ultrasonic C-scan mapping, fluorescent dye penetration, optical microscopy, hole plate shear (HPS), and post delamination compression tests. Bismaleimide/carbon fiber (BMI–cf) composites were chosen as a model substrate. A vacuum-based resin injection repair method was used for repairing the pre-damaged composite specimens. The effect of surface wettability on the repair efficiency of BECy on BMI–cf composite substrate was studied by temperature dependent contact angle measurements. C-scan, fluorescent dye penetration, and optical microscopy images of pristine, delaminated, and repaired specimens reveal efficient infiltration of resin in specimens repaired at elevated temperatures. The repair efficiency calculated from HPS and post delamination compression tests was observed to be 155% and 100%, respectively, illustrating the capability of BECy for repairing high temperature structural composites.     

RTM玻璃纤维/E51环氧树脂复合材料孔隙含量对超声特征参数的影响

在0.1~0.35 MPa的树脂注射压力条件下,制备了孔隙含量不同的玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂的树脂传递模塑（RTM）工艺试件,采用超声法、金相法和密度烧失法测量试件的孔隙含量。讨论了孔隙含量随树脂注射压力变化以及孔隙含量对RTM玻璃纤维/环氧树脂复合材料超声参数和力学性能的影响规律。结果表明,树脂注射压力的变化对孔隙含量产生明显影响,注射压力由0.1 MPa增加到0.35 MPa过程中,玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂复合材料的孔隙含量从9.95%减小至3.73%。超声特征参数随孔隙含量的增加呈近于线性递增,尤其是超声非线性特征参数的变化更加明显,超声特征参数的变化可评价复合材料孔隙含量。     

先进树脂基复合材料制造技术进展

国内先进树脂基复合材料制造技术经过30多年的发展, 已初步形成以热熔预浸料制造、 热压罐和树脂传递模塑(RTM)成型技术为代表的先进树脂基复合材料制造技术体系, 所制备的先进树脂基复合材料已在航空领域得到大量应用。本文中主要介绍国内先进树脂基复合材料热压罐成型技术、 RTM成型技术和自动铺放技术的最新进展以及先进树脂基复合材料制造过程模拟与优化技术, 讨论了国内先进树脂基复合材料制造技术的主要发展方向。     

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.