石墨烯/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

为优化石墨烯/氰酸酯(CE)复合材料的制备工艺并提高其韧性,制备了对苯二胺(PPD)功能化的氧化石墨烯(GO-PPD),分别以GO和GO-PPD为添加物,以CE和环氧树脂(质量比为7:3)共混物为基体树脂制备了GO/CE-环氧树脂和GO-PPD/CE-环氧树脂复合材料。采用红外和拉曼光谱表征GO和GO-PPD的结构,并研究了二者在溶剂中的溶解性。GO-PPD在乙醇等低沸点和低毒性的有机溶剂中表现出稳定的溶解性,与GO相比,GO-PPD明显改善了复合材料制备的工艺性。性能研究表明,GO和GO-PPD的加入均会降低基体树脂的固化温度,明显提高其力学性能和热性能,使基体树脂的介电常数和介电损耗显著增大,但仍然基本保持良好的耐湿热性和耐腐蚀性。石墨烯表面的化学性质影响石墨烯/CE-环氧树脂复合材料的综合性能,与GO相比,GO-PPD的加入能更明显提高复合材料的力学性能和耐热性。     

一种耐高温加成固化型酚醛树脂作为复合材料基体的评价

制备了烯丙基化程度可达 173%的烯丙基酚醛树脂(AN173),并与双马来酰亚胺(BMI)以 1 ∶1 的质量比进行共聚,制备了双马改性的烯丙基酚醛树脂(BMAN173) 。研究了该树脂工艺性,确定了其固化制度,考察了该树脂石英布复合材料层合板的耐热性和力学性能。实验结果表明,BMAN173 树脂具有良好的工艺性,适合于RTM、模压成型等多种成型工艺。BMAN173树脂固化物表现出良好的耐热性,其储能模量起始下降温度约为390℃, 起始热分解温度超过430℃。与传统酚醛树脂相比,该树脂的复合材料的高温力学性能优异,350℃弯曲强度和层间剪切强度保留率分别约为57%和62%;复合材料具有优异的热性能,其储能模量起始下降温度约为410℃,玻璃化转变温度超过了450℃。BMAN173树脂是耐高温复合材料的理想候选基体树脂。     

低介电笼型倍半硅氧烷改性氰酸酯-环氧树脂复合材料

采用环氧基倍丰硅氧烷(POSS)对双酚A型氰酸酯和环氧树脂共聚体系进行改性.系统研究了该固化体系的纳米粒子相分散状态、热性能以及力学性能、介电性能.当POSS含量为1%(质量分数)时,POsS以分子级分散在树脂基体中,该固化体系的热性能和机械性能均有明显提高,介电常数和介电损耗显著降低.随着POSS含量的提高,部分POSS以自聚和结晶的状态存在于聚合物中,体系的热性能和机械性能有所下降.     

新型酚醛树脂PN作为复合材料基体的评价

研究了炔丙基改性酚醛树脂(PN)作为复合材料基体的工艺性和耐热性,及PN石英布层合板的力学性能和耐热性。结果表明,PN树脂适用于RTM、模压等多种成型过程;PN树脂浇铸体玻璃化温度在330℃~380℃;PN石英布层合板的力学性能比普通酚醛树脂层合板有明显提高,其中材料力学性能随炔丙基含量增大而趋于降低;PN石英布层合板的耐热性(玻璃化温度超过360℃)远高于普通酚醛树脂层合板(玻璃化温度低于280℃)。     

新型酚醛树脂MPN作为复合材料基体的评价

研究了羟甲基炔丙基改性酚醛树脂( Methylol pr opargyl novolac r esin: MPN) 作为复合材料基体的工艺性和耐热性, 评价了其作为树脂基体的石英布层合板复合材料的力学性能和耐热性。结果表明: 加成缩合二元固化型MPN 树脂具有适用于RTM ( Resin transfer moulding) 、模压等多种成型方法的良好工艺性; 树脂浇铸体表现出优异的耐热性, 其玻璃化温度达到350e 以上; MPN 树脂石英布层合板的力学性能相对普通酚醛树脂层合板有所提高, 其中MPN 树脂中羟甲基含量增大会导致材料力学性能降低; MPN 石英布层合板的耐热性则远优于酚醛树脂层合板, 前者的玻璃化温度( 以DMA 表征, 360~ 380 e ) 远高于后者( < 280e ) 。      

Al2O3/环氧树脂-氰酸酯复合材料反应动力学及力学性能

以双酚A型环氧树脂(E51)和双酚A型氰酸酯(BCE)为原料,研究E51改性BCE共固化反应机制。同时,以E51-BCE为基体树脂,溶胶-凝胶法(Sol-Gel)自制Al2O3为增强体,制备Al2O3改性E51-BCE (Al2O3/E51-BCE)复合材料。通过非等温DSC确定了E51-BCE体系的固化工艺及固化反应动力学,并根据Kissinger法和Ozawa法求得体系的表观活化能分别为66.13 kJ/mol和69.46 kJ/mol。利用红外光谱跟踪固化体系在起始固化温度为160℃、 180℃时的反应历程,结果表明:起始固化温度在160℃时,以E51与BCE直接反应为主;起始固化温度在180℃时, BCE反应活性提高,以BCE自聚反应为主,生成三嗪环的速率加快,少量的BCE直接与E51反应生成恶唑啉结构。对Sol-Gel法自制Al2O3进行FTIR和TEM表征,结果表明:Al2O3为短纤维状的晶体,表面含有少量羟基。SEM结果显示:Al2O3为分散相,与基体间界面模糊, Al2O3/E51-BCE复合材料的脆断面裂纹不规则,为典型的韧性断裂;当Al2O3掺杂量为3wt%时, Al2O3在基体中分散均匀, Al2O3/E51-BCE复合材料的冲击强度和弯曲模量分别为24.2 kJ/m2和2.54 GPa,比基体树脂的冲击强度和弯曲模量分别提高53.65%和22.12%,力学性能得到明显改善。     

空心石英玻璃纤维增强氰酸酯基低介电复合材料的制备及性能分析

研究了空心石英纤维增强新型改性氰酸酯树脂基复合材料的力学性能、热物理性能和介电性能,结果表明,空心石英纤维增强氰酸酯复合材料具有较好的力学性能和优异的介电性能。空心石英纤维增强新型改性氰酸酯树脂基复合材料的介电常数低且具有较好的频率稳定性,适合作为宽频高透波材料。     

T800碳纤维/9518氰酸酯复合材料的性能

通过差示扫描量热（DSC）法研究了9518氰酸酯的固化反应,制定了9518氰酸酯的固化工艺;通过动态热机械分析（DMA）测试、力学性能测试、金相显微镜和SEM等方法研究了T800碳纤维/9518氰酸酯复合材料的受热行为、力学性能、纤维微观形貌和界面特性。结果表明：9518氰酸酯的固化反应只有一个固化反应放热峰,其比较合理的固化工艺为130℃/0.5 h+160℃/0.5 h（加压合模）+200℃/2 h+230℃/2 h。T800碳纤维/9518氰酸酯复合材料的玻璃化转变温度为255℃,其各项力学性能比T700碳纤维/9518氰酸酯复合材料提高均大于10%,室温-湿态力学性能保持率大于83%,200℃的力学性能保持率大于60%。T800碳纤维不规则的截面和表面沿长度方向的沟槽有利于树脂与纤维间形成良好的结合界面。     

电子封装用氰酸酯复合材料的研究

采用氮化铝(AlN)和纳米氮化铝(n-AlN)、二氧化硅(SiO2)以及经过硅烷偶联剂(KH560)处理的AlN和SiO2与氰酸酯(CE)树脂共混,设计制备了AlN/CE,n-AlN/CE,AlN-SiO2/CE和AlN(KH560)-SiO2(KH560)/CE复合材料。研究了填料的种类、粒径、含量和表面性质对复合材料导热性能、介电性能的影响。结果表明:填料对复合材料的导热性能有显著影响,用n-AlN和AlN混合填充CE,不同粒径的AlN可以形成紧密堆砌而提高热导率λ。高含量的AlN添加到CE中会提高复合材料的介电常数,但将SiO2部分取代AlN,能减少介电常数的增加量。     

多壁碳纳米管改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料的力学性能

用强酸氧化法与等离子体镀膜法分别对原始多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面修饰,制备了MWCNTs改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料。对复合材料的断裂面进行SEM分析,研究了表面处理方法对复合材料室温及低温力学性能的影响。结果表明,经等离子体镀膜表面修饰后的MWCNT在基体中分散更为均匀,与基体的界面结合力更强。经等离子体镀膜表面改性后的MWCNTs复合材料,当MWCNTs质量分数为0.3%时,其室温及低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度较纯氰酸酯/环氧树脂基体均有不同程度的提高。     

Effects of moisture and thermal cycling on in-plane shear properties of graphite fibre-reinforced cyanate ester resin composites

The weight change and retention of in-plane shear (±45°) strength of graphite fibre-reinforced cyanate ester resin matrix composites have been estimated on exposure to high humidity and thermal cycling, respectively. Cyanate ester resin matrix composites absorbed a remarkably small amount of moisture on exposure to high humidity. However, the degree of moisture absorption underwent a rather sudden increase to a new equilibrium level after prolonged exposure. A morphology study showed the occurrence of extensive cracking in the matrix/interface region in the form of delamination between plies as well as translaminar cracking within plies. The phenomenon is believed to be caused by weakening of the fibre-matrix interface, which was confirmed by microscopic analysis of fracture surfaces. A sudden moisture gain associated with extensive matrix/interface cracking was found to reduce the in-plane shear strength and fatigue lifetime at a given stress amplitude. The slope of the S-N curve was lower for wet specimens, implying a higher growth rate of local cracks as well as delamination. The rate of in-plane shear strength degradation was also measured on static exposure to dry heat as well as after thermal cycling to a peak temperature of 150 or 204°C. At a frequency of 10 min/cycle and for a relatively short duration, the effect of thermal cycling seems to be represented by the cumulative sum of thermal oxidation effects at the peak temperature.     

高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能

以4,5-环氧己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯（TDE-85）、苯基缩水甘油醚（PGE）、壬基酚（NP）作为改性剂改性双酚A氰酸酯（BCE）得到改性氰酸酯树脂（TPNCE）,通过湿法缠绕制备预浸料,并采用热压罐成型工艺制备S30M型高强高模聚酰亚胺纤维/TPNCE（PI/TPNCE）复合材料,对TPNCE树脂及PI/TPNCE复合材料的介电、力学等性能进行了分析。结果表明,TPNCE树脂冲击强度达到14.2 kJ/m2,比BCE提高近一倍,固化温度下降了约43℃,与PI纤维界面结合较好,且保持较低的介电常数和介电损耗;PI/TPNCE复合材料0°拉伸强度达到1 485 MPa,弯曲强度达到758 MPa,压缩强度达到322 MPa,7~18 GHz范围内介电常数保持在3.15左右,介电损耗因子在0.005~0.0075之间,玻璃化转变温度为197℃,密度为1.28 g/cm3。本研究实现了高强高模PI纤维与氰酸酯树脂复合的重要突破,为轻质高强结构-功能一体化复合材料的设计和选材提供了新思路。      

改性氰酸酯树脂基复合材料的研究

采用差示扫描量热法(DSC)研究了氰酸酯树脂／环氧树脂／线性酚醛树脂三元共聚体系的反应活性,制定了体系的固化工艺。并研究了以三元树脂体系为基体的玻璃布层压板的力学性能、介电性能以及耐湿热性。结果表明线性酚醛树脂的加入大大提高了氰酸酯／环氧树脂体系的反应活性。使反应温度大大降低。随线性酚醛树脂含量的增加。复合材料的弯曲强度先增大后基本保持不变,层间剪切强度先增大后略有下降;而三元体系的介电常数、介电损耗角正切值和吸水率随线性酚醛树脂含量增大而单调降低。三元体系／E-玻璃布层压板复合材料的弯曲强度和层间剪切强度分别比纯氰酸酯树脂复合材料提高12％和30％。而线性酚醛树脂含量为15％(质量分数)时,介电常数、介电损耗角正切值和吸水率分别比氰酸酯／环氧树脂复合材料降低了6％、40％和9％。     

稀土改性对玄武岩纤维增强氰酸酯树脂复合材料性能的影响

采用自制稀土改性剂改性玄武岩纤维（La-BF）布增强双酚A型二氰酸酯（BADCy）制备了La-BF/BADCy复合材料。采用SEM和FTIR分析了改性对BF表面产生的影响,TG分析研究了改性对BF/BADCy复合材料热稳定性的影响,使用电子万能试验机研究改性对不同质量分数的BF/BADCy弯曲性能的影响,通过阻抗分析仪分析了改性对La-BF/BADCy复合材料介电性能的影响。结果表明,改性减少了BF的表面缺陷,并引入了结晶状凸起,有利于提高BF/BADCy复合材料的界面性能;通过改性提高了BF/BADCy复合材料的热稳定性,初始分解温度提高了145℃;当BF的质量分数为12wt%时,改性使BF/BADCy复合材料弯曲模量提高到4.19 GPa,弯曲强度达到110 MPa以上。在1 MHz~3 GHz范围内,La-BF/BADCy复合材料的介电常数稳定在1.9左右。因此稀土改性是一种能够有效提高BF/BADCy复合材料弯曲性能、热稳定性及介电性能的表面改性方法。      

Ni0.5Co0.5Fe2O4铁氧体/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

采用水热法合成Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体,并应用于氰酸酯-环氧树脂（CE-EP）复合材料的增韧改性,研究Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP固化反应、力学性能及热稳定性的影响。XRD和SEM结果表明,所合成的Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体结晶性好、纯净、呈块状,粒径约为20 nm。性能研究表明,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体的加入对CE和EP间的固化反应速度影响不大,且不会改变树脂基体的固化反应机制。与纯CE-EP树脂体系相比,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体/CE-EP复合材料在保持CE-EP玻璃化转变温度（T_g）的基础上明显改善了其韧性,当Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体质量分数为3wt%时,其冲击强度和弯曲强度达到最大值,较纯CE-EP树脂基体分别提高了65%和30.3%;但其热分解温度略有降低,可能是由于Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP树脂基体高温分解的催化作用造成的。      

氰酸酯树脂改性的研究现状

介绍了氰酸酯树脂改性的几种方法,阐述了热固性树脂、热塑性树脂、橡胶弹性体、晶须等改性氰酸酯的研究现状及优缺点,并展望了氰酸酯树脂的研究方向。     

中间相碳微球/氰酸酯树脂复合材料的导电导热性能

选取M22、M15和M23三种不同粒径中间相碳微球（MCMBs）作为填料,分别以10vol%、25vol%、40vol%和50vol%体积分数填充氰酸酯树脂（CE）制备了MCMBs/CE复合材料,通过SEM、XRD、拉曼光谱仪、导热仪、体积电阻仪分析了不同粒径的MCMBs/CE复合材料的性能。结果表明:三种球形粉体都具有石墨化结构,其中M22粉体球形度最好、石墨化程度最高（I_D/I_G=0.23）、体积电阻率最小。三种MCMBs粉体制备的MCMBs/CE复合材料的吸水性、导热性和导电性均随填充量的增加而增大,冲击强度则先增大后减小。其中以M22在40vol%填充率下所得MCMBs/CE复合材料的综合性能最优,吸水率为0.45%,冲击强度为23.6 kJ/m2,热导率达1.28 W/（m·K）,体积电阻率达1.5 Ω·cm。