基于单体反应物自聚合方法的高韧性聚酰亚胺树脂结构与性能

采用单体反应物自聚合(PMR)方法,以4-苯乙炔苯酐为反应性封端剂,2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐(α-BPDA)和4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)为二酐和二胺单体,合成了不同相对分子质量的热固性聚酰亚胺树脂。借助差示扫描量热分析、动态力学热分析、热重分析和流变性能分析等方法,研究了相对分子质量与固化反应特性、流变特性、耐热性能、韧性性能的关系及影响机理。结果表明,随着相对分子质量增加,熔体最低黏度由10.4 Pa·s增加至1449.4 Pa·s;玻璃化转变温度由378℃下降至346℃,冲击强度由31.69 kJ/m2提高到62.15 kJ/m2。通过优化相对分子质量可实现对韧性性能、耐热性能与工艺性能的综合调控。     

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。     

RTM聚酰亚胺树脂性能优化设计研究

综合考虑耐热性、流变性能、开放期以及树脂固化后的玻璃化转变温度等因素,对PETI聚酰亚胺树脂进行优化.研究分子量对优化体系的影响.结果表明:以苯乙炔苯酐(4-PEPA)为封端基,选择非对称的二酐(a-BPDA),引入3,4'-二苯醚二胺(3,4'-ODA)和4,4'-二苯醚二胺(4,4'-ODA)等比例合成出低粘度的树脂,当分子量为750g/mol时,该PE-TI聚酰亚胺树脂能满足RTM工艺要求,能够实现高温复合材料的低成本制造.     

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。     

聚甲基丙烯酸甲酯@聚丁二烯核壳结构纳米粒子增韧双酚A型氰酸酯树脂性能

采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）@聚丁二烯（PB）核壳结构粒子增韧双酚A型氰酸酯（BADCy）树脂,制备了PMMA@PB/BADCy树脂。研究结果表明,当PMMA@PB质量分数为6wt%时,可以取得较好的增韧效果,PMMA@PB/BADCy树脂冲击强度达到了14.32 kJ · m^-2,提高了83.6%;DMA和TG-DTA耐热性测试结果表明,PMMA@PB的加入未降低树脂耐热性,固化后PMMA@PB/BADCy树脂的玻璃化转变温度为236.8℃,最大热分解温度为410.0℃。SEM和TEM结果表明,PMMA@PB核壳橡胶在BADCy树脂基体中分散性好,PMMA@PB/BADCy树脂破坏断面呈现典型的韧性破坏。PMMA@PB/BADCy树脂流变特性的测试表明,PMMA@PB核壳橡胶加入后基本没有影响到BADCy树脂的流变特性,PMMA@PB/BADCy树脂的最低点黏度为0.79 Pa · s左右,是树脂浸渍纤维的理想黏度。介电性能测试表明,PMMA@PB核壳橡胶增韧BADCy树脂后介电性能影响不大,当PMMA@PB质量分数为6wt%时介电常数为3.0,介电损耗为0.010。该PMMA@PB/BADCy树脂性能优异,可作为预浸料基体树脂,适用于航空航天低介电复合材料的制造。     

基于2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐可溶性聚酰亚胺的亚胺化方法

采用2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐(α-ODPA)与柔性二胺单体1,3-二(4-氨基苯氧基)苯(1,3,4-APB)合成了可溶性聚酰亚胺,其在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等极性溶剂中的溶解性得到提高,研究了亚胺化方法对基于α-ODPA的可溶性聚酰亚胺性能的影响和作用机制。结果表明,亚胺化方法对相对分子质量的影响是产生各项性能变化的根本原因,基于α-ODPA的聚酰亚胺适用于化学亚胺化方法,采用化学亚胺化方法能够得到的可溶性聚酰亚胺的数均相对分子质量为2. 68×10~4,5%热分解温度(T_(d5))为544. 7℃,玻璃化转变温度(T_g)为236. 1℃,热稳定性能良好。化学亚胺化聚酰亚胺树脂的拉伸强度为99. 99 MPa,冲击强度为102. 51 kJ/m~2,韧性性能优异。     

6FDA型聚酰亚胺共聚物(6FDA-TMPDA/DABA)的合成及气体渗透性能测试

合成了含有易交联极性基团 -COOH的新型 6FDA型聚酰亚胺共聚物 (6FDA -TM PDA/DABA) .6FDA(4,4’ -六氟亚异丙基 -邻苯二甲酸酐 )为二酐单体 ,TMPDA(2 ,4 ,6 -三甲基 - 1,3-苯二胺 )和DABA(3,5 -二氨基苯甲酸 )为二胺单体 .采用乌氏粘度计、DSC(差分扫描量热 )和TGA(热重量分析 )测定了共聚物的比浓粘度、Tg(玻璃化转变温度 )和Td(热分解温度 ) .比浓粘度均高于 0 36 ,说明合成的聚合物有较大的分子量 .Tg 在DSC升温至 4 0 0℃时测量不到 ,Td 均在 5 2 0℃以上 ,显示出合成的共聚物有很好的热稳定性 .在 30℃和 10 132 5Pa下测试了摩尔比为 3∶1、9∶1(TMPDA∶DABA)共聚物的H2 、CO2 和N2 的纯气渗透系数 .结果显示两种共聚物均有很高的渗透系数和CO2 /N2 的理想分离系数 .其中 6FDA -TMPDA/DABA 9∶1体系的CO2 纯气渗透系数达到 1 12 5× 10 - 13m3·m/ (m2 ·s·Pa)     

热熔法预浸料用氰酸酯树脂的性能

采用聚醚砜(PES)对氰酸酯树脂改性,制备出PM915树脂。对PM915树脂的工艺性能和固化物性能进行了系统研究,该树脂成膜性和贮存稳定性良好,适用于热熔法预浸料工艺。研究了PM915树脂的流变性能及凝胶时间,树脂在70℃时的黏度为20 Pa·s左右,在120℃条件下可保持黏度稳定时间达115 min,160℃时凝胶时间为40 min。PM915树脂制备过程中部分反应热已释放,其拥有较低的固化放热焓,固化温度为220℃。通过引入热塑性组分PES,PM915树脂的固化收缩率低至0.16%。PM915树脂固化物具有优良的热性能,热失重5%时的温度T_d5=423℃,玻璃化转变温度T_g=276℃,热膨胀系数为4.4×10?5/℃。通过热塑性树脂的改性,引入了柔性基团,进而提高了树脂固化物的韧性,PM915树脂固化物的弯曲强度和弯曲模量分别为139.3 MPa和4.2 GPa,拉伸强度和拉伸模量分别为75.8 MPa和3.8 GPa;扫描电子显微镜（SEM）表征显示PM915树脂固化物为韧性断裂。结果表明,PM915树脂是一种适用于热熔法预浸料的氰酸酯树脂基体,且具有低固化收缩率、高尺寸稳定性和优良耐热性,可应用于卫星等航天器结构件。      

适用于热熔法预浸料生产氰酸酯树脂的制备

对两种不同改性氰酸酯树脂的介电性能、玻璃化转变温度、流变性及力学性能进行了研究。结果表明:70℃下树脂体系黏度为20Pa·s,具有良好的工艺性,适用于热熔法生产预浸料;树脂具有优异的介电性能,介电常数为3.1～3.6,介电损耗角正切值为0.005～0.009;耐温性优异,B类树脂玻璃化转变温度达到240℃。该树脂体系是适合耐高温高性能透波材料应用的树脂基体。     

扩链剂亚磷酸三苯酯对r-PETG结构与性能的影响

以亚磷酸三苯酯(TPPi)为扩链剂,通过反应加工技术对回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(rPETG)进行扩链改性。采用旋转流变仪、红外光谱仪和凝胶渗透色谱仪研究了TPPi添加量对r-PETG的结构与性能的影响。结果表明,当TTPi质量分数为2.0%时,r-PETG的数均相对分子量(Mn)由2.52×10~4提高到3.35×10~4;端羧基含量由100mol/kg降低到50mol/kg;零剪切黏度(η_0)由3435.8Pa·s增至27944.5Pa·s;特征松弛时间(τ0)由0.94s延长到30.91s;拉伸强度从41.2MPa增加到了62.3MPa,无缺口冲击强从38.4kJ/m~2大幅度提高至66.8kJ/m~2。改性后r-PETG分子链的结构类型没有变化,仍保持线型链结构。     

Fe-Si磁性颗粒/环氧树脂复合材料的冲击和磁学性能

采用双酚A型WSR-615和缩水甘油胺型AG-80环氧树脂为基体,以Fe-Si磁性颗粒为填料,通过热压成型方法制备了高含量磁性Fe-Si颗粒/环氧树脂复合材料。研究了环氧树脂基体的玻璃化温度和冲击强度及Fe-Si磁性颗粒含量对Fe-Si/环氧树脂复合材料的冲击强度和磁化强度的影响及温度敏感性。研究结果表明：随着磁性颗粒含量的增加,Fe-Si/环氧树脂复合材料的冲击强度和磁性能增加。当磁性颗粒体积分数由54 vol%增加到66 vol% 时,Fe-Si/环氧树脂的冲击强度和饱和磁化强度分别由4.03 kJ/m²和162.07 emu/g增加到7.16 kJ/m²和175.04 emu/g。Fe-Si/环氧复合材料在-60 ℃~140 ℃ 范围内的温度敏感性低,符合实际应用对复合材料稳定性的要求。     

分子量对β-PP/纳米CaCO_3复合物冲击强度的影响

采用差示扫描量热(DSC)、冲击试验和扫描电镜研究了不同分子量β晶型聚丙烯(β-PP)/纳米CaCO_3复合物在不同成核剂含量下的晶体含量和冲击强度。结果表明,随着成核剂含量的升高,不同分子量的复合物样品的冲击强度都呈先上升后下降的趋势,在0.1%(质量分数,下同)时都出现峰值,由低分子量PP为基体的样品冲击强度从3.5 kJ/m~2上升至9.1 kJ/m~2,提高幅度达160%,由高分子量PP为基体的样品从8.2 kJ/m~2上升至41.3 kJ/m~2,提高幅度达500%。β晶体含量对复合物冲击强度的贡献不大,但明显取决于PP的分子量及β晶体的形态。     

2,3,3’,4’-联苯四酸二酐硬质聚酰亚胺泡沫材料的结构与性能

系统研究了在含2,3,3’,4’-联苯四酸二酐(a-BPDA)的聚酰亚胺(PI)泡沫材料体系中,计算相对分子质量、二胺分子结构、二酐分子结构对聚酰亚胺泡沫材料性能的影响。研究发现,对于a-BPDA/m-PDA/NA体系,计算相对分子质量为1500时,可以制备得到性能优良的硬质耐高温聚酰亚胺泡沫材料,其玻璃化转变温度高于350℃,闭孔率大于88%,压缩强度为1.34 MPa。在该体系中,部分引入ODPA,可提高材料的韧性;当n(BTDA)∶n(a-BPDA)=5∶5时,泡沫材料不但拥有高的耐热性能和力学力学性能,同时还具有良好的韧性。     

纳米增韧NiFe2O4陶瓷惰性阳极烧结行为与性能的研究

采用粉末冶金法制备NiFe₂O₄纳米粉增韧NiFe₂O₄陶瓷铝电解惰性阳极, 研究了NiFe₂O₄纳米粉添加量对NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极烧结行为和材料性能的影响。通过线收缩和SEM对NiFe₂O₄陶瓷的烧结性能和显微结果进行分析。研究结果表明: 随着NiFe₂O₄纳米粉添加量的增加, 烧结收缩程度逐渐增大, 烧结致密化开始温度和烧结初期活化能逐渐降低, 添加量为40%时试样从900℃开始大幅度收缩, 烧结初期表观活化能下降到291.43 kJ/mol。NiFe₂O₄陶瓷惰性阳极的体积密度、抗弯强度和断裂韧性随NiFe₂O₄纳米粉添加量的增加均呈现先上升后下降的变化趋势, 气孔率和静态腐蚀率呈先下降后上升的趋势, 均在30%达到极值, 断裂韧性达到最大值3.12 MPa•m^1/2, 是未添加纳米粉试样的2.14倍。NiFe₂O₄纳米粉的添加能够明显增强晶界结合强度, 降低陶瓷材料气孔率, 从而提高断裂表面能实现增韧作用。     

层状ZrB2-SiC-G陶瓷在1300℃下的抗氧化性及其残余强度的研

采用流延-层叠-热压的方法制备了不同石墨界面层的层状ZrB₂-SiC-G超高温陶瓷, 研究其在1300℃下氧化0.5~10 h的氧化行为以及氧化时间对室温残余强度的影响, 观察了增重量随氧化时间的变化, 并对其物相和形貌进行了分析。结果表明, 石墨界面层中添加40vol% ZrB₂和10vol% SiC制备的层状ZrB₂-SiC-G超高温陶瓷, 室温弯曲强度为670 MPa, 断裂韧性为13.7 MPa·m^1/2, 氧化10 h后弯曲强度仍达429MPa, 断裂韧性仍达10.25 MPa·m^1/2, 优异的残余强度是由于表面形成了致密的SiO₂玻璃层而阻止了材料内部被氧化。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

酸化处理多壁碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料性能

采用酸化处理的多壁碳纳米管（MWCNTs）增强双酚A型氰酸酯-酚醛型氰酸酯（BCE-NCE）树脂。通过SEM、TEM对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料微观结构进行表征,利用DSC、DMA和TG/DTA对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料热性能进行研究,采用电子拉力机对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料力学性能进行测试,采用谐振腔法对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电性能进行测试。结果表明,混酸处理过的MWCNTs在BCE-NCE树脂基体中的分散效果较好。MWCNTs对BCE-NCE树脂热力学性能影响不大,当MWCNTs添加量为0.8wt%时,BCE-NCE树脂玻璃化转变温度（T_g）从298℃下降到285℃,但仍维持较高水平。当MWCNTs添加量为0.6wt%时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料冲击强度为11.40 kJ/m²,提高了40.7%。MWCNTs的加入增加了BCE-NCE树脂介电常数和介电损耗,当MWCNTs添加量为0.8wt%、频率为1 GHz时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电常数为5.1,介电损耗为0.032。因此,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料未来可在耐高温复合材料和电子等行业应用。     

Fracture behaviour of hybrid glass matrix composites: thermal ageing effects

The thermal aging of a glass matrix composite reinforced by short carbon fibres as well as by ZrO₂ particles (hybrid composite) was investigated at temperatures in the range 500–700 °C for exposure durations of 24 h in air. The mechanical properties of as-received and aged samples were evaluated at room temperature by using the three-point flexure chevron notch technique. The fracture toughness values of as-received specimens were in the range 2.6–6.4 MPa m^1/2. Fracture toughness was affected by the thermal aging conditions. For thermal aging at temperatures <700 °C, degradation of fibre–matrix interfaces occurred and therefore the apparent fracture toughness and flaw tolerant resistance decreased. For the most severe ageing conditions tested (700 °C/24 h), fracture toughness values dropped to 0.4 MPa m^1/2. Significant degradation of the material was detected for this aging condition, mainly characterised by porosity formation in the matrix as a result of softening of the glass and oxidation of the carbon fibres.     

固体氧化物燃料电池力学性能和形变行为研究

通过流延成型、丝网印刷和共烧结法成功制备了阳极支撑的平板式固体氧化物燃料电池(SOFCs)。采用陶瓷样品同轴环施力方式和双扭法测试单电池的抗弯强度和断裂韧性分别为156.69 MPa与2.51 MPa•m^1/2。当阳极支撑体由陶瓷(NiO/YSZ)还原为金属陶瓷(Ni/YSZ), 其抗弯强度和断裂韧性分别为104.48 MPa与3.95 MPa•m^1/2。同时电池的弯曲变形测试表明: 单电池经过阳极还原后弯曲变形程度变大, 平整化压力从电池阳极还原前的108 N增加至184 N, 而电池抵抗破裂能力增强。本研究显示, 随着阳极支撑体还原后单电池的断裂韧性显著提高, 将有效减缓其弯曲变形所引起的不利影响, 改善单电池的综合力学性能。