联苯聚芳醚酮-双马来酰亚胺复合树脂的分相行为和流变行为

离位复合增韧技术是本征脆性的热固性树脂基纤维复合材料提高韧性的有效解决方案,为了更好地结合离位增韧技术和树脂传递模塑(RTM)工艺制备高性能双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料,本文面向新型热塑性联苯聚芳醚酮(PAEK-B),研究了PAEK-B在BMI树脂及碳纤维复合材料中的分相行为及PAEK-B/BMI复合树脂的流变特性。结果表明,PAEK-B在BMI树脂的注射窗口温度保持一定时间后会发生分相行为,并在RTM工艺制备的碳纤维(CF)/PAEK-B/BMI复合材料中保持了分相结构。BMI树脂的注射温度会影响到PAEK-B在其中的溶解特性,注射温度升高会使BMI树脂的初始黏度变小,但PAEK-B/BMI复合树脂的黏度拐点时间会缩短;PAEK-B/BMI复合树脂符合Winter-Chambon准则,复合树脂的tanδ对频率没有依赖性,且复合树脂的凝胶活化能随着PAEK-B含量的增加逐渐增大。      

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%。      

PEK-C膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能

为探究热塑性酚酞基聚醚酮（Polyaryletherketone with Cardo,PEK-C）树脂薄膜及膜厚对层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响,利用浸渍提拉法制备了三种不同厚度（分别约为1 μm、10 μm、30 μm）的PEK-C膜,通过热压成型制备了层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料层合板,对其进行了Ⅰ型层间断裂韧性、冲击后压缩强度、层间剪切及弯曲性能测试,并利用SEM观察微观形貌及AFM扫描微观相图。结果表明:不同PEK-C膜厚增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性、冲击后压缩强度及层间剪切强度有不同程度提高,Ⅰ型层间断裂韧性及层间剪切强度以膜厚为10 μm最佳,分别增大了157.17%和17.57%,冲击后压缩强度以膜厚为30 μm最佳,达到了186.67 MPa,这是由于PEK-C与环氧树脂在热压固化过程中形成了双相结构,改善了材料韧性;但弯曲性能持续下降,强度及模量由未增韧的1 551 MPa、106 GPa分别降至30 μm时的965 MPa、79 GPa,这是由于PEK-C树脂扩散进入环氧树脂中,降低了纤维体积分数及材料刚度。      

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。      

杂萘联苯聚醚酮改性双马来酰亚胺树脂体系的相行为

采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分别对杂萘联苯聚醚酮(PPEK)改性双马来酰亚胺树脂(BMI)体系的反应诱导相分离行为和固化产物的相结构进行了研究。结果表明,体系的相分离过程可能按旋节相分离机理进行并存在二次相分离现象;改变PPEK的含量,固化产物的相结构可实现由球形粒子结构到相反转结构的连续性变化。同时,考察了PPEK分子量及含量对固化树脂冲击强度的影响。结果表明,PPEK的加入可有效改善体系的韧性。     

PET缝编碳纤维织物冷等离子体处理对RTM成型浸润性的影响

RTM工艺成型过程中树脂对纤维增强体的浸润是重要的一环,浸润不好将导致RTM成型复合材料中产生缺陷,这将降低复合材料的界面性能。本文作者采用冷等离子体技术对PET缝编碳纤维织物进行表面处理,并采用AFM对处理前后的碳纤维表面形貌进行了分析。实验结果表明:冷等离子体处理可以使碳纤维表面活性提高,从而改善RTM工艺成型过程树脂对PET缝编碳纤维织物的浸润性,进而改善RTM成型复合材料的界面性能。     

Tailoring structures and properties of mesophase pitch-based carbon fibers based on isotropic/mesophase incompatible blends

Blends composed of isotropic and mesophase pitches in various proportions were used as precursors for carbon fibers. The effects of composition on the morphology of blends, precursor spinnability, transversal texture, and mechanical properties of the final carbon fiber were studied. The blends are binary incompatible phase-separation systems. When the content of isotropic pitch is ≤30 %, it is distributed uniformly in the mesophase matrix as spheres; whereas, complete phase inversion occurs when the content is ≥35 %. Blends containing isotropic pitch in dispersion phase show good spinnability and small-diameter fibers can be continuously drawn. The transversal texture of carbon fibers is transformed from a radial type with a crack along the fiber axis to an intermediate morphology between radial and random type by blending 20–30 % isotropic pitch. The tensile strength of carbon fibers with 20–30 % IPc is 2.5 times as high as the AR-based CF without the reduction of Young’s modulus.     

用数值模型研究RTM工艺树脂流动规律

RIM成型过程中，树脂对纤维增强体的充分浸润是非常重要的一环。本文对树脂流动过程的特点进行了研究，建立了树脂流动控制方程。采用贴体坐标/有限差分法模拟了不同时刻树脂流动前沿曲线，计算结果与其他研究成果吻合良好。     

RTM工艺树脂流动过程数值模拟

RTM工艺过程数值模拟对模具设计、工艺过程控制及参数优化非常重要。本文作者介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程,阐述了RTM工艺过程数值模拟存在的主要问题,采用贴体坐标/有限差分法和网格分区划分法模拟了模具内有插入物情形下的RTM工艺树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线、计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。结果表明:贴体坐标/有限差分法和网格分区划分法适合解决复杂边界及可移动边界问题。     

具有良好加工性的双马来酰亚胺树脂体系的配方优化设计

为获得具有良好加工性的双马来酰亚胺树脂体系, 本文中运用二次回归正交设计方法安排实验, 建立树脂组分配比与树脂性能之间的回归方程。运用逐步搜索法求解回归方程, 实现了树脂性能的预测, 并对树脂组分配比进行优选, 从而得到了一种具有良好成型工艺性和优良的热、力学性能的双马树脂体系。      

Synergistic effects of PEK-C/VGCNF composite nanofibres on a trifunctional epoxy resin

Polyetherketone cardo (PEK-C) nanofibres containing vapour-grown carbon nanofibres (VGCNFs) were electrospun, and used for toughening and reinforcing a triglycidyl amino phenol (TGAP) epoxy resin. The addition of PEK-C/VGCNF nanofibres to the epoxy resin led to the distribution of VGCNFs primarily within the phase separated PEK-C-rich domains. Synergistic effects of thermoplastic PEK-C and VGCNFs on the mechanical properties, phase morphologies and thermal stability of the resultant epoxy matrix composites were observed when the PEK-C/CNF nanofibres were blended at a low content into the epoxy resin. Strong and tough multifunctional nanocomposites were prepared with the addition of 5 wt.% PEK-C/CNF nanofibres to the epoxy matrix.     

RTM工艺树脂流动过程数值模拟及实验比较

树脂充模是RTM工艺成型过程中的重要一环。研究了RTM工艺树脂流动过程的特点,建立了树脂渗流控制方程。采用贴体坐标/有限差分法模拟了树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线及终止时刻压力场分布,计算结果与试验结果吻合良好。     

RTM多孔注射工艺树脂流动过程数值模拟

介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程。阐述了RTM工艺应用于大尺寸,高纤维含量构件时存在的主要问题。采用贴体坐标/有限差分法模拟了双孔注射情形下树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线,计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。     

Studies of modified bismaleimide resins Part I The influence of resin composition on thermal and impact properties

The influence of the components of a modified bismaleimide (BMI) resin on the thermal properties and impact properties of these resins are investigated in this paper. Toughened BMI resin castings incorporating 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, and 40% (by weight) thermoplastic-modified polyetherketone (PEK-C) were prepared. The modified resins were characterized and analysed using dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), thermogravimetric (TG) analysis, free beam impact tests, and scanning electron microscope (SEM) techniques. The results indicate that a typical 4,4'-bismaleimidodiphenyl methane (MBMI)/0,0'-diallybisphenol A (DABPA) two-component system modified with 4,4'-bismaleimide diphenyl ether of biphenyl A (MEBMI), Allyl phenol epoxy (AE), and PEK-C has a high glass transition temperature (Tg), excellent thermal stability, and outstanding impact strength. This novel toughened BMI resin is expected to find use in advanced composites.     

LPG在复合材料实时监测中的应用研究

树脂传递模塑工艺能制造出高质量和形状复杂的复合材料,目前已广泛地应用于舰船、航空航天、国内各工业等领域.在线监测在RTM中是关键环节,可以实时控制最终产品质量.作为一种新型的光纤实时传感系统,长周期光纤光栅传感器受到了越来越多的关注,本工作采用长周期光纤光栅传感器监测RTM工艺的流动前沿,详细地研究了各种工艺条件对LPFG损耗波峰的影响,探讨了LPFG在RTM工艺中的应用情况.     

BMI树脂化学流变模型及RTM工艺窗口预报研究

研究用于航空结构复合材料的RTM工艺专用双马来酰亚胺树脂(BMI)体系化学流变特性,并建立其双阿累尼乌斯流变模型。模型对树脂粘度的模拟结果与实验结果具有良好的一致性。所建立的粘度模型可有效模拟该树脂在不同工艺条件下的粘度行为,准确预报树脂体系的低粘度工艺窗口,为优化RTM工艺参数和保证产品质量提供必要的科学依据。      

RTM成型过程中树脂/纤维界面性能表征及分析

通过测试树脂的表面张力、碳纤维的表面能以及树脂与纤维动态接触角来分析RTM成型过程中树脂/纤维界面性能,并对比分析了树脂对涂覆溶液定型剂前后的纤维浸润性能的影响。结果显示,随着温度升高,树脂表面张力降低,纤维的表面能升高,使得树脂/纤维的动态接触角变小,利于树脂浸润单丝纤维;树脂对涂覆溶液定型剂后的碳纤维织物浸润较为困难。     

TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带翻边开口圆柱壳机匣件高温气动载荷下的承载性能

基于航空发动机的高温气动载荷环境,对树脂传递模塑(RTM)工艺制备的TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带安装翻边和壳壁开口的圆柱壳机匣件开展了常温、200℃和260℃高温气动载荷下的仿真分析和承载性能试验。仿真计算得到复合材料机匣件的高应力水平发生在安装翻边和开口处。试验利用所设计的专用试验装置与机匣试验件合围成一套能够解耦内压和轴力的被试腔体结构,通过对被试腔体施加高温气体压力和机械静载联合模拟热气流载荷,相比传统的冲压胶囊加压方式,可以对机匣的翻边和开口处进行充分热压考核。常温、200℃和260℃承载试验后对机匣开口进行了无损检测,得到开口处的分层损伤区域随着载荷增大朝着正方和正圆的趋势扩大,260℃破坏试验得到TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料机匣件的失效模式与传统金属机匣的筒体破裂不同,失效方式为安装翻边断裂。研究表明,RTM工艺TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料结构件的力学性能在200℃以内具备良好的温度稳定性,安装翻边为复合材料机匣件在航空发动机热气流载荷下的薄弱区域,应作为机匣件减重设计的重要优化部位。      

EPON862环氧树脂体系化学流变特性研究

对用于RTM工艺的EPON862环氧树脂体系的化学流变特性进行研究,并根据双阿累尼乌斯方程,建立树脂体系的流变模型。粘度模型与实验结果具有良好的一致性。模型可揭示树脂体系在不同工艺条件下的粘度行为,定量预报RTM工艺树脂的低粘度平台工艺窗口,为合理制定RTM工艺参数、保证产品质量和实现工艺参数的全局优化提供了必要的科学依据。      

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。