环氧树脂及其复合材料微波固化研究进展

在介绍微波固化技术的原理及其优点的基础上,综述了环氧树脂及其复合材料的微波固化研究进展,重点讨论了微波固化对环氧树脂及其复合材料固化体系的固化速率、固化产物力学性能和热性能的影响,介绍了颗粒增强环氧树脂和纤维增强环氧树脂两种适合微波固化的复合材料系及工业应用关键技术问题,并对环氧树脂及其复合材料微波固化的应用前景进行了展望。     

微波固化碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环及其力学性能

采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环进行了固化试验研究。综合运用红外光谱、微观CT扫描系统、力学拉伸试验机和扫描电子显微镜等试验方法分析材料的固化行为、微观形态及力学性能,并与传统热固化试样进行了对比。研究结果表明,微波固化方式与传统热固化方式的固化机理不同,微波固化可显著缩短固化周期;微波固化过程中未引入新的化学反应,且2种固化方式所获得的固化产物化学结构相同;CT扫描分析揭示出微波功率的大小对碳纤维复合材料孔隙率有着重要的影响;在相同固化温度条件下,微波固化复合材料NOL环的拉伸强度和层间剪切强度均低于热固化复合材料,这主要归因于微波固化复合材料具有较大的孔隙率;扫描电镜分析表明微波固化复合材料树脂和纤维的粘接情况要稍好于热固化复合材料。     

等离子处理碳纤维织物复合材料的摩擦学性能

将碳纤维织物浸渍-涂层酚醛-缩醛粘结剂树脂,加压固化后制备出碳纤维织物复合材料.分析了摩擦磨损表面和经等离子体处理后碳纤维织物化学组成的变化,研究了摩擦磨损性能、拉伸性能和粘结性能.结果表明,碳纤维织物的磨损分为严重磨损和稳定磨损两个阶段,其中严重磨损阶段的磨损量占了总磨损量的87%.经过等离子体处理后,在碳纤维织物的表面产生了许多活性基团如羰基、羧基、酯基,表面活性元素的含量明显增多;碳纤维织物的浸润性增大,提高了其与粘结剂的结合强度和结合量,增强了织物纤维束间的结合力;固化后与粘结剂构成很好的整体材料,增强了纤维束抗变形和抗断裂能力,使载荷和摩擦力可以平均的分配在纤维上,避免应力集中,从而提高了碳纤维织物复合材料的摩擦学性能和力学性能.     

碳纤维复合材料的微波反射特性研究

研究了各种铺层（０°、０°／９０°、±３０°、±４５°、±６０°）方式碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）的皮反射特性。结果表明,单向纤维铺层ＣＦＲＰ的反射率与纤维方向及层板厚度有关;交叉铺层ＣＦＲＰ的反射率很大,但比金属略小,喷涂了防雷击层的单向纤维铺层ＣＦＲＰ,电性能基本上各向员性;喷涂了防雷击层的０°、±４５°、０°／９０°ＣＦＲＰ的反射率比喷涂前有所降低。     

微波烧结SiC颗粒增强铝基复合材料

采用微波烧结的方法,在烧结温度分别为680℃,710℃,740℃,770℃,800℃制备了15％的SiCp／Al复合材料。探讨温度对材料的致密度和力学性能的影响。结果表明：致密度和材料硬度及冲击韧性随温度变化呈马鞍形,在770℃样品的密度和硬度及冲击韧性达到最佳值,分别为2．62g／cm3,42．6MPa,40J／cm2。结论：用微波烧结SiCp／Al复合材料可在短时间内使样品达到烧结致密化,缩短烧结时间,节约能源。     

碱处理对SF/PP木塑复合材料力学性能的影响

采用不同碱处理浓度、处理时间对剑麻纤维(SF)进行表面改性,通过与聚丙烯树脂(PP)混合、塑炼、模压成型制备SF/PP木塑复合材料。研究了剑麻纤维(SF)表面的碱处理方法、含量对SF/PP木塑复合材料力学性能的影响,借助光学显微镜和扫描电子显微镜对SF纤维和复合材料的冲击断面进行微观结构分析。结果表明:碱处理能够提高SF/PP木塑复合材料的力学性能。在碱浓度为10%时,处理时间为4h,SF含量为20%时,冲击强度为15.78kJ.m-2达到最大值,弯曲强度和弯曲模量随着SF含量的增加出现增大的趋势。     

剑麻表面处理对SF/PP木塑复合材料力学性能的影响

采用机械共混及模压成型工艺将剑麻纤维(SF)和聚丙烯(PP)共混制备SF/PP木塑复合材料,研究了不同SF处理方法及SF含量对复合材料力争}生能和微观结构的影响.实验结果表明,SF的处理方法和SF用量对复合材料界面的影响很大,经碱处理和分散剂处理的SF可改善木塑材料的界面相容性,提高材料的力学性能,其中经自制分散剂处理的SF制得的复合材料的冲击强度最大,随SF含量的增加先增后减,在SF含量为20%(质量分数)时达到22.09kJ/m2.     

镀镍炭毡复合材料的微波吸收特性

用玻璃纤维、镀镍炭毡和高导电性镀镍炭纤维与环氧树脂复合制备了三层结构复合材料证明了镀镍碳毡的吸波性能与镍含量有关；在适当的设计条件下，辅之以少量的炭黑、铁氧体添加剂，可获得较为理想的微波吸收特性     

三维MXene复合材料在微波吸收方面的研究进展

电子设备工作时会产生电磁波,当其强度超过一定范围时,就会造成电磁污染,对人们的健康和一些精密仪器造成一定的危害。为了消除电磁污染,吸波材料的研究就愈发重要。近些年,二维纳米材料家族中的MXene材料由于具有出色的分层结构、丰富的官能团和优良的导电性能,在微波吸收方面表现了巨大潜力。因此从MXene的制备和微波吸收机制入手,着重介绍了3D MXene复合材料的构建方法与它在微波吸收方向的最新进展,对未来MXene复合材料在微波吸收领域的发展趋势作出展望。     

含电路模拟结构吸波复合材料

研究了电路模拟结构材质、电路模拟结构尺寸、介质层电磁参数等对电阻渐变型和"陷阱"式结构吸波复合材料的吸波性能和力学性能的影响。结果表明:通过合理的结构设计,在其它条件相同的情况下含电路模拟结构电阻渐变吸波复合材料的吸波性能在8~18 GHz范围内有3~5 dB的提高;含电路模拟结构"陷阱"式吸波复合材料在厚度≤4 mm条件下,实现了吸波性能在8~18 GHz频率范围内吸收率≥12 dB。在提高吸波复合材料吸波性能的同时,电路模拟结构的引入使复合材料力学性能有一定的提高,有利于实现吸波复合材料的吸波/承载一体化。      

数值计算模拟复合材料固化中夹杂气泡的影响和残余应力的变化

复合材料的固化有着复杂的内部过程,传统的工艺条件难以保障产品的质量。影响复合材料成型质量的主要因素为树脂基体内的气泡的增长和各铺层之间的残余应力,本文作者分析气泡和残余应力形成的机理,建立过程模型,并编制计算机程序模拟计算气泡的增长和残余应力的形成,为复合材料成型工艺的设计提供依据。     

Ce-Y-ZTA 复相陶瓷的微波烧结

系统研究了Ce-Y-ZTA 复相陶瓷批量试样在2. 45GHz, 功率0. 5～ 5kW 连续可调的矩形多模腔内的微波烧结过程及材料性能。实验表明: 通过合理的保温结构和工艺控制, 可实现高稳定性和重复性的微波快速烧结。相对密度达到99%TD。与常规烧结相比, 微波烧结过程只需约2小时, 致密化温度降低50～ 100℃。烧结后材料具有晶粒尺寸细小、均匀的显微结构, 弯曲强度由600M Pa 提高至670M Pa, 同时获得较高断裂韧性值。      

谐振子含量变化引起的反射与吸收多效应

研究了含有谐振子和损耗介质的环氧树脂基复合材料对电磁波的反射与吸收效应。对具有不同谐振子含量的复合材料的微波反射率测试结果表明:复合材料中谐振子的含量达到某一临界值 V_(fc)时,呈现对电磁波吸收至反射的转变效应,对于铁氧体填充的环氧树脂基复合材料,当铁氧体的体积含量为70%时,V_(fc)=0.4%,实验发现:V_(fc)依赖于材料的介电特性,复数介电常数虚部越小,V_(fc)越大,对于复数介电常数虚部很小的材料,由吸收向反射的转变是逐渐过渡的,V_(fc)存在一个较宽的范围。分析表明:当谐振子含量 V_f 增大时,出现吸收与反射转变效应,与体系的快极化电容增加以及谐振子感应场的相互作用增强有关。     

微波固化环氧树脂中非热效应的研究

利用自行设计的一套微波固化反应装置,用红外光谱(FT-IR)跟踪了环氧树脂E-51/二氨基二苯基甲烷(DDM)的固化过程;计算了在微波和在传统加热条件下反应的活化能。结果表明微波辐射不能改变最终产物的结构;微波条件下的固化度高于在传统条件下的固化度;微波辐射能降低反应活化能,且降低的程度与它们在传统条件下反应的活化能成正比。     

编织复合材料拉伸力学性能的研究

针对三维四向和五向编织复合材料进行了拉伸实验, 从宏观角度研究了它们的力学行 为, 获得了这些材料的主要力学性能参数及变形、破坏规律。基于宏观实验, 本文还对拉伸试件断 口进行了扫描电镜测试, 从细观角度对编织复合材料的破坏机制作了分析, 得到一些重要结论。 这些结果为进一步研究编织复合材料的强度失效问题奠定了实验基础。      

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强SiC基复合材料的性能差异,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现,采用Hi-Nicalon纤维增强的SiC基复合材料具有较好的性能,单向复合材料弯曲强度达到703.6 MPa, 断裂韧性达到23.1 MPa·m1/2;采用国产吉林碳纤维(JC)制备的SiC基复合材料也具有较好的性能,弯曲强度为501.1 MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m1/2。      

纤维表面状态对复合材料固化过程的影响

本文是研究不同表面状态的纤维对“sb-1” 基体体系固化过程的影响,我们采用扭辫分析(TBA)技术研究了玻纤、碳纤维以及经冷等离子体处理过的碳纤维对固化过程的影响。并得到了三T(温度-时间-转变)状态图,固化过程两个转变温度(Tgg,Tg∞)以及固化反应的动力学参数,这些结果为复合材料复合工艺制订提供了科学根据。     

混杂纤维复合材料的动态力学性能

本文研究了室温至250℃范围内几种不同纤维复合材料及其混杂体系和纯环氧树脂在挠曲动态载荷下的力学行为。实验表明:纤维增强组元不仅使复合材料具有高于树脂基体的模量,还明显影响其玻璃化转变峰的形状和位置,影响程度取决于纤维种类、体积百分数及表面状态。在碳/玻混杂体系中,基体的玻璃化转变温度随玻纤分数的增加而增加;混杂界面具有与单一界面不同的力学松弛行为。     

晶须增强金属基复合材料的包辛格效应

本文利用自行改进的等效夹杂理论研究了晶须增强金属基复合材料的包辛格效应,讨论了加载次序和晶须含量的影响.所得理论可以从数值上模拟材料的包辛格效应.