非连续湿热作用下树脂基复合材料性能变化及机理的研究

为研究非连续湿热作用对树脂基复合材料性能的影响及其湿热老化机理,对碳纤维增强环氧树脂基复合材料T700/TR1219B进行了湿热环境因素对比实验及循环吸湿实验,对比了经历不同吸湿-脱湿历程试样的弯曲和层间剪切性能及微观断口形貌。结果表明,单一湿度因素使T700/TR1219B体系力学性能降低,单一温度因素使其弯曲性能降低,层间剪切性能增强,湿热耦合作用会加剧材料性能的劣化;材料的吸湿和脱湿过程均满足Fick定律;随着循环次数的增加,材料的吸湿和脱湿速率均有所加快;吸湿后T700/TR1219B体系力学性能降低,出现树脂脱落等现象,脱湿后弯曲性能无法恢复未老化状态,但层间性能略有增加,且界面脱黏情况得以改善,层间裂纹不再明显。     

5428/T700复合材料的耐湿热性能

5428树脂是一种高韧性改性双马树脂，通过对5428／T700复合材料的吸湿率、不同吸湿条件下的玻璃化转变温度（Tg）及高温湿态学性能进行研究，结果表明5428／T700复合材料的饱和吸湿率仅为0．82％左右，温、湿度对其Tg的影响较小，故体系具有良好的耐湿热能力。     

苯氧树脂增韧自行车轮圈用环氧树脂体系性能研究

添加不同含量的苯氧树脂增韧剂和助剂,开发了一种自行车轮圈用耐高温环氧树脂体系。考察了树脂体系浇注体的力学性能及其复合材料层压板的干态和湿态动态力学性能、层间剪切性能和弯曲性能。研究结果表明:增韧剂含量为15%时,其浇注体的拉伸强度为79.6 MPa,断裂伸长率为3.25%,弯曲强度为148.5 MPa,压缩强度为170 MPa;其层压板层间剪切强度为86 MPa,弯曲强度为1 575 MPa,干态玻璃化转变温度为261℃,水浸35 d后玻璃化转变温度为233℃;在一定温度区间层压板干/湿态层间剪切强度及干态弯曲强度与温度呈现线性负相关关系。所制备的TR1219G/T700材料体系,可用于复合材料自行车轮圈的研发与生产。     

双马来酰亚胺改性芳香胺固化环氧树脂的研究

针对环氧树脂(EP)耐湿热性差和韧性不足的缺点,用双马来酰亚胺(BMI)对常用的芳香族二元胺(DA)固化剂进行扩链改性。研究了改性4,4′-二氨基二苯砜(DDS)固化剂对7种环氧树脂固化物的力学性能、热性能和工艺性能的影响,优化出一种BMI改性环氧树脂基体。改性树脂浇铸体韧性好、耐热性高,断裂韧性GIC195J/m2,断裂延伸率3.37%,Tg218℃,135℃弯曲强度保持率72.2%,沸水饱和吸湿率3.3%;其碳纤维复合材料综合性能良好、断裂韧性高、耐湿热性好,横向拉伸强度75.5MPa,层间断裂韧性GIC267J/m2,135℃湿态弯曲强度保持率70.5%,132℃湿态层间剪切强度保持率49.5%。     

真空袋成型复合材料体系固化动力学及性能研究

对真空成型复合材料树脂基体VB-90进行了固化动力学研究,获得了树脂的固化动力学方程,并进行了试验验证,结果表明：所获得的固化动力学方程能够很好的描述树脂的固化行为,为复合材料的工艺优化研究提供了理论依据;考察了真空成型工艺下VB-90／T700复合材料的性能,结果表明：真空袋成型复合材料孔隙率低于1％,常温层间剪切强度达到76．5MPa,90℃湿态条件下层间剪切强度和弯曲强度保持率均在55％以上,该复合材料可以满足90℃温度下长期使用。     

氰酸酯树脂及其碳纤维复合材料研究

E5 1环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂 (BADCy)体系的力学和热性能的研究表明 ,5 % (质量分数 ,下同 )的E5 1环氧树脂可使BADCy的弯曲强度和冲击强度分别由原来的 95 .6MPa和 9.2 4kJ/m2 提高到 117.8MPa和12 .5 8kJ/m2 ,热变形温度仅下降 8℃。碳纤维 /BADCy复合材料的扫描电镜和力学性能测试结果表明 ,纤维的表面形态对界面粘结效果有较大影响 ,三种复合材料界面的粘结强弱顺序是T3 0 0 /BADCy >M 40 /BADCy >M 40J/BAD Cy。水煮 10 0h对三种碳纤维复合材料的弯曲性能影响不大 ,但对层间剪切强度的影响明显 ,其中M 40J/BADCy的层间剪切强度保持率只有 84.2 % ,而T3 0 0 /BADCy的强度保持率高达 92 .5 %。热冲击和紫外线辐照实验研究表明 ,-3 0℃ / 11h～ 15 0℃ / 11h的 2 0次热交变及总剂量为 1× 10 9J/m2 的紫外线照射对BADCy基碳纤维复合材料的力学性能影响很小 ,三种复合材料的弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的保持率均大于 90 %。     

CF／5228复合材料研究

用湿法缠绕技术制作了CF/5228预浸料,对热压罐固化的CF/5228复合材料的室温、高温干态和湿态力学性能进行了研究。与其它复合材料相比,M40J/5228复合材料的各项力学性能均有很大程度的提高,且具有优异的耐湿热性能,在130℃干态和湿态下,其弯曲强度、模量和层间剪切强度的保持率较高。     

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

碳纤维增强双马树脂基复合材料微波固化工艺及性能研究

针对改性双马树脂T700级预浸料微波固化成型工艺,研究了保温时间、加压方式、升温速率对复合材料力学性能的影响,获得了不同条件下的微波固化复合材料的性能数据和较优的成型工艺方案;对比研究了不同加热方式对复合材料力学性能的影响。研究表明,微波固化样件的压缩强度、弯曲强度、拉伸模量和150℃干态弯曲性能都达到了热压罐水平,而拉伸强度、层间剪切强度和150℃干态层剪性能低于热压罐水平。微波固化工艺加热均匀,相对于热压罐成型,固化周期缩短50%以上,能有效提升复合材料制造效率,降低能耗。     

M40J/EC复合材料的温湿效应

用湿法缠绕技术制作了高模量，高强度石墨纤维增强高韧性低吸湿环氧树脂（M40J／EC）预浸料，对热压罐固化的M40J／EC复合材料的室温，高温干态和湿态力学性能进行了研究。与高模量石墨纤维／酚醛环氧树脂（40／4211）得合材料相比，M40J／EC复合材料的各项力学性能均有很大程度的提高，且有优异的耐湿热性能，在130℃干，湿态下，其弯曲强度，弯曲弹性模量和层间剪切强度的保持率较高。     

5428/T700体系制造大厚度构件的工艺适宜性研究

对一种航空用改性双马来酰亚胺树脂/碳纤维(5428/T700)复合材料体系制造大厚度构件的工艺适宜性进行研究,通过差示扫描量热法研究了5428树脂的固化反应特性,并测量了5428/T700厚板在固化过程中的温度场。发现5428树脂固化反应放热缓慢而均匀,有利于制造大厚度构件;5428/T700厚板在固化过程中其厚度方向上的温度分布均匀,没有出现明显的温度突增现象;并通过热压罐技术制造出了质量良好的厚板试件。结果表明,5428/T700体系适合于制造大厚度复合材料构件。     

大颗粒吸水树脂的制备工艺及其性能

采用反相悬浮聚合制备了大颗粒聚丙烯酰胺-丙烯酸-丙烯酸钠[P(AM-AA-SA)]树脂微球,考察了搅拌速率与乳化剂对树脂微球粒径的影响,交联剂用量、单体配比和丙烯酸中和度对330μm树脂微球吸水倍率的影响,丙烯酸丁酯的用量对树脂吸水速率的影响以及树脂微球在80℃下的保水性能.结果表明:制备的树脂吸去离子水量达983.0 g/g,对NaCl和CaCl2溶液的吸水倍率最大值分别为91 3,15.6 g/g,在80℃下有良好的保水性能,丙烯酸丁酯的加入可将吸水饱和时间延长2倍.     

T700碳纤维/环氧树脂复合材料热降解实验研究

针对T700碳纤维增强环氧树脂复合材料的热降解行为以及回收所得碳纤维的力学性能进行了研究。研究结果表明,碳纤维的存在增加了环氧树脂降解时所需的活化能,热降解反应的温度、时间和气氛等因素对环氧树脂基体降解效果以及回收碳纤维力学性能均有影响。在空气条件下500℃处理30 min后碳纤维表面没有残留物,但其回收纤维的拉伸强度保留率仅为77.6%。通过首先在氮气气氛高温短时热处理,再在空气气氛下450℃进行30 min热降解的两步法处理后,碳纤维表面残炭得到去除,回收碳纤维的拉伸强度保留率达到了90.4%,由其制备单向复合材料的层间剪切强度保留率可达到75.8%。     

基于含硅多芳炔化合物制备新型聚三唑树脂

以含硅多芳炔化合物(PSA)与1,3,5-三叠氮甲基-2,4,6-三甲基苯(TAMTMB)为原料,通过1,3-偶极环加成反应制备了新型含硅聚三唑树脂Si-PTA3,考察了树脂的流变性能、固化行为、热性能及单体配比对其热性能的影响。采用模压法制备了单向T700碳纤维增强的Si-PTA3树脂复合材料T700/Si-PTA3,测定了其力学性能。结果表明,Si-PTA3树脂具有良好的加工性能,可在80℃下固化,耐热性较好;炔基与叠氮基摩尔比为1.1:1.0时树脂固化物的热性能最好,玻璃化转变温度达334℃,在氮气中热失重5%时的温度达351℃;复合材料T700/Si-PTA3常温下的弯曲强度高于1670 MPa,250℃时弯曲强度保留率超过67%。     

天然沸石基微介孔复合催化剂的制备及其油砂沥青减黏改质性能

利用水热稳定性高的天然斜发沸石为铝源,水玻璃为硅源,Na OH为碱源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,稀硫酸调节p H,再经过老化、晶化、烘干和焙烧等制备具有微介孔复合结构、良好水热稳定性和高比表面积的clin/MCM-41催化剂。将p H=10和硅铝物质的量比100条件下制得的催化剂应用于蒸汽辅助重力泄油技术开采的加拿大油砂沥青改质反应。在剂油质量比1∶10和310℃反应30 min条件下,减黏率超过90%,同时大量胶质和沥青质非烃被催化裂化为轻质油,表明clin/MCM-41催化剂是优异的油砂沥青中低温减黏催化剂。     

反相悬浮法制备粘土复合高吸水性树脂

以丙烯酸和蒙脱土为主要原料,采用反相悬浮法合成了聚丙烯酸钠/蒙脱土复合高吸水性树脂,研究了交联剂用量、蒙脱土用量等因素对树脂吸液性能的影响,确定了最佳实验条件,在此条件下制备的复合树脂对去离子水和0.9%NaC l水溶液的吸水率分别为800g/g和92g/g,适量蒙脱土的加入可提高吸水性树脂的保水性能,FTIR初步表明蒙脱土与聚丙烯酸钠之间发生了交联反应。     

Preparation and anti-evaporation properties of organic–inorganic superabsorbent based on Tragacanth gum and clay

In this study, the application of superabsorbent resin (SAP) in inhibiting the soil moisture evaporation (or slowing down the water outflow) was studied. The clay-SAP composites were fabricated by grafting of poly (acrylic acid-N-hydroxymethyl acrylamide/clay) (GT-g-P [AA-co-NHA]/clay) on Tragacanth gum (GT), using solution polymerization. The structure, morphology and stability of the clay-SAP composites were investigated by Fourier transform infrared, scanning electron microscope and TGA. The maximum swelling ratio of Attapulgite (3%)-, Kaolin (3%)- and Montmorillonite (3%)-SAP composite in deionized water reached 1180, 819 and 525 g/g respectively, and the maximum swelling ratio in tap water reached up to 206, 192 and 170 g/g respectively. Meanwhile, the maximum swelling ratio in 0.9% NaCl solution was 95, 82 and 62 g/g respectively. The water retention of clay-SAP composites was also analyzed as a function of temperature. In addition, by simulating the desertification area, the effect of the APT (3%)-SAP composite on the anti-evaporation performance was studied. The obtained results revealed that the water retention of APT (3%)-SAP composite was 36% at 45°C for 12 h. Under natural conditions, the evaporation rate of the anti-evaporation material was inversely proportional to the amount of APT (3%)-SAP composite added.     

基于间苯三酚的磺化碳基固体酸催化剂的制备及其催化油酸甲酯的合成

采用间苯三酚与对苯二甲醛缩聚得到的树脂为碳前驱体,分别以1,4-二氧六环与去离子水为溶剂,以溶剂热和水热法、氯磺酸为磺化试剂制备两种磺化碳基固体酸催化剂。SEM、XPS和TGA等分析表明,以1,4-二氧六环为溶剂合成的TP-A-S催化剂为形貌规整、高酸密度、良好稳定性的球形,并表现出良好的催化性能。将其用于油酸与甲醇的酯化反应,最适宜的条件为:醇油物质的量比10∶1,催化剂用量占原料总质量的2.0%,反应温度70℃,反应时间4h,油酸最高转化率达98.3%。且催化剂循环使用5次后,油酸转化率仍达84.4%。将制备的TP-A-S催化剂用于长链游离脂肪酸与甲醇的酯化反应,转化率高于90%,表现出良好的催化效果。     

复合材料耐低温耐腐蚀性能研究(Ⅲ)

研制了一种耐低温耐腐蚀树脂基复合材料,记为S2/EpD。S2/EpD复合材料采用自制环氧配方,以高强玻璃纤维(S2)为增强材料,通过湿法纤维缠绕成型制作复合材料单向板。S2/EpD单向板在低温(-40℃)的2种氟碳化合物(记为Fa、Fb)里分别浸泡1 000 h后,其单向板复合材料弯曲模量及复合材料外观无显著变化,S2/EpD复合材料单向板在Fa、Fb氟碳化合物里浸泡1 000 h后,弯曲强度保持率分别为78%和81%,弯曲模量保持率分别为98%和95%。