阻燃型玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化行为及热降解动力学

研究了不同热氧老化温度(160℃、200℃和240℃)和时间(0~50d)对溴化环氧树脂/Sb2O3协效阻燃短玻纤增强尼龙10T复合材料(PA10T/GF/FR)的热氧老化行为以及热降解动力学的影响。采用力学性能测试、SEM、DMA和TGA分析对老化前后复合材料的动静态力学、微观形貌以及热降解行为进行研究,并使用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算了复合材料的热降解活化能。结果表明:老化过程中基体树脂降解分子量降低,纤维与基体界面性能恶化,复合材料力学性能下降;160℃老化过程部分PA10T分子链发生交联反应,储能模量和玻璃化转变温度(Tg)增加,200℃和240℃下Tg先上升后下降,老化后期树脂分子链以降解为主;活化能计算表明160℃老化50d后复合材料热稳定性提升,200℃老化50d以及240℃老化30d后,复合材料结构破坏严重,热降解行为变化显著。此外,阻燃剂的添加能够提升老化试样的热稳定性。     

紫外光辐射固化共混改性环氧树脂复合材料的力学和热老化性能

利用湿法手工铺叠工艺和紫外光固化技术,制备以双酚A环氧树脂E-44与有机硅环氧树脂ES-06共混改性光敏树脂体系为基体的玻璃布增强复合材料,测试并分析比较了复合材料的力学和热老化性能.结果表明,在光敏树脂基体中加入链转移剂以及对光固化后的复合材料进行加压后固化处理,均能显著提高复合材料的性能.采用E-44与ES-06质量比为2:1的共混改性树脂体系制备的复合材料的力学性能和耐热老化性能最佳,其拉伸强度达到146.6 MPa,拉伸模量为19.4GPa,弯曲强度为152.5MPa,层间剪切强度达到16.2 MPa.     

热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

聚芳醚砜醚酮酮及其炭纤维复合材料的力学性能

合成了聚醚砜醚酮酮(PESEKK),研究了纯树脂的热、力学性能。制备了炭纤维和聚醚砜醚酮酮(炭纤维是标准T300)复合材料,着重研究了此新型复合材料的力学性能。结果表明,随着复合材料中PESEKK树脂质量比增加,T300CF/PESEKK复合材料的拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量和弯曲模量逐渐增加。其中弯曲强度和弯曲模量增加的幅度比拉伸强度和拉伸模量增加的幅度更大。当PESEKK质量分数为60%左右时,复合材料的综合力学性能达到最佳值。因此聚醚砜醚酮酮可作为增强炭纤维力学性能的基体树脂。     

高温老化对T700/HT280双马来酰亚胺复合材料疲劳性能的影响

以多向铺层碳纤维增强双马来酰亚胺(T700/HT280)复合材料和双马来酰亚胺(HT280)树脂为研究对象,采用刚度降的方法研究高温老化对复合材料抗疲劳性能的影响。测量了复合材料和树脂的质损率,并利用FTIR、超声C扫描和动态力学热分析仪(DMA)对高温老化前后材料的化学结构、内部损伤、动态力学行为进行了分析。实验结果表明,随着高温老化时间的延长,两种材料的质损率均呈现先迅速增加后缓慢增加的变化规律。经历长期高温老化后,树脂发生了热氧老化。HT280树脂动态力学性能的变化归因于后固化与热老化效应,T700/HT280复合材料则归因于后固化、热老化和界面脱粘的综合作用。高温老化后T700/HT280复合材料刚度下降的速率与幅度明显小于原始态,表明高温老化后复合材料的后固化与热老化的强化效应明显,导致其抗疲劳性能有一定的提高。     

热氧老化对阻燃型长玻纤增强尼龙6静动态力学及降解动力学的影响

研究了160℃不同热氧老化时间对阻燃型长玻纤增强尼龙6(FR/PA6/LGF)复合材料的静、动态力学性能及降解行为的影响。热与氧对FR/PA6/LGF复合材料的影响通过差示量热分析、动态力学性能分析、扫描电镜及力学性能表征。结果表明,虽然由动态力学性能分析可知热氧老化使得树脂基体分子链的刚性增加,但最终基体分子链断裂、降解导致老化试样表面出现的凹坑、微裂纹和脱粘在老化进程中占据了主导地位。利用Ozawa法求出了不同老化时间处理后FR/PA6/LGF热氧降解反应的活化能,结果表明热氧老化降低了阻燃材料的热稳定性,影响了其在不同燃烧区的阻燃效率。     

热氧老化对三维编织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料力学性能的影响

研究了三维编织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料和层合碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料在200℃和250℃分别老化10、30、90、120和180天后的弯曲和剪切性能的变化。结果显示热氧环境下,纤维/双马来酰亚胺树脂基体界面性能随着老化时间的延长而显著下降,且编织复合材料老化后的弯曲和剪切性能保留率大于层合复合材料。这是由于编织复合材料中沿厚度方向的Z向纱将所有纱线捆绑为一个整体结构抵抗外力,且在热氧老化造成复合材料之间产生裂纹时,Z向纱的存在可以阻挡裂纹的扩展,减缓材料的老化速率。这说明与层合复合材料相比,编织复合材料的整体结构能够起到补偿由热氧老化导致的力学性能下降的作用。      

热氧老化对长玻纤增强尼龙10T复合材料静动态力学性能的影响

通过熔融共混法制备出长玻纤增强尼龙10T（LGF/PA10T）复合材料,并且采用DSC、DMA、SEM和力学性能测试等方法研究了不同热氧老化时间对LGF/PA10T复合材料静、动态力学性能的影响,并对LGF/PA10T复合材料发生玻璃化转变时所需活化能进行了计算。结果表明:虽然在老化初期PA10T分子链之间会发生微交联,材料的刚性略有增加,但在整个老化过程中,分子链断裂、分子量下降起主导作用,在240℃下老化50 d后,LGF/PA10T复合材料的拉伸强度保持率、弯曲强度保持率、缺口冲击强度保持率分别为4.9%、6.3%、9.4%。随着老化时间的增长,玻纤与PA10T基体之间的界面粘接作用减弱,玻璃化转变温度和阻尼性能下降。活化能计算结果表明热氧老化能够改变PA10T分子链的活动能力,降低了LGF/PA10T复合材料的热稳定性。      

热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响

采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。     

T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制

为验证复合材料的耐久性,对T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料经自然老化后的微观形貌、表面元素含量、热性能与力学性能等进行了研究。结果表明: 在光氧老化与热氧老化的共同作用下,T700碳纤维增强EP-A环氧树脂基（T700/EP-A）复合材料表层树脂将发生老化降解,并且随自然老化时间的延长,T700/EP-A复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,未老化试样的玻璃化转变温度为207℃,经过自然老化处理3年后,其玻璃化转变温度降低为180℃,延长自然老化时间至5年时,其玻璃化转变温度进一步降低至172℃。而自然老化过程对复合材料力学性能可能同时存在着增强效应与损伤效应,因此造成了T700/EP-A与T700/EP-B复合材料的不同力学性能表现出相异的变化趋势。随自然老化时间延长,T700/EP-A与T700/EP-B复合材料纵向拉伸强度表现出先升高后降低的趋势,纵向弯曲强度表现出逐渐升高的趋势,纵向压缩强度与层间剪切强度存在波动,未呈现出明显变化。      

三向正交纤维增强铝基复合材料经向拉伸渐进损伤及其断裂力学行为

用真空压力浸渗法制备了新型三向正交碳纤维增强铝基(CF/Al)复合材料,根据其内部纱线截面形状和机织结构特征建立了考虑界面作用的细观力学有限元模型,并将数值模拟与实验相结合研究了复合材料在经向拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明,铝基复合材料拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果,分别为120.7 GPa、771.75 MPa和0.83%。数值模拟的计算误差分别为-3.21%、1.75%和-9.63%,宏观应力-应变曲线的计算结果与实验曲线吻合得较好。在经向拉伸载荷作用下复合材料的基体合金与Z向纱之间的界面先发生失效,随着拉伸应变量的增大纱线交织处基体合金的损伤逐渐累积并先后发生Z纱和纬纱的局部开裂失效,在拉伸变形后期基体合金的失效和经纱断裂最终使复合材料失去承载能力。铝基复合材料的拉伸断口呈现出经纱轴向断裂以及纬纱和Z向纱横向开裂的形貌,起主要承载作用的经纱其轴向断口较为平齐且纤维拔出长度较短,复合材料经向拉伸时表现出一定的脆性断裂特征。     

结晶度对高密度聚乙烯热氧老化特性的影响

研究了结晶度对高密度聚乙烯(HDPE)在110℃人工热氧老化条件下老化特性的影响,分别采用力学实验、衰减全反射红外光谱技术、凝胶渗透色谱、扫描电子显微镜和X射线衍射技术比较了不同结晶度HDPE的热氧老化特性,研究了结晶度对聚乙烯力学性能、化学结构、相对分子质量、表面微观结构和晶体结构的影响规律。结果表明,结晶度越高,HDPE拉伸强度、拉伸模量和弯曲模量下降越快,抗冲击性能提高;不饱和度增长越剧烈,支化作用和断链作用更明显,羟基指数增长更快,且区别主要集中于老化后期;相对分子质量分布下降越快;表面微观形貌老化程度越严重;主要晶面衍射角和晶胞参数变化越显著。结晶度越高,HDPE缺陷也就越多,在热氧环境中越容易发生氧化,老化现象更严重。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响

研究热压成型过程中,不同固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻纤维在120,140℃和180℃分别处理2h后单纤维拉伸性能发生不同程度的下降。环氧树脂E-51在120,140℃和180℃下固化2h后拉伸性能未发生明显变化。基于环氧树脂的单向亚麻纱线增强复合材料分别在120℃和140℃固化成型时,拉伸强度和冲击强度变化不大。但当固化温度达到180℃时,由于亚麻纤维在高温环境下损伤较为严重,其增强复合材料的拉伸强度和冲击强度均发生明显的下降。然而复合材料的拉伸模量随着成型温度的升高有一定幅度的提升。     

Evolution of stress and deformations in high-temperature polymer matrix composites during thermo-oxidative aging

This paper presents a model-based analysis of thermo-oxidative behavior in high-temperature polymer matrix composite (HTPMC) materials. The thermo-oxidative behavior of the composite differs from that of the constituents as the composite microstructure, the fiber/matrix interphase/interface behavior and damage mechanisms introduce anisotropy in the diffusion and oxidation behavior. Three-dimensional Galerkin finite element methods (GFEM) that model the thermo-oxidative layer growth with time are used together with homogenization techniques to analyze lamina-scale behavior using representative volume elements (RVEs). Thermo-oxidation-induced shrinkage is characterized from dimensional changes observed during aging in inert (argon) and oxidative (air) environments. Temperature-dependent macro-scale (bulk) mechanical testing and nano-indentation techniques are used for characterizing the effect of oxidative aging on modulus evolution. The stress and deformation fields in a single ply unidirectional lamina are studied using coupled oxidation evolution and non-linear elastic deformation analyses. Deformation and stress states are shown as a function of the aging time. While the thermo-oxidative processes are controlled by diffusion phenomenon in neat resin, the onset and propagation of damage determines the oxidative response of an HTPMC.     

Introducing cellulose nanocrystals in sheet molding compounds (SMC)

The mechanical properties of short glass fiber/epoxy composites containing cellulose nanocrystals (CNC) made using sheet molding compound (SMC) manufacturing method as well as the rheological and thermomechanical properties of the CNC-epoxy composites were investigated as a function of the CNC content. CNC up to 1.4 wt% were dispersed in the epoxy to produce the resin for SMC production. The addition of CNC in the resin increased its viscosity and slightly reduced the heat of reaction during the polymerization without altering the curing time and temperature and the effective pot life of the resin. The incorporation of 0.9 wt% CNC in the SMC composite resulted in increases in elastic modulus and tensile strength by ∼25% and ∼30% and in flexural modulus and strength by ∼44% and ∼33% respectively. Concentrations of CNC up to 0.9 wt% in the SMC composite did not alter the impact energy.     

BTDE/PMDE共聚PMR聚酰亚胺树脂研究

根据分子结构决定性能的原理在PMR-15体系的基础上引入共聚单体PMDE,通过共聚方法合成了一系列BTDE/PMDE共聚PMR聚酰亚胺树脂。探讨了树脂粘度、冲击强度和热氧化稳定性与分子结构的关系规律,并对优化树脂体系通过TGA、DSC和DMTA等手段进行了表征。实验表明随着分子量的增大,树脂粘度增大,热氧化稳定性提高,冲击强度先增大后减小;随PMDE含量的增大,树脂粘度和冲击强度降低,热氧化稳定性提高。     

加成型酚醛改性双马树脂及其复合材料性能

双马来酰亚胺(BMI)树脂因其优异的性能已在航空航天、电子和其他工业领域获得应用,为满足其在高速飞行器结构件中需求,用加成型酚醛树脂改性BMI体系以改善其热-力学性能。通过Williamson醚化反应合成了炔丙基醚化酚醛树脂(PN)和烯丙基醚化酚醛树脂(AN),采用熔融共混法分别与N,N’-(4,4’-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(BDM)和2,2’-二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系(BD)共混,制备了三元热固性树脂：PN改性BD(BDPN)和AN改性BD(BDAN)。研究了两种加成型酚醛树脂改性的BD树脂体系的加工工艺性和固化行为的变化,并对改性前后固化树脂及其复合材料的热、力学性能进行了研究。结果表明：共混树脂体系都在极性溶剂中有好的溶解性,加工窗口都有50℃以上。BDPN和BDAN固化反应只有一个放热峰,最高放热峰值温度比BD树脂低。用FTIR跟踪验证了BD、BDPN和BDAN树脂体系发生的Ene、DielsAlder、Claisen重排和炔基与马来酰亚胺环的聚合反应。PN热氧稳定性好,改性的BDPN固化树脂空气中质量损失5wt%的温度(T_d5)高于400...