聚醚酰亚胺耐热大分子偶联剂增强增韧石英纤维/含硅芳炔复合材料

设计并制备了一种新型乙炔基封端聚醚酰亚胺大分子偶联剂(BDA-K),探究了其对石英纤维(QF)/含硅芳炔(PSA)复合材料界面增强增韧的效果.在常温下,加入大分子偶联剂的复合材料层间剪切强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别提高了54.1%,59.0%和23.8%;在250℃时,层间剪切强度和弯曲强度保留率分别达到89.0%和89.6%,500℃时保留率分别达到63.3%和67.9%.傅里叶变换红外光谱和X光电子能谱分析结果表明,BDA-K参与PSA的交联固化,与QF发生有效化学键合;热重分析(TGA)结果表明,由于BDA-K的分子结构中引入耐热官能团酰亚胺环等,使其大分子偶联剂的T_(d5)达到489℃;扫描电子显微镜(SEM)结果表明,柔软的大分子层提供了适中的界面结合,使强度和韧性都得到提高.

3,3',4,4'-联苯四胺改性邻苯二甲腈树脂及其复合材料性能

采用3,3',4,4'-联苯四胺(LBS)与联苯型邻苯二甲腈树脂(BPh)进行预聚反应制备改性联苯型邻苯二甲腈树脂预聚物(BLBS)。利用红外光谱法、差示扫描量热仪、旋转流变仪和热重分析对BLBS的固化行为、流变性能和耐温性能进行研究。结果表明,BLBS最低可在240℃前开始固化,但仍需要较高的温度才能固化完全;BLBS-3固化物在氮气和空气氛围中的质量损失5%时的温度(Td5)分别为549.4℃和555.6℃。石英纤维增强BLBS复合材料(QF/BLBS)具有优异的力学性能和耐热性能,玻璃化转变温度(T_(g))大于500°C,室温弯曲强度和层间剪切强度分别为711.5 MPa和48.5 MPa,400℃热处理2 h后弯曲强度和层间剪切强度分别为680.5 MPa和31.3 MPa。

聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料的制备与性能

采用六方氮化硼(h-BN)、蔗糖和尿素以干法球磨的方式高产率制备了氨基和羟基功能化的氮化硼纳米片(BNNS-AH),对BNNS-AH进行了详细的表征,制备的BNNS-AH的厚度为1.5 nm,层数为4~6,平均直径约为1.5μm,产率可达91.0%,在水中稳定的分散液浓度可达30 mg/mL。然后以共混的方法制备了聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料(PTA树脂/BNNS-AH复合材料),并研究了BNNS-AH的添加量对PTA树脂/BNNS-AH复合材料热性能的影响。结果表明:与PTA纯树脂相比,复合材料的玻璃化转变温度(T_(g))、质量失重5%时的温度(T_(d5))、导热系数均有明显提升,其中当BNNS-AH质量分数为3.0%时,复合材料的T_(g)达到243℃,提高了32℃;T_(d5)达到362℃,提高了19℃;导热系数为0.33 W·m^(-1)·K^(-1),提高了64.5%。

芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能,从树脂基体入手,依据相似相容原理和芳纶的结构特点,合成出新型热固性树脂(AFR–T)用作芳纶复合材料的基体,以未经表面处理的芳纶作增强材料,采用热压成型法制备了AFR–T/芳纶纤维复合材料,并通过测定溶度参数、接触角、线膨胀系数、层间剪切强度(ILSS)和横向拉伸强度等方法研究了复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR–T树脂浇注体与芳纶的溶度参数相近,AFR–T树脂溶液在芳纶纸表面的接触角为36.9°,小于环氧树脂(EP)溶液与芳纶纸的接触角(53.2°),说明AFR–T树脂对芳纶的浸润性优于EP;AFR–T/芳纶纤维复合材料的ILSS和横向拉伸强度为73.0 MPa和25.3 MPa,分别比EP/芳纶纤维复合材料提高了25.9%和32.5%,这表明AFR–T树脂与芳纶纤维之间的浸润性和界面粘结性能较好。

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。

新型含硅芳炔树脂复合材料制备工艺

以含硅芳炔树脂为基体、高强玻璃布为增强材料制备了新型含硅芳炔树脂复合材料,探讨了树脂的固化工艺,研究了树脂含量、成型温度和成型压力对复合材料性能的影响,确定了含硅芳炔树脂复合材料成型的工艺参数:树脂质量分数31%、升温程序170℃/2h+210℃/2h+250℃/4h、成型压力1.0MPa。优化工艺条件下制备的复合材料弯曲强度达278MPa。

异氰酸酯基硅烷偶联剂改性石英纤维/含硅芳炔复合材料界面

含硅芳炔树脂是一类有机无机杂化树脂,它的分子极性小,表面能低,与石英纤维复合时的粘结性能差,影响复合材料的力学性能。本文采用一种结构中含有异氰酸酯基的硅烷偶联剂对石英纤维/含硅芳炔复合材料进行改性,实验结果表明经偶联剂改性后复合材料的层间剪切强度有了较大的提高,与未处理的相比可提升41.5%。XPS、表面能分析、AFM、SEM等分析表征推断,偶联剂的改性机理为偶联剂与石英纤维表面活性基团作用,在纤维表面生成极性官能团,增大石英纤维的表面能,改善了与含硅芳炔树脂的界面粘结性能,使得复合材料的层间剪切强度提高。

石英纤维增强磷酸铬铝/有机硅杂化树脂基复合材料性能

通过甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)在磷酸铬铝中水解制备了磷酸铬铝/有机硅的有机-无机杂化树脂,以石英纤维为增强材料,氧化铝为固化剂,采用模压成型工艺制备纤维增强杂化树脂基复合材料。考察了杂化树脂基体以及复合材料的力学、介电性能等,结果表明复合材料的弯曲强度大大提高,介电性能更加优越。

含噁嗪环硅烷偶联剂对石英纤维/含硅芳炔复合材料性能的影响

从石英纤维(QF)、含硅芳炔树脂(PSA)分子结构特点出发,设计并合成了一种含有噁嗪环和端炔的新型硅烷偶联剂(BCA),并以BCA改善QF/PSA复合材料的界面性能。采用差示扫描量热分析(DSC)、红外光谱分析(FT-IR)、X-射线电子能谱(XPS)及扫描电镜(SEM)等测试手段表征了BCA与QF/PSA复合材料的相互作用和界面改性效果。结果表明:BCA能够分别与PSA和QF形成良好的化学键合,改善复合材料的界面黏结;经w=2.0%的BCA处理后,QF/PSA复合材料的层间剪切强度、弯曲强度分别较未处理前提高了69.1%和68.8%。

聚三唑树脂的催化固化及其复合材料制备与性能

为了降低固化温度,简化固化工艺,在聚三唑树脂(PTA)体系中加入三苯基磷溴化亚铜作为催化剂,根据催化剂的用量与凝胶时间的关系,确定催化剂用量为最少单体摩尔量的3‰。在催化条件下,按照50℃/6h+100℃/2h+150℃/2h的固化程序模压制备复合材料(C-PTA/T300B),研究了催化剂对复合材料玻璃化转变温度(Tg)、热稳定性(Td5)和力学性能的影响。结果表明,与未催化复合材料(PTA/T300B)相比,在力学性能保持不变的前提下,C-PTA-T300B复合材料的固化温度降低了30℃,后处理工艺得到极大简化;Tg提高了21℃;空气中Td5提高了10℃,氮气中Td5提高了5℃。

异氰酸酯硅烷处理石英布／PSA树脂复合材料的影响

设计并选用一种分子结构中带有异氰酸酯基的硅烷偶联剂对石英布进行了表面处理,对比了石英纤维改性对含硅芳炔树脂复合材料部分力学、介电及耐热性能等的影响。结果表明:偶联剂处理石英纤维后,偶联剂与石英纤维表面发生化学键合,明显改善石英纤维与含硅芳炔树脂的界面粘接,复合材料的层间剪切强度比未处理的提高了24.7%,弯曲强度提升了12.4%,偶联剂的加入不会降低复合材料的T g和介电性能。

新型含硅聚三唑树脂及其复合材料的制备与性能

通过格式试剂法合成了低分子量的含硅芳炔(LPSA),并以LPSA和二叠氮(A2)为原料制备出加工性能较好的新型含硅聚三唑树脂(Si-PTA树脂),采用模压方法制备了单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料。用FT-IR、流变、DSC、DMA、TGA等分析测试方法表征了Si-PTA树脂及其固化物的结构与性能,研究了炔基和叠氮基团配比对树脂热性能的影响,测定了复合材料的力学性能。结果表明,Si-PTA树脂可以在80℃下固化,固化后树脂的玻璃化温度(Tg)能达到310℃,在氮气气氛中的5%热失重温度(Td5)在340℃以上。单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料常温下弯曲强度为1622MPa,弯曲模量为132GPa,层间剪切强度为58.2MPa,200℃下弯曲强度保留率为70.8%。

硅炔杂化树脂改性有机硅树脂及其复合材料的性能

用一种硅炔杂化树脂聚(甲基硅烷-二乙炔基苯)(PSP)改性有机硅树脂(HS),通过FT-IR和TGA研究了树脂体系的固化反应及耐热性,并对制备的复合材料进行力学性能、耐热性能和介电性能研究。结果表明:当HS与PSP的质量比为5∶5时综合性能最优,树脂体系在氮气氛围下质量损失5%时的温度(Td5)为691°C,1 000°C时质量保留率为88%;HS-PSP树脂短切玻纤复合材料冲击强度为21kJ/m2,弯曲强度为65MPa,200°C时的弯曲强度高温保留率为78%,介电常数为4.6,介电损耗因数为7.9×10-3,体积电阻为6.7×1013Ω。改性后的复合材料具有优异的力学、耐热和介电性能。

苯并噁嗪树脂基芳砜纶纤维及玻璃纤维复合材料性能的研究

本文对苯并噁嗪、苯并噁嗪/芳砜纶纤维、苯并噁嗪/玻璃纤维树脂基复合材料的结构和性能进行了研究,并考察了该树脂的力学性能及耐热性,测试了苯并噁嗪/芳砜纶纤维、苯并噁嗪/玻璃纤维树脂基复合材料的力学性能及介电性能,并对芳砜纶纤维表面进行了电镜扫描。结果表明,树脂的耐热指数为199℃,其耐热性能和稳定性好,芳砜纶纤维与树脂之间形成了一个互溶体系,导致了芳砜纶纤维/苯并噁嗪复合材料的力学性能比玻璃纤维/苯并噁嗪复合材料的低,与树脂浇铸体的力学性能接近。

聚苯胺/铬酸锶复合材料的制备及其环氧涂层防腐蚀行为研究

利用原位聚合的方法合成了不同质量比的聚苯胺/铬酸锶复合材料,使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对复合材料进行了表征,并在不锈钢片上制备了聚苯胺/铬酸锶复合材料的环氧涂层,利用电化学工作站和盐雾试验箱测试其防腐性能。测试结果表明:聚苯胺/铬酸锶复合材料的防腐效果优于聚苯胺,且当复合材料中聚苯胺与铬酸锶的质量比为1∶1时,防腐蚀性能最好,该复合材料环氧涂层的腐蚀电位较聚苯胺环氧涂层提高30 mV,腐蚀电流密度下降一半,降低成本的同时提高了其防腐性能。

超临界CO_2对发泡PP/木粉复合材料性能的影响

以超临界CO2为发泡剂,对聚丙烯(PP)/木粉复合材料进行快速降压发泡,并通过扫描电镜进行泡孔形貌观测。通过控制变量法,研究了发泡温度、饱和压力、降压速率和木粉质量分数对发泡体系泡孔形貌的影响,从超临界CO2溶解过程、泡孔成核过程以及泡孔孔径增大过程三方面分别进行了分析,并结合反应条件研究了泡孔密度及泡孔孔径的变化规律及其机理。

纳米钛酸钡负载还原氧化石墨烯/PBO纳米复合材料的制备和性能

利用溶剂热法制备了纳米钛酸钡(BT)负载还原氧化石墨烯(RGO)纳米粒子(RGOBT)。透射电子显微镜照片显示BT纳米粒子直径为20~30nm。采用叔丁基二甲基氯硅烷(TBS)预处理保护4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐(DAR)后再与对苯二甲酰氯冷凝聚合制备聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)前驱体(TBS/prePBO),并通过溶液浇注法及逐步升温关环热处理两步法制备了RGO-BT/PBO三元复合材料薄膜。当RGO-BT质量分数达到10%时,复合材料膜的拉伸强度和杨氏模量较纯PBO薄膜的相应值分别提高84%和200%。高介电BT纳米粒子和RGO纳米薄层界面极化的协同作用可大幅提高复合材料的介电性能。当RGO-BT的质量分数为10%时,复合材料介电常数为纯PBO介电常数的近15倍,未来此种高介电材料有望作为耐高温高储能密度材料用于极端环境下的紧凑储能元器件中。

芳纶纤维复合材料基体(AFR-TE)的性能研究

为了改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能,本文从树脂基体入手,依据相似相容原理和芳纶的结构特点,合成出新型热固性树脂(AFR-TE)用作芳纶复合材料的基体。采用非等温DSC法研究了AFR-TE树脂体系的固化反应动力学,确定了合理的固化制度;测定了AFR-TE树脂浇铸体的力学性能和耐热性能;探讨了芳纶/AFR-TE复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR-TE树脂固化反应级数为一级;AFR-TE树脂浇铸体的热变形温度(123.5℃)比E-51环氧树脂提高了25%,AFR-TE树脂各项力学性能都优于E-51环氧树脂,韧性得到明显改善;芳纶纤维/AFR-TE树脂复合材料的层间剪切强度和横向拉伸强度为71.2MPa和30.2MPa,分别比芳纶/E-51环氧复合材料提高了22.8%和58.1%,这表明AFR-TE树脂对芳纶的界面粘结性明显优于环氧树脂。

复合材料结构与性能课程改革与实践

复合材料结构与性能是针对复合材料与工程专业大四学生开设的一门专业必修课,其内容涉及树脂基体、增强材料、增强材料的铺层和复合材料的夹层结构等多个方面,是一门理论联系实践应用、基础知识和科学发展前沿并行的课程。我们从充分利用信息技术、理论联系实际、启发式教学和考试方式多元化等多方面进行了课程改革和实践,以提高学生的学习兴趣和创新能力。

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的界面改性

碳纤维/聚三唑树脂(CF/PTA)复合材料是华东理工大学原创的新型低温固化耐高温复合材料。为改善CF/PTA复合材料的界面黏接性能,针对碳纤维、上浆剂和树脂的化学结构特点,根据界面化学键合原理设计开发了分别含异氰酸酯基、叠氮基和氮丙啶基的3种偶联剂,考察了这3种新型偶联剂在CF/PTA复合材料体系中的作用效果。X-射线光电子能谱、扫描电镜、原子力显微镜、傅里叶红外分析等测试证明所研制的偶联剂与复合材料体系中的组分发生了化学键合,在纤维与树脂间形成了有效的化学桥接,明显提高了CF/PTA复合材料的界面黏接强度。偶联剂添加质量分数仅2%就可以使CF/PTA复合材料的层间剪切强度显著提高:其中,异氰酸酯偶联剂(A1)可使碳纤维增强的复合材料的层间剪切强度提高近70%,工艺处理最简单;叠氮偶联剂(A2)可使层间剪切强度提高89%,但需加热处理添加了A2的碳纤维;氮丙啶偶联剂(A3)可使层间剪切强度提高86%,但需浓硝酸预处理碳纤维。