酚醛/硅改性环氧共混物空气环境降解残留物结构及组分研究

通过缩合反应,将端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)与双酚A型环氧树脂(CYD-128)结合,制得环氧-聚硅氧烷共聚物(ES),随后与酚醛树脂共混改性,得到聚硅氧烷改性环氧/酚醛共混物(ES/PF)。利用热重-差示扫描热分析(TGA-DSC)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜附加能谱仪(SEM-EDS)以及X射线光电子能谱(XPS)等技术,深入研究ES/PF共混物的热性能及其在不同温度下的热解残留物化学结构和组分。实验结果显示,与纯酚醛树脂相比,ES/PF共混物在800℃空气气氛下的残余率提高了438%,最大放热速率从21.98 W/g降低至14.93 W/g,而在N_(2)气氛下,其残余率则略有降低,降幅为14.3%。此外,ES/PF共混体系在430~600℃内的热解凝聚相中,富含Si-O_(x)的杂化结构对碳层的稳定形成起到了关键作用,有效延缓和阻碍了树脂的进一步降解,进而提高了残碳率。在温度超过430℃时,残留物中硅元素的赋存形态发生显著变化,从430℃时的以SiO_(2)为主(占比超过80%),转变为600℃时的大部分为水合二氧化硅(SiO_(2)·nH_(2)O)。上述结果充分表明,硅元素在热氧条件下能够显著提升酚醛树脂的残碳量和热稳定性,但在N_(2)条件下,其影响受到一定程度的抑制,这可能归因于硅氧烷基团在热解过程中的吸氧机制。ES/PF共混材料体系的热解残留物结构及组分对于提升材料的热残余强度和耐烧蚀性能具有积极作用。

硅氧烷改性环氧树脂对铝基复合材料制动盘配套闸片摩擦系数的影响

以端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)与环氧树脂(EP)为原料,合成了硅氧烷改性环氧树脂(ES),用其与热固性酚醛(PF)共混(PF/ES)作为黏结剂,与PF、PF与EP共混物(PF/EP)进行比较,研究其耐温性和韧性。并制备了匹配铝基复合材料(AMMC)制动盘的闸片材料,探讨了多种压力和转速条件下黏结剂对刹车片摩擦性能的影响。结果表明,引入HTPDMS提高了EP的耐温性,与PF共混后700℃以上残留物质量较PF提高181.1%;PF/ES具有较高的韧性,其冲击强度较PF和PF/EP分别提高467.1%、270.4%;采用PF/ES制备的闸片在停车制动和高温制动中摩擦系数(COF)稳定、大小适宜、不伤盘;共聚焦显微镜下观察在停车制动阶段出现了不连续的转移膜,主要的磨损形式为黏着磨损、疲劳磨损,高温制动时PF/ES制备的闸片表面存在碳化膜,主要磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损。

连续纤维增强热塑性复合材料热压成型工艺研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(CoFRTP)具有损伤容限高、成型周期短及可回收利用等优点,在航空航天及新能源汽车等领域能够规模化应用。热压成型工艺因其高效率、低成本的优势得到广泛的关注,但由于该工艺涉及成型参数多,以及成型过程中材料大变形、非线性、多相变等多场耦合的特点,所制构件易产生褶皱、纤维开裂及外形尺寸变形过大等质量缺陷,对构件力学性能的稳定及后期装配带来极大挑战。为克服传统试错法低效率、高成本的缺点,提高热压成型设计效率,本文重点对热压成型工艺及其相应有限元数值仿真方法进行综述。本文从CoFRTP应用现状及制造关键、热压成型工艺过程分析及研究现状和热压成型工艺仿真方法3个方面展开,最后对后续的研究工作进行展望。本文将为CoFRTP高效率和高质量成型提供理论指导,对相应的结构设计和工程应用起到推动作用。

环氧乙烯基酯树脂/玻璃鳞片复合材料冲击韧性的影响因素

研究了树脂性能及含量、玻璃鳞片形状、球形填料以及表面活性剂等因素对树脂基玻璃鳞片复合材料的冲击韧性影响。发现树脂增韧以及含量增加可显著提升复合材料的冲击韧性;减小玻璃鳞片片径虽可有效提升材料冲击韧性,但会导致材料水蒸气渗透量增加,因此鳞片片径不宜小于0.4 mm;白炭黑含量在1.5 wt%时冲击韧性达到峰值;偶联剂含量不高于1 wt%时,冲击韧性随偶联剂含量提高而增长。

三维自动光学检测设备CFRP光学系统挂架的制备及固有频率分析

自动光学检测(AOI)设备是常用于检测印刷电路板(PCB)表面焊接缺陷的仪器,光学系统挂架的振动影响其检测精度和效率。为了提高AOI设备精度和效率,采用碳纤维复合材料(CFRP)代替铝合金设计制作挂架,并通过ABAQUS有限元软件分别对CFRP挂架和铝合金挂架进行建模,计算其固有频率和振型。对CFRP挂架和铝合金挂架进行敲击实验,实验结果与仿真结果基本相符,误差小于16%。相比于铝合金挂架,CFRP挂架的1阶固有频率增加了8.51%。最后对两种挂架进行高速成像检测实验,结果表明装备CFRP挂架的AOI设备成像精度更高,稳定性更好,效率更快。

垫衬补偿对含翘曲间隙L型层合板力学性能的影响研究

复合材料结构整体化制造中极易产生由固化变形引起的局部翘曲,该翘曲会显著削弱螺栓装配下复合材料结构的承载能力。通过试验和数值分析开展了垫衬补偿对含翘曲间隙L型层合板极限载荷恢复效率以及失效行为的影响研究。通过微观CT表征了含翘曲间隙L型层合板在螺栓装配后的损伤分布特征,并测试了其极限承载能力;对比分析了垫衬补偿对螺栓装配后含翘曲间隙L型层合板损伤和极限承载能力的影响;并借助数值分析手段定量地研究垫衬补偿对含翘曲间隙L型层合板承载能力恢复的影响机制。结果表明:紧固强制消除翘曲间隙会在螺栓装配区域和拐角处出现一定程度的分层损伤,其中拐角区域的分层损伤可能是促使加载过程分层快速扩展,并导致极限承载能力大幅下降的主要原因;垫衬补偿技术极大的减小了装配损伤的出现,尤其是避免了拐角区域分层损伤的快速扩展,有效提高含翘曲间隙复合材料结构的极限承载能力。

酚醛树脂覆膜砂热性能的试验研究

测试了不同烘烤温度下覆膜砂的残留强度,利用扫描电镜观察并分析了各试样的断口形貌,测试了覆膜砂高温变形曲线。比较了耐高温性覆膜砂和易溃散性覆膜砂的性能。分析了覆膜砂在热作用下对型砂强度、断裂表面和变形的影响。

轻合金覆膜砂专用酚醛树脂的开发研究

采用具有不饱和脂肪直链的EPA改性剂参与合成酚醛树脂 ,用不饱和脂肪直链段部分取代亚甲基键 ,使酚醛树脂具有高强度和较低温度分解的特性。研究了EPA的加入量对树脂性质和覆膜砂力学性能的影响 ,10 %是最佳值。热失重试验和高温变形曲线试验结果证明 ,使用该树脂混制的覆膜砂 ,具有强度高、溃散性好等特点。实践证明 :使用该种覆膜砂浇注铸件后 ,工人的清砂劳动量下降 。

开环聚合酚醛树脂制备覆膜砂的研究

合成的双酚A型和苯酚型苯并恶嗪树脂,分别用其代替酚醛树脂制备了覆膜砂,并测试两种覆膜砂的性能。结果表明:与酚醛树脂覆膜砂相比,新型覆膜砂的覆膜温度低,强度高,气味小,固化速度稍慢,是一种很有发展前景的新型覆膜砂。

酚醛树脂粘度特性对覆膜砂性能的影响

通过实验研究了酚醛树脂粘温特性以及混有固化剂树脂的粘度变化曲线对覆膜砂强度和抗脱壳性的影响。根据酚醛树脂的粘度特性定义了恒粘温度(45泊时温度)和最小粘度。确定了覆膜温度等于恒粘温度+40℃的控制原则。分析了软化点、最小粘度和强度的关系,指明了合成高软化点、高强度酚醛树脂的研究方向。分析了覆膜砂脱壳的原理以及根据粘度变化曲线判断树脂抗脱壳性的原理。

聚硅氧烷改性环氧/酚醛共混物热氧降解残留物的结构及组分演变

硅氧烷改性环氧/酚醛共混体系具有良好耐热性及韧性,研究其受热后结构及组分变化对于拓宽酚醛高温领域应用具有重要意义。以端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)与环氧树脂缩合制得改性环氧(ES),再与酚醛共混改性获得聚硅氧烷改性环氧/酚醛共混物(ES/PF)。通过综合热分析(TGA-DSC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜附加能谱仪(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了ES/PF的热性能和热氧降解残留物的化学结构及组分。热分析结果表明,与纯酚醛相比,ES/PF在空气中800℃残余率提高438%,且最大放热速率从21.98 m W/mg降至14.93 mW/mg,N2中残余率降低了14.3%;结合红外分析,ES/PF在430~600℃时热解形成Si-Ox杂化结构对形成炭层起稳定作用,可提高残碳率;XPS及EDS揭示硅元素在高温下赋存形态发生明显变化,430℃及以上大多转为SiO和SiO·nHO。以上结果说明热氧条件下硅元素提高酚醛残炭量对酚醛热稳定性有积极影响,N2条件下硅元素的上述有益影响受到一定程度抑制;这可能与硅氧烷基团热解具有吸氧机制有关;ES/PF的热解残留物结构及组分有利于提高材料的高温残余强度和耐烧蚀性能。

覆膜砂用苯并恶嗪树脂软化-固化性质

通过测试苯并恶嗪树脂的聚合速度和软化点,优选了覆膜砂用苯并恶嗪树脂的合成工艺为95℃保温3h。测试了该树脂90℃的熔融粘度-时间曲线,熔融粘度稳定在0.5Pa.s。分别研究了该树脂加促进剂和不加促进剂两种情况下温度与聚合速度的关系,并测试了树脂的DSC曲线。结果表明,该树脂在200℃存在一个明显放热峰。200℃的树脂固化度高于90%,当温度高于200℃时,树脂的聚合速度变化开始变缓。合成的苯并恶嗪树脂的软化和固化特性都可以满足目前覆膜砂的制备要求。

基于内聚力失效微观单胞模型的树脂砂拉伸性能的数值研究

原砂粒度及分布、树脂膜厚度和空隙分布构成树脂砂微细观结构特征决定着树脂砂宏观力学行为。针对原砂/树脂间弱界面脱粘与树脂基体失效这两种失效模式,构建了基于断裂力学微细观单胞模型,研究了树脂砂微观结构的失效/断裂演化机制,以及3类微观结构(即:树脂包覆层厚度,砂粒直径和粒径级配)对于树脂砂宏观力学行为的影响。计算结果表明,所构建的数值模型能够考虑裂纹尖端的应力集中以及砂粒弧面的几何效应,具备描述在拉伸载荷下树脂砂界面损伤/界面裂纹扩展以及树脂包覆层的内聚失效行为的能力,为树脂砂失效断裂机理的研究提供了一种更加直接有效的工具;微细观结构对树脂砂拉伸力学性能影响研究表明,树脂包覆层厚度、砂粒直径和粒径级配对树脂砂的拉伸强度、比强度、拉伸刚度以及极限拉伸变形量有着不同程度的影响。

双酚A型苯并恶嗪树脂软化-固化性质的研究

通过测试凝胶时间和软化点，优选了一种双酚A型苯并恶嗪树脂的合成工艺：95℃保温3h。测试了该树脂90℃的熔融粘度-时间曲线，熔融粘度稳定在0．5Pa·S。分别研究了该树脂加促进剂和不加促进剂两种情况下温度与凝胶时间的关系。测试了树脂的DSC曲线。试验结果说明：该树脂在200℃存在一个明显放热峰。200℃的树脂固化度大于90％，当温度高于200℃时，树脂凝胶时间的变化开始变缓。

复合材料液体模塑成型工艺与装备进展

本文介绍了复合材料液体模塑成型技术(LCM)的发展历程,对发展过程中出现的一些具有代表性的工艺方法,包括树脂传递模塑(RTM)、真空辅助树脂传递模塑(VARTM)、树脂浸渍模塑(SCRIMP)、树脂膜渗透(RFI)、结构反应注射模塑(SRIM)和脉动灌注(PP)等的技术特点、研发现状及装备发展进行了回顾和总结。并对液体模塑成型工艺的发展趋势进行了展望,认为复合材料液体模塑成型工艺未来将向整体化、自动化、数字化和智能化的方向发展。

耐高温苯并恶嗪的合成与表征

为了提高苯并恶嗪的耐高温性能,合成了含醛基的苯并恶嗪中间体。采用溶剂两步法合成含醛基的苯并恶嗪中间体,利用红外光谱和核磁氢谱对其结构进行表征,同时利用DSC对其固化反应过程进行了研究,通过TGA对其耐热性能进行测试。结果表明含醛基的苯并恶嗪中间体在氮气保护下,800℃的残碳率高达65.63%,与普通的苯并恶嗪树脂相比,残碳率提高了20%,耐热指数为221.09℃。综上可知,醛基的引入可以有效地提高苯并恶嗪树脂的耐热性能和热稳定性能。

磷酸铝铸铁高温涂料的研制

研究用磷酸铝作粘结剂配制铸铁件用高温涂料。采用震动法紧实涂料骨料,将紧实体积密度与松装体积密度对比,按照对比结果确定最佳颗粒配比,配制成涂料。生产试用表明,该涂料强度高,耐磨性好,适用于高要求的灰铸铁、球铁铸件。

高残炭酚醛树脂的研究进展

综述了高残炭酚醛树脂:硼改性、钼改性、芳基酚改性及硅氮烷改性酚醛树脂,酚三嗪树脂,苯并恶嗪树脂的研究进展。上述改性后的酚醛树脂,耐热性显著提高。这些研究为耐烧蚀材料的应用提供了理论依据,为新一代的高残炭树脂的开发提供了方向。最后指出酚醛树脂在今后的耐烧蚀材料领域仍然会发挥重要的作用。

涂料耐火骨料级配测试仪的研制

研制了用振动方法,通过松装密度、紧实密度测试评判涂料中骨料颗粒镶嵌。结果表明,该方法简便、合理,设计的测试仪简单、实用。

硅磷双改性环氧树脂的合成及阻燃性能

磷改性环氧的极限氧指数高但会降低力学性能且抑烟效果不明显,硅改性环氧具有增韧和耐温的特性但其极限氧指数偏低。为了满足工程应用对环氧树脂防火安全性和力学性能的要求,采用硅磷协同阻燃改性得到综合性能优异的树脂。文中用聚苯基丙基硅氧烷(Z-6018)和10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)作为载体,通过化学接枝将硅磷元素引入到环氧树脂中,制得硅改性环氧树脂(B-30)、磷改性环氧树脂(P-27)和硅磷双改性环氧树脂(B-P),并通过红外光谱确认化学结构。通过拉伸试验、热失重、极限氧指数、锥形量热、扫描电镜和X射线光电子能谱等方法研究了树脂的力学性能、阻燃性能、阻燃机制和抑烟机制。B-P的拉伸强度为75.0 MPa,较E-51,P-27和B-30分别提升15.4%,67.7%和44.2%。而与E-51相比,P-27和B-30拉伸强度降低,这体现了“脆”和“韧”共混时的强度协同作用。通过阻燃性能测试可知B-P各自继承了B-30显著的抑烟性和P-27较高的LOI,对点燃和播焰性没有协同作用。B-P燃烧后残留硅磷元素量显著大于单独改性树脂,且残留物外观综合了硅磷单独改性的特征,形成了一种致密坚硬微观复合结构,体现了成份和结构的协同作用。