含苯并咪唑结构双马来酰亚胺的合成与表征

针对结构复合材料高耐温等级的应用需求,从改善双马来酰亚胺(BMI)树脂基体性能出发,采用分子设计的方法,将刚性苯并咪唑环结构引入单体主链中,以共沸甲苯法合成出含单苯并咪唑结构双马来酰亚胺单体(BZ-BMI)和含邻苯并咪唑结构双马来酰亚胺单体(OBZ-BMI)。采用核磁共振氢谱与傅里叶变换红外(FTIR)光谱对中间产物和目标产物的结构进行表征。采用差示扫描量热(DSC)法和热重(TG)分析法研究了单体的固化行为及固化物的热稳定性。DSC曲线结果表明,BZ-BMI与OBZ-BMI在210~370℃温度范围内进行交联固化,其固化行为受链段长度、分子结构规整性与相互作用力影响较大;同时,结合DSC曲线确定了单体的固化工艺为200℃/2 h+250℃/2 h+330℃/6 h;FTIR分析表明此工艺可以完全固化。TG分析表明,其热分解温度与二苯甲烷型双马来酰亚胺(BDM)相当,而P(BZ-BMI)与P(OBZ-BMI)在800℃下残炭率分别为74.7%与70.4%,远高于P(BDM)的测试值(48.3%),说明苯并咪唑结构的引入有效提高了BMI的耐热阻燃性能;OBZ-BMI共聚改性体系保持了优异的力学性能,较传统二烯丙基双酚A改性BMI体系的冲击强度提高了20%,拓宽了BMI在耐高温树脂基结构复材领域的应用范围。

国产T700级碳纤维及复合材料性能表征

研究了两种国产T700级碳纤维微观形貌以及相应的环氧树脂基复合材料的基本力学性能,并与日本东丽T700碳纤维进行比较。结果发现,与表面光滑的东丽T700碳纤维相比,国产碳纤维表面有颗粒附着,呈凹凸不平的形貌;国产Ⅰ型和东丽碳纤维较国产Ⅱ型碳纤维的力学性能稳定性更好,国产Ⅰ型碳纤维与东丽纤维力学性能数据相近,其中国产Ⅰ型碳纤维复合材料拉伸强度为2323MPa、拉伸弹性模量为143GPa、弯曲强度为2327MPa、弯曲弹性模量为140GPa。

MC尼龙聚合过程热效应研究

采用静态浇铸法制备了单体浇铸尼龙(MC尼龙),使用智能巡检仪对聚合过程热效应引起的温度变化进行了采集,对比了催化剂用量对聚合热效应的影响,并对温度-时间曲线进行了拟合。结果表明,温度变化曲线呈明显的S状,根据斜率变化可分为三个阶段,其中最高聚合温度约199℃,最大温升约55℃;催化剂用量增加对提高聚合速率表现出先快后慢的趋势;运用Boltzmann函数拟合MC尼龙聚合过程温度变化优度较高。

飞行器承力结构件材料与结构研究

采用纤维增强环氧树脂复合材料固化成型制得实心承力结构件和空心承力结构件。对承力结构件的应变量、质量以及外观方面进行了探究。制得的实心承力结构件和抽芯中空承力结构件外观良好,表面光滑,没有麻点、裂纹等缺陷;而轻木夹芯承力结构件和泡沫夹芯承力结构件工艺性差,结构件表面出现不同程度的麻点,有凹坑、缺料等现象。抽芯空心承力结构件的应变量、质量分别为0.72mm、208g,比实心承力结构件的应变量增加了22.03%,质量减少了21.51%,但是抽芯空心承力结构件的内部品质仍需进行深入的研究。

碳纤维复合材料结构件自然老化试验研究

在自然环境条件下,从表观、力学性能以及内部结构对碳纤维复合材料结构件(CFRP)在海南省万宁市、黑龙江省漠河县以及山东省济南市3个储藏地进行了12a的老化性能研究,利用扫描电子显微镜、CT探测仪以及电子万能试验机等分析研究了结构件的微观形貌、内部结构变化以及结构件承载性能。结果表明,该结构件经过12a的自然老化后,表面光滑,没有裸露纤维,并且没有降解老化现象,内部结构和力学性能非常稳定,不受储藏地域及时间的影响,挠度值保持在15.3~18.1mm之间,离散系数只有0.05。

中空复合材料结构件模态分析

提出了2种中空结构的碳纤维复合材料结构件,包括通孔结构[结构件(1)]和在结构件(1)通孔的最高处增加1个4mm宽的筋结构[结构件(2)]。利用ANSYS有限元软件对2种结构件进行模态分析,得到了结构件在不同结构形状下层压材料的应力应变云图,通过模态扩展,得到了对应结构件的变形量。结果表明,结构件的最大应力发生在靠近根弦的地方,对比2种结构件,中空孔添加4mm的支撑筋后,最大变形量从57.3mm减小到13.9mm,刚度提高了75.77%。