新型改性双马来酰亚胺树脂(JM)及PBO/JM复合材料力学性能、耐热性能研究

本文研究了新型改性双马来酰亚胺树脂(JM)及PBO/JM复合材料的力学性能和耐热性能。分别采用旋转粘度计对JM树脂的粘度进行了测试,采用材料万能试验机对树脂浇铸体及PBO/JM复合材料的力学性能进行了测试,采用DMA和TGA对树脂及其复合材料的玻璃化转变温度和热分解温度进行了分析。结果表明,JM树脂具有较好的成型工艺性,能够满足复合材料干法、湿法缠绕成型工艺的要求;JM树脂具有较高的强度和模量,但固化物脆性较大,其力学性能有待进一步改善;JM树脂的玻璃化转变温度和5%热失重温度分别达到366.6和410.4℃;PBO/JM复合材料的耐热性能远高于PBO/环氧复合材料。

PBO纤维纸基复合材料的热老化及高温力学性能研究

本研究采用湿法成形技术制备了聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纸,将其浸渍聚酰亚胺(PI)树脂后,得到PBO纤维纸基复合材料(PBO/PI),随后对PBO/PI进行300℃的老化,并在300℃下测试了其拉伸性能。将PBO/PI与模拟蜂窝格壁的间位芳纶浸渍纸(PMIA/PI)进行对比,分析了老化和高温对PBO/PI和PMIA/PI力学性能的影响。结果表明,在300℃的高温老化下,由于材料微裂纹的产生及扩展,二者拉伸强度均呈下降趋势,但老化前后PBO/PI的强度均比PMIA/PI更强。动态力学性能显示,老化前后PBO/PI的储能模量大于PMIA/PI的储能模量,说明PBO/PI的刚性比PMIA/PI大,在高温下仍不易发生变形。在300℃的高温拉伸测试下,PBO/PI的拉伸强度和保持率均比PMIA/PI要高。PBO/PI在常温及300℃高温下的力学性能均优于PMIA/PI,PBO纤维制备的复合材料可用于需要高的抗变形和热稳定性的承重结构和蜂窝部件中。

PBO纤维表面特性对酚醛复合材料拉伸性能的影响

复合材料良好的界面结合可使增强纤维发挥最大的承载作用,良好的纤维表面性能有助于纤维性能转化率的提高,从而有利于其力学性能。为研究国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维表面特性对酚醛基复合材料拉伸性能的影响,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和接触角测量仪分析了三种国产高模型PBO纤维的表面特性,并计算其纤维强度转化率。研究发现,PBO纤维的表面粗糙度和沟槽等对复合材料的界面性能及纤维强度转化率具有显著影响。结果表明:三种国产PBO纤维表面均有明显的黏附物和纤维向沟槽,表面杂质少、沟槽较多,表面粗糙度最大、表面自由能最高的PBO-A纤维强度转化率最高,PBO纤维的强度转化率(40%~50%)远低于碳纤维的强度转化率(70%~90%),其与树脂的工艺匹配性有待进一步提高。

PBO纤维及复合材料研究进展

介绍了聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维国内外研究概况,综述了PBO纤维复合材料的研究概况及应用领域,并对今后PBO纤维复合材料的发展做出展望。

PBO纤维复合材料抗弹性能研究

采用铺层模压的方式制备了聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维织物增强复合材料,并研究了其防弹特性。通过大量实弹试验,分析了不同树脂基体、不同纤维含量、不同铺层方式等因素对PBO纤维复合材料抗弹性能的影响。结果表明,采用EVAC胶膜作为树脂基体,PBO纤维体积分数在70%～80%时,其复合材料的抗弹性能最佳。

PBO/T700层间混杂复合材料弯曲及压缩性能研究

研究了PBO纤维与T700碳纤维层间混杂复合材料的弯曲性能和压缩性能。利用材料万能试验机研究了混杂复合材料的弯曲强度和弯曲模量、压缩强度和压缩模量随混杂比的变化情况,同时对混杂复合材料的弯曲破坏和压缩破坏模式进行了研究。研究结果表明,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料的弯曲强度从542MPa增大到1120MPa,压缩强度从233.2MPa增大到702MPa;PBO纤维复合材料和T700碳纤维复合材料弯曲和压缩试样的破坏模式分别表现为典型的韧性破坏和脆性破坏,PBO/T700层间混杂复合材料的弯曲和压缩破坏模式随着混杂比增大,逐渐从韧性破坏转变为脆性破坏。

PBO纤维缠绕复合材料的初步应用研究

分别进行了PBO纤维缠绕成型的单向复合材料力学性能试验和150mm压力容器试验,与Kevlar-49和F-12纤维的单向复合材料力学性能及150mm压力容器性能进行了对比,初步的应用研究结果表明,缠绕成型的PBO/环氧150mm压力容器的容器特性系数PV/W和纤维强度转化率都达到最高,其值分别达到了60km和90%,但其容器的环向变形较F-12纤维复合材料容器的大。

CNTs/PBO复合材料的合成及性能

利用原位液晶聚合制备了碳纳米管 (CNTs) /PBO复合材料 ,并利用取样对比分析、热重分析和纤维的强力测定对原位液晶聚合及材料的耐热和拉伸性能进行了研究。与同等条件下PBO控制聚合取样对比分析表明 :碳纳米管表面活性基团会影响聚合 ,减少碳纳米管的加入量或推迟其加入的时间可以改善CNTs/PBO原位聚合状况。研究表明 :CNTs/PBO复合材料保持了PBO的优异耐高温性能。纤维拉伸性能与同条件下PBO纤维相比提高 4 0 %～ 70 %。

改性聚酰亚胺的制备及其对PBO纸基复合材料的增强作用

合成了一种含有苯并噁唑侧基的聚酰亚胺树脂,其具有较高的热分解温度和较低的玻璃化转变温度。通过一定的固化和热压工艺,制成改性聚酰亚胺增强PBO纸基复合材料。这种材料具有优异的力学性能,空气氛围下5%热分解温度达到574℃,氮气氛围下5%热分解温度高达612℃。可以作为航空航天等特殊领域的耐高温材料。

环氧树脂/PBO纤维复合材料性能研究

对环氧树脂(EP)/聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维复合材料的性能进行初步研究。结果表明,用浓度70%的甲基磺酸(MSA)溶液对PBO纤维表面进行处理,可改善PBO纤维与EP基体的粘结强度,但同时使PBO纤维的拉伸性能降低;对PBO纤维处理2h后,以胺类固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高41%,以酸酐固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高48%;前者的层间剪切强度大于后者。

PBO-C/E复合材料的界面及压力容器性能

研究了PBO纤维与T700碳纤维混杂复合材料的界面性能和压力容器性能。采用层间剪切强度测试和吸水率测试研究了不同混杂比对混杂复合材料界面粘接性能和吸水性能的影响。研制了PBO纤维与T700碳纤维混杂复合材料Ф150 mm压力容器,对容器的水压爆破性能和轴压承载性能进行了测试。结果表明:混杂复合材料的层间剪切强度随着混杂比增大逐渐升高,当T700碳纤维含量较低时,混杂复合材料界面粘接性能提高并不明显;混杂复合材料的吸水率介于PBO纤维和T700碳纤维复合材料之间,近似符合"混合定律",界面数对混杂复合材料吸水性影响较大;混杂复合材料Ф150 mm容器的PV/W随着混杂比增大逐渐降低,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料容器的轴压承载性能提高31%。

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。

PBO纤维及其复合材料性能研究

本文对具有 2 1世纪超级纤维之称的PBO纤维的性能与其它高性能纤维进行了对比 ,实验数据表明PBO纤维在高性能纤维中强度最高。但PBO纤维复合材料层间剪切强度低于芳纶纤维复合材料 ,这是由于PBO纤维未经表面处理 。

湿热老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用人工加速老化试验方法,开展了PBO纤维复合材料湿热老化性能研究;利用材料万能试验机,研究了PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切等静态力学性能随湿热老化时间的变化情况;采用动态热机械分析仪(DMA),研究了湿热老化时间对PBO纤维复合材料的玻璃化转变温度Tg、贮能模量E'和损耗模量E″的影响。研究结果表明,在湿热环境下加速老化不同时间后,PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切性能均出现了一定程度的下降,拉伸强度最大降幅约为7.7%,拉伸模量变化较小,弯曲强度和弯曲模量最大降幅分别为8.3%和6.5%;层间剪切强度最大降幅约为13.5%;湿热老化30 d后,PBO纤维复合材料的Tg从115.8℃提高到127℃,随着老化时间进一步延长,E'和E″向低温方向移动,表明复合材料的耐热性开始下降。

紫外光辐照对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用紫外光加速老化试验箱、材料试验机和DMA研究了紫外光辐照时间对PBO纤维复合材料性能的影响。研究结果表明:紫外光辐照导致PBO纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及层间剪切强度出现了一定程度的下降,但对复合材料的模量影响较小;经紫外光辐照一定时间后,PBO纤维复合材料的耐热性和刚性均有所提高,随着辐照时间增加,复合材料的E′和E″向低温方向移动,表明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。

热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

分别利用材料万能试验机和DMA研究了热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学行为的影响。静态力学性能测试结果表明,经热空气老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和压缩强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为12.7%和6.9%,拉伸模量从126 GPa增大到145 GPa,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化较小。DMA测试结果表明,热空气老化使PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性和刚性提高,随着老化时间的增加,E'向低温方向移动,E″向高温方向移动,说明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。

酸处理碳纳米管/PBO复合材料的制备与表征

用原位聚合法成功地制备了碳纳米管/聚对苯撑苯并双口恶唑(PBO)复合材料。用FT-IR、XPS、SEM和AFM对碳纳米管和所制备的复合材料进行了表征,结果表明,碳纳米管的酸处理效果好,表面含有C-O、COOH等极性官能团;复合材料中碳纳米管在聚合物基体中分散均匀,两相界面间存在较强的作用力。

热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用人工加速老化试验方法研究了热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响。利用材料万能试验机研究了PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切等静态力学性能随热氧老化时间的变化情况,结果表明,经过在60℃热氧老化不同时间后,PBO纤维复合材料的拉伸强度变化较小,弯曲强度和层间剪切强度出现了一定程度的下降,最大降幅分别为8.8%和11.7%,拉伸模量和弯曲模量增大。采用DMA研究了热氧老化时间对PBO纤维复合材料动态力学性能的影响,结果表明,热氧老化使得PBO纤维复合材料的耐热性提高,贮能模量下降,随着老化时间逐渐增加,E″逐渐向高温方向移动。

酚醛树脂/PBO纤维单向复合材料的制备及性能

利用聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维与酚醛树脂制备先进复合材料,研究该单向复合材料的层间剪切性能、弯曲性能、冲击性能和动态力学性能,并分析该复合材料的吸湿脱湿行为和热氧老化行为。酚醛树脂/PBO纤维单向复合材料的层间剪切强度为21.25 MPa,弯曲强度为439.53 MPa,弯曲弹性模量为50.11 GPa。

Kevlar、PBO有机纤维及其复合材料的性能

简述Kevlar纤维和PBO纤维的合成、结构、优异性能及应用前景。实验表明 :在同等强度下 ,PBO纤维 /环氧复合材料在高性能纤维复合材料中减重效果最好。