RHEOLOGICAL MODIFICATION OF EPOXY RESINS WITH NANO SILICA PREPARED BY THE SOL-GEL PROCESS

Nano silica-modified epoxy resins were synthesized by the sol-gel process, The materials have the morphological structure of nano particales dispersed in the epoxy matrix. The dispersed phase formed a physical network in the resin and thus influenced the rheological behavior greatly. However, the nano silica did not show a significant influence on the mechanical properties of the cured resins.

国产RTM用碳纤维及环氧树脂基本性能研究

通过流变仪、差示扫描量热仪对国产环氧树脂体系的流变性能、固化性能进行了研究,确定了其灌注工艺窗口,并通过力学性能分析研究了其综合性能。应用扫描电镜表征了国产碳纤维单丝的微观形貌,通过表面张力测试仪表征了碳纤维与环氧树脂的接触角,与国外进口牌号的液体成型用碳纤维与环氧树脂进行了分析比对,研究了其应用于RTM工艺的性能差异。

用于共注射RTM工艺的环氧树脂和酚醛树脂的工艺特性

研究了用于共注射RTM工艺制备承载／隔热／防热一体化复合材料的酚醛树脂和环氧树脂的工艺特性。以苯并嗯嗪为防热层的酚醛树脂基体，研究得到了满足共注射工艺条件的环氧树脂体系并确定了共注射的工艺窗口。研究结果表明，以E44为基体树脂、以GA327改性芳胺为固化剂所构成的环氧树脂体系可作为承载层的基体树脂和苯并嗯嗪树脂进行共注射，其其注射的工艺窗口温度为85～90℃，在此温度范围内，环氧树脂体系和低粘度保持时间大于加min，满足了共注射RTM成型一体化复合材料的基本工艺要求。

RTM用耐高温R802树脂工艺及性能

研究了RTM用耐高温R802邻苯二甲腈树脂黏度随温度、时间的变化,不同升温速率下的DSC特性,常、高温复合材料弯曲、层间剪切强度、树脂与纤维的界面等。黏度随时间变化曲线表明,其140℃下RTM工艺窗口不少于180 min;DSC曲线表明,在180℃时开始凝胶,固化温度203℃,后处理温度256℃;力学性能测试结果表明,R802/MT300复合材料200℃下弯曲强度保持率为103.8%,500℃下弯曲强度保持率为41.1%,300℃下层间剪切强度较常温提高18%,500℃下层间剪切强度保持率为44%,其树脂与纤维结合良好。

RTM工艺成型国产T700碳纤维复合材料湿热性能

采用树脂传递模塑工艺制备了国产T700级碳纤维织物ZT7H3194U增强环氧树脂5284RTM复合材料层板。通过超声C扫描和显微分析法评价了层板的内部质量,研究了ZT7H3194U/5284RTM复合材料的吸湿特性,利用动态热力学分析评价了湿热老化对复合材料耐热性能的影响,研究了ZT7H3194U/5284RTM复合材料在室温干态及吸湿平衡后在高温条件下的力学性能。结果表明,所制备的复合材料层板内部质量良好。纤维体积分数为58%的ZT7H3194U/5284RTM复合材料的平衡吸湿率约为0.41%。随着湿热老化时间的延长,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)及储能模量拐点温度(Tg m o d)均逐渐下降,并随着吸湿平衡而趋于平稳,达到平衡吸湿后,复合材料的Tg和Tg m o d仅分别下降了约7%和8%。吸湿平衡后的ZT7H3194U/5284RTM复合材料在高温条件下的力学性能保持率较高。综合湿热老化前后其耐热性能和力学性能的变化情况来看,ZT7H3194U/5284RTM复合材料具有良好的耐湿热性能。

线性单体对热致形状记忆环氧树脂的改性

针对航天用纤维增强形状记忆复合材料对基体韧性、耐热性和成型工艺性等方面的要求,采用癸二酸(SA),超支化聚酯(HBP)和聚醚多元醇缩水甘油醚(PPGE)等线性单体对形状记忆环氧树脂(SME)进行了改性研究。研究表明,使用SA将长脂肪链引入SME的改性效果最佳。相对于空白对照组,树脂的形状记忆回复时间缩短48.1%;赋形温度下的储能模量降低98.76%;室温下拉伸强度提高24.1%,拉伸弹性模量仅降低13.7%,断裂伸长率提高121.3%。少量添加HBP可以改善分子的网状结构,但HBP过量时,分子链段则重新向线性转变。加入HBP虽可改善树脂室温下的力学性能,但也导致赋形温度下的较高刚度。PPGE虽可加长柔性链段,但会降低体系的反应速率,改性效果较差。此外,SA改性可以有效延长体系的工艺窗口时间,HBP反之,PPGE则对工艺性影响较小。

适用于RTM成型的高性能环氧树脂体系的研制

通过优化实验得到了具有室温粘度小于1000 mPa·s,凝胶化和固化时间短,固化时放热量少,有足够的适用时间(室温下适用期大于48 h)等满足RTM成型要求的树脂体系。经拉伸强度、弯曲强度、剪切强度及模量的测试表明该体系具有较好的强韧性。通过扫描电镜照片,表明微观结构均匀致密,树脂基体的湿润性良好,断裂形式为韧性破坏。

RTM用环氧树脂流变性能与固化性能分析

制备了R2511、R2512两种RTM环氧树脂体系,研究了其工艺性能、固化性能及力学性能,分析表明:两种树脂体系均具有适宜的低粘度操作窗口,R2511树脂体系的最佳工艺区间为40~50℃,R2512树脂体系的最佳工艺区间为常温灌注;R2511树脂体系活化能为72 kJ/mol,R2512树脂体系活化能较低,为62 kJ/mol;R2512树脂体系整体力学性能优于R2511树脂体系;两种树脂适用于不同的温度体系。

RTM工艺制备碳纤维复合材料的力学性能

本文选用树脂传递模塑成型(RTM)工艺制备(3K-T300,3312)碳纤维/环氧树脂复合材料,分别采用拉伸实验和弯曲实验研究复合材料的力学性能;并对样件的拉伸断口进行SEM观察,分析其失效形式。结果表明:碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为459.17MPa和576.82MPa;断口微观形貌表明环氧树脂充分浸润到碳纤维编织布层状界面和丝束之间的界面中,断口中碳纤维和环氧树脂脆性断裂以及碳纤维与环氧树脂界面裂纹萌生扩展并断裂是试样失效的机制,说明RTM具有较好的工艺应用性。

运用神经网络设计RTM成型复合材料力学性能

提出了一种设计RTM成型碳纤维织物/环氧复合材料力学性能的新方法.利用BP神经网络,以RTM成型工艺中注模压力、温度和时间为输入量,以复合材料层间剪切强度和弯曲强度为输出量,建立了反应工艺参数与力学性能内在规律的数学模型.利用此模型研究了在注模温度、时间确定的条件下注模压力与复合材料层间剪切强度的关系,网络输出的注模压力对复合材料层间剪切强度的影响规律与实验规律非常接近,说明建立的工艺参数与复合材料力学性能的关系模型是可靠的,可以用此模型对复合材料的力学性能进行设计.

RTM工艺用耐高温环氧树脂性能比较研究

研究了适用于RTM工艺的单组分耐高温环氧树脂的结构、性能和形态。红外光谱(FTIR)和核磁共振(1HNMR)表明MERICAN 3768和CYCOM 890两种单组分耐高温环氧树脂具有相同的结构组成。MERICAN 3768环氧树脂粘度低,在80℃放置12 h后,粘度从240 mPa·s增加为300 mPa·s,具有较长的工艺适用期,工艺性能可满足RTM工艺的要求。热重分析(TGA)和动态热机械分析(DMA)研究表明MERICAN 3768与CYCOM 890树脂的耐热性相近,MERICAN 3768树脂浇注体的力学性能与CYCOM 890相当。

厚度对RTM成型国产T800碳纤维增强复合材料力学性能的影响

以国产T800单向帘子布U-8190为纤维增强体,AC520RTM液态成环氧树脂为树脂基体,采用RTM工艺制备了AC520RTM/U-8190复合材料。通过对AC520RTM/U-8190复合材料的内部质量、拉伸、压缩性能的研究,结果表明:采用RTM工艺成型的AC520RTM/U-8190复合材料纤维体积含量上限为68%,达到纤维体积分数上限后,内部会出现分层、密集孔隙或孔洞等缺陷。对于0°拉伸及开孔拉伸强度,随着纤维体积含量的上升,拉伸强度提高;对于0°压缩强度,将测试结果正则化处理,厚度对压缩强度基本没有影响;90°拉伸强度主要由树脂基体控制,受厚度影响较小,对于90°压缩及开孔压缩性能,厚度较大时,抗屈曲能力较好,承受压缩载荷能力较强。

真空辅助RTM环氧树脂性能的研究

以低黏度环氧树脂为基体树脂、耐高温的胺类为固化剂,制备了一种真空辅助树脂传递模型(RTM)环氧树脂体系,研究了其黏度特性、树脂的固化反应热和力学性能等。结果表明,我们研发的环氧树脂体系的凝胶时间、固化温度和后处理温度分别为53.2℃、87.39℃和127.7℃。该体系的黏度、凝胶时间、耐热性和高温固化后的力学性能均适合真空辅助RTM成型。

氰酸酯/聚丁二烯环氧树脂形状记忆聚合物的制备及性能

为解决当前多数形状记忆聚合物在应用中存在力学性能及形状回复力不足的问题,文中利用双酚E型氰酸酯与聚丁二烯环氧树脂共固化制备了氰酸酯/聚丁二烯环氧树脂(CE/EHTPB)形状记忆树脂体系。运用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、热失重分析、吸水率测试、动态力学热分析、力学性能测试和形状记忆性能测试等对CE/EHTPB树脂体系的结构和性能进行了分析,探究了聚丁二烯环氧树脂的含量对体系性能的影响。结果表明,CE/EHTPB形状记忆树脂体系的初始热分解温度在325℃以上,吸水率不小于1.612%,具备良好的热稳定性和耐湿性;随着EHTPB含量增加,CE/EHTPB形状记忆树脂体系的韧性增加,冲击强度最高可达13.92 kJ/m^(2),拉伸强度、弹性模量和弯曲强度逐渐降低至55 MPa,620 MPa和88 MPa;CE/EHTPB形状记忆树脂体系的玻璃化转变温度在164~259℃范围内可调,经过10次循环测试后,其形状固定率和形状回复率皆大于97.5%,可广泛应用于空间可展开结构。

水热法氧化石墨烯改性环氧树脂的制备与性能

以膨胀石墨(100mesh)为原料,采用改进的水热法,经超声剥离制备了氧化石墨烯(GO)。通过X射线衍射、原子力显微镜及傅里叶变换红外光谱对GO结构进行表征,进而采用两相萃取法将制得的GO萃取到环氧树脂(EP)基体中。利用X射线衍射、扫描电镜等对GO/EP复合材料的断面形貌及GO在树脂中的分散状况进行表征,并进行了力学性能测试及动态力学分析。结果表明,GO厚度约为1.4nm,复合材料的力学性能较纯环氧明显提高,GO的加入使环氧树脂冲击断面转变为塑性断裂。当GO加入量为0.25%(质量分数)时,材料的冲击强度最高,强度值为55.17kJ/m2,提高了115%;拉伸强度提高了18%;断裂伸长率增加了78%。经动态力学分析可推断,GO的加入增强了其与环氧树脂间的界面粘接性,同时影响到环氧树脂聚合网络的形成。改性后的环氧树脂韧性大幅度增加。

氧化石墨烯/碳纳米管协同改性环氧树脂的制备与性能

先用改进的水热法,经超声剥离制备氧化石墨烯(GO),并采用两相萃取法将制得的GO萃取到环氧树脂基体(EP)中;再用超声分散及热催化反应的方法将羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs)分散到甲基六氢苯酐(MHHPA)中,然后将GO/EP复合材料与MWCNTs/MHHPA混合制得GO-MWCNTs/EP复合材料。利用扫描电镜对该复合材料断面形貌进行表征,并进行了力学性能测试及动态力学分析测试。结果表明,复合材料的力学性能和热稳定性较纯环氧明显提高。当GO加入量为0.1%,MWCNTs含量为0.4%时,材料的冲击强度最高,强度值为84.22kJ/m2,提高了137%;拉伸强度提高了48.4%;断裂伸长率增加了97.9%。表明GO-MWCNTs对环氧树脂具有协同增强、增韧的协同效应。

原位制备还原氧化石墨烯增强环氧树脂基复合材料及其形状记忆性能

采用原位法制备不同含量还原氧化石墨烯(r GO)/环氧树脂(EP)复合材料。研究r GO含量对r GO/EP复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明,通过溶剂热还原,填充到环氧树脂单体中的GO原位还原成r GO,并可均匀分散在EP基体中。该复合材料的拉伸强度、弹性模量和储能模量均随r GO含量增加呈先升后降态势,在w(r GO)=0.2%(相对于环氧树脂的质量而言)时相对最大;随着r GO含量增加,复合材料的玻璃化转变温度随之增加。当w(r GO)=0.6%时,玻璃化转变温度Tg相对纯环氧树脂提高约45℃,达到102℃,热稳定性显著提高。相应的复合材料具有良好的形状记忆性能,变形可以完全恢复,且r GO/EP复合材料相对纯环氧树脂具有更高的形状固定率与形状恢复温度。

聚氨酯增韧改性环氧树脂的制备及性能表征

以聚醚二元醇(PTMG)与二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)反应,生成以异氰酸酯基(-NCO)封端的聚氨酯预聚体,然后与环氧树脂(E-44)反应,合成了韧性好、相对分子质量大小及其分布合理、力学性能优异的聚氨酯改性环氧树脂,探讨了原料摩尔比、稀释剂用量和合成工艺等因素对树脂性能的影响,研究结果表明,当原料摩尔比n(HMDI)∶n(PTMG)∶n(E-44)=2.3∶1∶2,稀释剂丙烯酸异冰片酯(IBOA)用量为20%,合成条件为65℃×2 h+75℃×50 min时,可以得到黏度为3.06×10~5 mPa·s (25℃)、M_n为1400、M_w为2900、相对分子质量分布宽度指数为2.07的聚氨酯改性环氧树脂。通过红外光谱、核磁共振碳谱和凝胶渗透色谱对其结构进行表征,结果与设计的一致,达到了预期效果,其拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、储能模量(E′)、损耗模量(E″)、玻璃化转变温度(T_g)等综合性能优异。

连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料力学性能研究

采用热压成型方法制备连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料(GF/EP/PC),并与GF/PC复合材料进行力学性能测试比较和SEM照片观测分析了影响复合材料力学性能的因素。研究结果表明,GF/EP/PC复合材料的拉伸弹性模量与弯曲弹性模量分别为GF/PC复合材料的16.4倍和8.8倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了1.7倍和3.7倍;结合其力学破坏形貌照片,分析了纤维和树脂的粘接情况和材料的破坏模式以及PC树脂与芯层GF/EP复合材料的粘接情况。

非活性稀释剂对常温固化环氧树脂性能的影响

采用常温、中温以及高温混合固化剂对环氧树脂首先进行常温固化,再进行环境升温诱导后固化,分析了非活性稀释剂癸二酸二丁酯对该常温固化环氧树脂固化性能的影响。通过平板小刀法、差示扫描量热分析、固化度测试以及动态力学热分析,分别评价了稀释剂对该室温固化环氧树脂的固化时间、反应过程、反应程度以及固化物耐热性能的影响,并通过三点弯曲试验分析了其复合材料室温及高温条件下的力学性能。结果表明,常温固化环氧树脂体系具有在环境升温过程中产生梯度反应的特征。而稀释剂的添加使树脂体系在25℃时的固化时间延长率为37. 5%;稀释剂有助于减缓体系内部的固化反应,提高常温固化物的固化度和储能模量,但会明显造成玻璃化转变温度的降低;经环境升温过程之后,稀释剂对固化度和储能模量的影响减弱,但玻璃化转变温度的降低幅度增大;癸二酸二丁酯作为稀释剂可显著提高环氧树脂复合材料的弯曲强度,但会减弱其高温力学性能保持能力。