常见结构材料低温性能研究进展

随着深空探测、极地科考、低温贮运等低温领域的快速发展,对低温材料的要求越来越高,低温材料逐渐成为目前国内外的研究热点。本文综述低温钢、铝合金、钛合金、铝基复合材料以及树脂基复合材料等常见结构材料的低温性能,归纳不同晶体结构、合金种类、合金元素等因素对结构材料的低温强度、塑性与韧性等力学性能的影响及低温变形和强韧化机理,介绍不同种类低温结构材料在国内外重要领域的应用,提出了低温材料未来的研究展望。

改性双马来酰亚胺/T300复合材料研究Ⅱ.成型工艺对改性双马来酰亚胺/T300复合材料ILSS的影响

报导用自行研制的改性双马来酰亚胺为基体树脂，Ｔ３００为增强材料的复合材料成型工艺，选用双马来酰亚胺／二胺摩尔比为１．５∶１、１．３∶１两种树脂制作的复合材料为研究对象，以层间剪切强度（ＩＬＳＳ）作为衡量材料性能的指标，重点研究了材料成型过程中温度间隔对其影响，同时测定了复合材料在１５０℃及２００℃高温条件下的ＩＬＳＳ值。

开放式低温等离子体对树脂基复合材料表面处理性能研究

目的采用开放式低温等离子体对树脂基复合材料表面处理,研究其对树脂基复合材料粘接性能的影响。方法运用响应曲面法,对开放式低温等离子体加工工艺与树脂基复合材料表面自由能交互性进行研究。采用接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、三维形貌仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等仪器对开放式低温等离子体处理前后复合材料的接触角与表面能、表面微观形貌与表面粗糙度、表面化学成分进行分析,使用万能试验机对处理前后复合材料的粘接强度进行研究。结果输入功率、喷枪距离与试样移动速度3个响应因子中,喷枪距离对试样表面能的影响最为显著,其次是试样移动速度与输入功率。当开放式低温等离子体加工工艺为P=800 W,d=11.8 mm,v=10 mm/s时,表面能最大,从24.8 mJ/m^(2)增加到78.3 mJ/m^(2),表面粗糙度与未处理试样相比提高了约2.5倍。处理后试样表面的氧元素含量明显增加,氧元素主要以含氧官能团的形式存在,材料表面极性增加。开放式低温等离子体对树脂基复合材料处理后,粘接试样平均拉伸剪切强度从16.6 MPa增加到27.5 MPa,粘接强度提高了约65.7%,粘接接头破坏形式从界面破坏到材料基材破坏。结论开放式低温等离子体对树脂基复合材料表面处理后,能够有效地增加其粘接强度,树脂基复合材料润湿性与表面能、表面粗糙度以及表面含氧官能团数量增加,是粘接强度提高的主要因素。

芳纶纤维的磷酸表面处理及其树脂基复合材料界面性能

采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理,并对不同处理条件下芳纶纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。结果表明:20 wt%磷酸溶液处理的芳纶纤维,纤维表面含氧官能团含量最高;继续提高磷酸溶液的浓度,含氧官能团含量下降,纤维表面趋于平整,单丝强度上升。用20 wt%磷酸溶液处理芳纶纤维,纤维/环氧树脂基复合材料的层间剪切强度达到62 MPa,界面剪切强度提高18%,是一种简单有效的表面处理方法。纤维表面粗糙度和纤维表面含氧官能团的数量是影响芳纶纤维/环氧树脂复合材料界面结合性能的关键因素。

改性双马来酰亚胺/T300复合材料研究Ⅰ.改性双马来酰亚胺基体树脂的制备

研制了具有良好溶液性质的双马来酰亚胺树脂体系的新方法。该树脂由４，４′－二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺，４，４′－二氨基二苯甲烷，改性物Ｂ三元共混物预聚而成。研究结果表明，预聚体在丙酮中具有良好的溶解性，预聚体固化后具有较高的耐热稳定性，可以作为高性能复合材料的候选基体树脂。

国外耐高温聚合物基复合材料基体树脂研究与应用进展

综述了国外近年来在耐高温聚合物基复合材料基体树脂研究与应用领域内的最新进展情况。重点阐述了聚酰亚胺(PI)、双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯(CE)、苯并噁嗪(BX)以及氰基树脂的基础与应用研究现状。

纤维增强聚合物基复合材料的低温性能

对纤维增强聚合物基复合材料在低温领域的实际应用进行了分类介绍,通过对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能、性能影响因素和作用机理、低温应用安全性等方面的研究工作进行总结,突出各类纤维增强聚合物基复合材料低温下的性能优势,阐明了材料性能的不足之处及相应改进措施。对于实际低温应用中纤维增强聚合物基复合材料的选择、性能设计优化,系统安全性的增强提供了参考作用。

树脂基复合材料固化过程中的温度和热应力场三维瞬态分析

建立了热固性树脂基复合材料固化过程温度和热应力场分析的数学模型,采用有限元方法,进行了三维非稳态数值求解。通过与已有实验结果的比较,验证了数学模型和计算方法的正确性。获得了3234/T300层合板固化过程中内部温度及热应力分布,分析了保温时间、升温速率、铺层设计等对温度、内部热应力的影响。数值计算结果表明:预固化时间越长,层合板内温度梯度越小,热应力峰值越低;升温速率越大,层合板内温度梯度越大,热应力峰值越大;采用对称铺层可降低层合板内部温度梯度和热应力。

高性能树脂基体的最新研究进展

高性能热固性树脂是航空航天、交通及微电子等领域重要的基础材料。本文论述了国内外主要的高性能热固性树脂,如双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、邻苯二甲腈树脂、聚三唑树脂和有机/无机杂化树脂的研究和应用现状,并提出相应的发展趋势。

树脂基复合材料固化过程固化度场和温度场的均匀性优化

针对热固性树脂基复合材料的加热固化过程,提出一种以提高固化度场均匀性为优化目标的固化加热曲线优化方法。该方法通过在固化加热曲线中合理安排升温和保温过程,提高固化度的均匀性。首先,通过有限元模拟,获得制件的固化度场和温度场,确定其不同时刻固化速度最大差值,再进一步计算出固化速度最大差值的一阶微分。通过比较固化速度最大差值及其一阶微分的极小值时刻制品的固化特性,确定升温和保温的时间。模拟结果表明,优化前后的固化度最大差值从9.8%降低到4.9%,温度最大差值从18.2℃降低到7.3℃,制品的固化度场和温度场均匀性有较大改善。

低温下应力管界面对车载电缆终端局部放电的影响

针对高寒地区车载电缆终端故障问题,开展了低温下应力管界面对车载电缆终端局部放电(PD)的影响研究。分别取样2种典型的热缩应力管及其电缆,建立了能模拟最低温度-50℃的高压局部放电试验系统,对比分析了不同型号电缆终端在低温下的局部放电特征量以及局部放电相位(PRPD)谱图的分布规律,结合试验数据分析了低温下不同应力管与绝缘材料的界面特性对局部放电产生影响的机理。研究结果表明:低温下放电起始电压与熄灭电压均随着温度的降低而降低,在低温(-40℃)下,应力管加入树脂基复合材料能显著提高电缆终端局部放电的起始电压与熄灭电压,同时能降低电缆终端的局部放电量,局部放电的相位区间也会大幅减小。低温下应力管加入树脂基复合材料填充了应力管/绝缘材料界面空间,改善了界面电场分布,有效抑制了柔性电缆终端的局部放电。

高强玻璃纤维复合材料热解动力学研究

利用热重—差热同步分析仪研究典型高强玻璃纤维/环氧树脂复合材料在不同升温速率、不同载气气氛影响下的热解特性规律。升温速率取5、10、20、30、40℃/min;气氛取空气及氮气气氛(50 mL/min);实验温度范围为25~800℃。研究表明,随着升温速率的增大,热解反应各阶段起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动。空气气氛下,玻纤复合材料热解分为两个阶段,分别是环氧树脂基材热解的两个阶段,玻璃纤维自身不分解;氮气气氛下,玻纤复合材料热解反应一步完成。相同升温速率下,玻纤复合材料与环氧树脂基材的热解初始分解温度、热解温度范围基本一致,玻纤复合材料的热解终止温度及热解各阶段失重速率明显小于环氧树脂基材。运用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法进行热解动力学分析,得到玻纤复合材料热解各阶段的表观活化能,两种计算方法所得结果基本一致。热解第二阶段表观活化能明显高于第一阶段,其热稳定性在热解过程中逐渐增强。

先进树脂基复合材料在航空发动机上的应用及研究进展

随着先进树脂基复合材料在航空发动机上用量的增加和应用范围的扩大,航空发动机部件对材料本身的性能要求也越来越高。从不同种类树脂基体方面综述了近些年航空发动机各部件上先进树脂基复合材料的应用和耐高温性能的研究进展情况,提出了未来的可能发展趋势。

不同降温速率条件下复合材料修补片固化温度场和热应力分析

通过采用有限元分析方法,构建了复合材料修补片热固化过程的数学模型和物理模型,数值模拟了树脂基复合材料修补片相同挖补修理方式不同降温速率下的固化温度场和热应力场,并分析了降温速率对修补片固化温度和固化残余热应力的影响。仿真计算结果表明:降温速率越快,修补片内的温度梯度越大,固化残余热应力越大。从中获取了一些减小固化残余热应力优化复合材料固化成型工艺的有帮助的结果。

挖补角度对复合材料修补片固化过程温度和热应力的影响

利用有限元方法,数值模拟了不同挖补角度的树脂基复合材料修补片热固化过程中的温度场和热应力场,并分析了挖补角度对修补片的温度、固化度和热应力的影响。仿真计算结果表明:挖补角度越小,修补片中心点处的温度峰值越大,固化速率越快,热应力越大;挖补角度越小,修补片非中心点处的固化速率越快,热应力越小,且挖补角度对非中心点处的热应力影响较大。综合分析后可知,在一定挖补角度范围内,合理选择挖补角度,可控制修补材料内部热应力,并获得较好的复合材料修补质量。研究结果为实际修理提供了良好的数值依据。

树脂基防隔热复合材料高温响应分析方法研究进展

针对树脂基防隔热复合材料高温条件下复杂的热/力/化学的多场耦合问题,从高温性能预报模型、高温响应求解方法和高温试验测试三方面进行了论述。详细介绍了研究树脂基防隔热复合材料高温响应相关的热解动力学模型、材料高温热物性及力学性能演化表征方法、材料高温响应模型的求解方法以及表征材料高温响应的多种高温试验测试手段。对上述研究方法的发展进行了评述,并对未来发展趋势进行了展望。本文有助于相关研究人员认识和发展树脂基复合材料在高温下的热力响应分析方法,也可供工程技术人员对这类材料的防隔热性能和高温承载性能进行研究。

复合材料耐低温耐腐蚀性能研究(Ⅰ)

研制了一种耐低温耐腐蚀树脂基复合材料,记为S2/EpD。该材料在低温-40℃的两种氟碳化合物(记为Fa、Fb)里分别浸泡1000h后,其层间剪切强度保持率均大于85%,且复合材料外观无显著变化。S2/EpD复合材料单向环在Fa氟碳化合物里浸泡1000h后,层间剪切强度保持率为86.4%;在Fb氟碳化合物里浸泡1000h后,层间剪切强度保持率为90.3%。S2/EpD复合材料采用自制环氧/酸酐配方,以高强玻璃纤维(S2)为增强材料,通过湿法纤维缠绕成型制作。

碳纤维增强树脂基复合材料的热失重特性研究

在实验室研究了两种典型的树脂基复合材料T30 0 / 540 5和T30 0 /HD0 3热老化过程中的热失重特性 ,得到了几种不同温度下两种树脂基复合材料的热失重 时间曲线及失重速率 时间曲线。由此定性地分析了温度、时间对树脂基复合材料热失重特性的影响 。

新型耐高温树脂基减摩复合材料及纳米固体润滑剂的制备与应用

综述了近年来国内外几种新型耐高温树脂基减摩复合材料和几种新型纳米固体润滑剂 ,介绍了它们的性质、制备方法、应用以及树脂基减摩复合材料的减摩机理 ,分析了耐高温树脂基减摩复合材料存在的问题 ,并提出了今后的发展方向。

耐高温双马来酰亚胺复合材料树脂基体的研究

本文报导了一种新的工艺性能良好的耐高温双马来酰亚胺树脂，它是由两种结构不同的双马来酰亚胺热熔共混后，再加入第三组份Ｐ（带有烯基的芳香族化合物）而制得的（简称ＢＭＢＰ）．两种结构不同的双马来酰亚胺，一种是商品化产品４，４－二苯甲烷双马来酰亚胺（简称ＢＭＩ），另一种是自己合成的烷基取代双马来酰亚胺（简称ＭＢＭＩ）．通过对树脂基体及其复合材料的制造和性能测试的研究，结果表明，该树脂基体具有低的熔点（６０～７０℃），高的耐热性（分解温度＞４２０℃），良好的溶解性能（可溶于丙酮）和加工性，可用普通热压罐成型；复合材料具有优异的力学性能和耐热性（Ｔｇ∶３１５℃左右）．