Zn-Cr2AlC复合材料的制备与摩擦磨损性能

为改善金属Zn的摩擦磨损性能,采用热压法制备Cr₂AlC陶瓷颗粒增强Zn基复合材料,并研究了Cr₂AlC质量分数对复合材料的金相组织、维氏硬度、相对密度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,复合材料的硬度随着Cr₂AlC质量分数的适量增加而明显升高。当Cr₂AlC的质量分数达到20%时,复合材料的硬度是纯Zn的1.52倍。摩擦磨损实验表明,Cr₂AlC颗粒的引入,可显著改善复合材料的摩擦磨损性能,摩擦系数由纯Zn的0.75降到Zn-20%Cr₂AlC的0.65,Zn-30%Cr₂AlC的磨损率相比纯Zn下降了80.54%。分析磨损表面形貌,得出其磨损类型为磨粒磨损和剥层磨损。     

钛合金的离子束改性

钛合金是航空航天工业常用的结构材料,它具有重量轻、强度高、抗腐蚀强等优良性能,但耐磨性较差.为提高其耐磨性,对TC4、TA7航材试件,采用溅射方法在其表面镀上钛膜,并用(N^＋＋N^＋₂)混合离子束进行动态反冲注入及单元素C^＋离子束注入两种方法,进行表面改性.精密摩擦、磨损试验及显微硬度测量结果,试件表面的滑动摩擦系数降低了64%~77%;磨损率减少了22%~48%;显微硬度提高0.3~1.4倍.证明离子注入有效地改善了合金表层的摩擦、磨损性能.对注入样品进行X射线光电子能谱(XPS)分析,发现注入后的钛合金表层,生成了大量的TiO₂,并析出TiN,TiC等金属化合物,这是降低摩擦系数,提高耐磨性的主要因素.添加C^＋离子注入的试件,其力学性能并无进一步改善,原因有待分析.     

石墨烯用于提高材料抗原子氧剥蚀性能

提出新型二维纳米材料石墨烯在航天器上的应用.首先采用超声空化法制备得到石墨烯,然后将其添加到环氧树脂中,采用共混法制成纳米复合材料.热失重分析显示材料的热稳定性能有所提高.在地面模拟设备中对环氧树脂和纳米复合材料进行了原子氧效应试验,并对试验前后材料的质量损失、表面形貌和表面成分等进行了分析,结果表明纳米复合材料相对于纯环氧树脂,其抗原子氧剥蚀性能有明显提高.      

空心微珠用于环氧树脂抗原子氧剥蚀试验研究

提出一种新的航天器用树脂基材料抗原子氧剥蚀的方法,即在航天器用树脂基材料中添加与原子氧不反应的超细颗粒材料,用于提高其抗原子氧剥蚀的性能.在制备出超细空心微珠颗粒增强的环氧树脂复合材料的基础上通过原子氧暴露实验,发现空心微珠的加入可以有效地提高环氧树脂抗原子氧剥蚀的性能.同时,空心微珠的表面性态对制备的复合材料抗原子氧剥蚀性能具有重要的影响,经过表面改性处理可以进一步提高复合材料抗原子氧剥蚀的性能.      

固化方式对粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响

为了探究不同固化方式下复合粘结固体润滑涂层的摩擦学特性.以环氧树脂为粘结剂，二硫化钼、石墨、氧化铝、氟化铈为固体填料，制备复合粘结固体润滑涂层.分别对复合粘结固体润滑涂层在微波固化和热固化下进行固化，使用白光干涉仪分析涂层表面磨损后的表面磨痕.使用扫描电子显微镜(SEM)对涂层磨损与未磨损区域表面进行观察，使用能量色散X射线光谱仪(EDS)对磨痕区域的元素进行分析.当微波固化与热固化时间均为10分钟时，微波固化的摩擦系数为0.17，低于热固化的0.24；当热固化时间提升到30分钟时，与微波固化10分钟的摩擦系数基本接近.观察热固化涂层表面，发现填料团聚，对磨后表面比较粗糙且呈片状剥落；微波固化涂层表面呈片状分布，磨损后表面比较光滑.SEM形貌分析表明热固化涂层磨损形式主要为磨粒磨损；微波固化涂层磨粒磨损较轻微，在对磨过程中能形成转移膜.EDS元素分析表明固化方式对涂层的分散性没有影响.     

碳纤维电聚合表面处理

本文研究了碳纤维电聚合表面处理工艺,以及处理后碳纤维表面性质的变化,及其对复合材料性能的影响。结果表明,电聚合表面处理方法工艺简单、成本低、易操作。碳纤维经过电聚合表面处理之后,表面活性官能团增加,与基体的浸润性得到改善。大幅度地提高了复合材料的层剪强度、横向拉伸强度;改善了复合材料的压缩性能,并具有良好的耐环境性能。因此,电聚合表面处理方法是适合碳纤维生产中推广使用的一种表面改性的新方法。     

低黏度环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系研究

为探究低黏度环氧树脂复合固化反应机理,研究了低黏度环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系的流变性能和固化反应过程,分析了硼胺-酸酐复合比例对复合固化体系流变特性和固化反应过程的影响;利用流变学参数确定了复合固化体系的固化起始时间、凝胶时间点及基于阿伦尼乌斯方程的固化反应活化能。研究结果表明,随着硼胺-酸酐复合固化体系中酸酐复合比例的增加,体系固化反应获得促进,其固化起始时间和凝胶点均降低,同时基于阿伦尼乌斯方程的固化反应活化能降低;采用非等温差示扫描量热（DSC）对硼胺-酸酐复合固化体系过程进行分析,结果表明硼胺-酸酐复合固化体系存在相对独立的双放热峰,随着酸酐复合比例的增加,低温放热峰的峰值增大,高温放热峰的峰值减小,且双峰的峰值温度向高温方向移动。根据2种固化剂的固化反应机理分析,环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系中硼胺固化剂和酸酐固化剂既存在相互协同效应又存在相互竞争作用。      

宇航级T800碳纤维复合材料界面调控

上浆剂对高性能碳纤维（CF）表面的修饰作用及对其复合材料界面性能的调制作用至关重要。以湿法制备的宇航级T800碳纤维为研究对象，分析上浆前后纤维表面微结构、化学组成和化学反应特性的变化规律，并对其复合材料的宏微观界面性能进行表征评价。采用X射线光电子能谱（XPS）、差式扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征方法，分析上浆剂的反应性及其与环氧树脂（EP）、双马来酰亚胺树脂（BMI）的化学反应行为。结果表明：在树脂固化温度条件下上浆剂与纤维表面基团发生化学反应，使得纤维上浆剂提取量及纤维表面活性碳元素含量降低，并且上浆剂与EP、BMI工艺具有良好的化学反应性。经过高温处理后CF表面的上浆剂失活，CF/EP的界面剪切强度发生一定变化，CF/BMI的界面剪切强度下降13%。综上可见：具有化学活性的环氧类上浆剂可明显改善CF表面特性，进而对复合材料的界面性能产生影响，其中上浆剂与树脂体系的反应性对界面亦有影响。     

聚合物基纳米复合材料的理论研究进展

讨论了国内外关于聚合物基纳米复合材料的理论研究,包括聚合物/层状结构硅酸盐PLS(Polymer-Layer Silicate)纳米复合材料的热力学、动力学和微观力学,以及聚合物/颗粒状无机纳米复合材料的纳米微粒分散原理、纳米粒子尺寸与复合材料性能之间的关系等.      

预浸料贮存时间对MT700/603复合材料力学性能的影响

以碳纤维增强环氧树脂热熔预浸料MT700/603为研究对象，开展室温贮存时间与预固化度的关联性分析，研究预浸料预固化度对复合材料成型质量和关键力学性能的影响机制，建立预浸料贮存时间-预固化度-制品性能三者之间的内在联系。结果表明:随着室温贮存时间的延长，60 d后603环氧树脂的最低黏度增加了4.6倍，玻璃化转变温度增加了17.9 ℃，预固化度为11.2%；MT700/603预浸料贮存时间小于30 d时，制备的复合材料内部质量良好，纤维分布较为均匀，孔隙率较低，树脂的预固化度在5.3%以内，孔隙率低于0.03%；复合材料更倾向依赖于树脂基体破坏的纵向压缩强度和压缩模量对孔隙率的敏感度，要高于倾向依赖于纤维增强体破坏的纵向拉伸强度和拉伸模量；预浸料在室温贮存时树脂预固化度增加，黏度增大，加压时机与树脂黏度变化不匹配是导致复合材料构件关键力学性能下降的根本原因；根据产品的力学性能指标要求，结合不同贮存时间的关键力学性能数据，可反推出预浸料的最长室温贮存时间，实现了预浸料可用性的定量化评估。      

新型环氧-酚醛树脂体系的固砂原理与技术

为了在低成本下解决低温油井中的化学防砂问题,采用共混的方法制备了一种以环氧树脂和酚醛树脂为主要原料,且无需其他固化剂的新型树脂固砂剂,并在固砂剂的研究基础上初步研制了树脂涂覆砂.通过红外光谱分析,研究了树脂固化的机理.实验结果表明,固砂剂可在50?℃的水浴中将砂石固结,固结砂样具有较高的抗压强度和渗透率,而且随着树脂用量的增加,固结砂样的抗压强度可以进一步得到提高.涂覆砂可以在酚醛树脂作为外固化剂的情况下固结,其性能满足使用要求.酚醛树脂中的酚羟基和羟甲基与环氧树脂中的环氧基的反应是固化反应的主要机理.     

环氧树脂辐射固化反应速率及速率常数的研究

研究了环氧树脂溶液的电子束辐射固化反应速率常数以及树脂特性对反应速率的影响.研究结果显示,辐射反应增长速率常数k_p和终止速率常数k_t在反应进行的不同阶段表现出不同的控制机制.环氧树脂的分子量及其分布,分子化学结构对辐射反应速率都有很大影响,反应速率大的树脂体系最终达到的反应程度也高.     

微珠提高玻纤/环氧树脂抗原子氧剥蚀的研究

采用一种新的抗原子氧剥蚀技术来提高航天器用玻璃纤维/环氧树脂复合材料抗原子氧剥蚀的性能,即在玻璃纤维/环氧树脂中加入不与原子氧反应的超细空心微珠颗粒制备出能抗原子氧剥蚀的复合材料.通过对空心微珠/玻璃纤维/环氧树脂复合材料的制备和原子氧剥蚀效应地面模拟试验,发现空心微珠的加入可以有效提高玻璃纤维/环氧树脂抗原子氧剥蚀的性能,在60 h的原子氧试验中,加有空心微珠的复合材料的原子氧剥蚀率可以减小到未添加空心微珠材料时的11％.      

基于乙炔基封端酰亚胺和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物

以2，3，3'，4'-联苯四甲酸二酐和2，2'-双三氟甲基-4，4'-联苯二胺为单体、4-乙炔基邻苯二甲酸酐为封端剂合成了不同聚合度的聚酰亚胺低聚物（BETI），将其溶于双氛A型氰酸酯单体制备了改性氰酸酯树脂，对改性氰酸酯树脂的固化行为进行了详细探究，并对其固化物的热学性能、力学性能和介电性能等进行了表征与分析。结果表明:BETI对氰酸酯树脂的聚合有明显的催化作用，可以降低固化温度，缩短凝胶时间。基于BETI和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物（IPN）的热性能和力学性能与纯氰酸酯树脂相比都有一定的提高。当加入质量分数30%、聚合度为19的BETI树脂时，固化物的玻璃化转变温度从297 ℃提高到309 ℃，热失重5%时温度从425 ℃提高到了431 ℃；拉伸强度从76 MPa提高到了94 MPa，冲击强度从24 kJ/m2℃提高到了31 kJ/m2。加入BETI后，聚合物的介电常数稍稍高于纯氰酸酯树脂。由于具有良好工艺性和材料性能，BETI改性氰酸酯树脂可作为基体树脂应用于航空航天等领域。