天问一号探测器耐高温蜂窝夹层结构选材与性能研究

针对天问一号火星探测器耐高温大承载复合材料蜂窝夹层结构应用需求,基于材料匹配设计和工艺可行原则,提出了氰酸酯树脂体系的复合材料蜂窝夹层结构。通过比较不同后处理工艺下M40J/BS-4氰酸酯基复合材料高温层间剪切性能,发现BS-4氰酸酯基复合材料经200℃下3～5 h后处理可获得较佳的高温使用性能。经200℃下4 h后处理的M40J/BS-4氰酸酯基复合材料,在170℃下各项力学性能保持率均达到室温测试值的80%以上。板芯胶高温力学性能测试以及其对夹层结构高温承载性能的影响研究表明,氰酸酯体系的J-245C、J-389B两种板芯胶在温度不超过200℃时均具有足够协调板芯变形及传递板芯间载荷的能力,但高温下胶黏剂的性能退化会造成夹层结构刚度的退化。天问一号探测器蜂窝夹层结构典型单元在高温下的弯曲性能、侧向压缩性能测试结果表明,碳纤维氰酸酯基复合材料铝蜂窝夹层结构具备耐170℃高温下大承载的能力。     

POSS 催化剂改性氰酸酯复合材料的性能

通过POSS 催化剂改性氰酸酯树脂,并采用热熔法排布制备了碳纤维/ 中温固化氰酸酯预浸料, 验证了改性氰酸酯的工艺性。同时考察了氰酸酯树脂及其复合材料的性能。结果表明, POSS 催化剂的加入, 降低了氰酸酯的固化温度,同时其使用温度、室温及-18℃的储存性能和复合材料力学性能与改性前相当。     

碳纤维/ 氰酸酯复合材料尺寸稳定性能

对碳纤维/氰酸酯复合材料的吸湿、空间放气、吸湿变形性能进行了研究,并与传统碳纤维/环氧复合材料的性能进行对比。研究表明:氰酸酯基复合材料的吸湿性能优于碳纤维/环氧树脂复合材料,且其各项空间环境性能均与环氧树脂基复合材料相当。     

新型改性氰酸酯及其复合材料性能

采用新型催化剂、增韧剂制得了一种改性氰酸酯树脂,对新型改性氰酸酯树脂的工艺性、耐热性、力学性能进行了评价,并对其复合材料的介电、力学性能进行了研究。结果表明新型改性氰酸酯树脂具有良好的工艺性,适合热熔法制备预浸料;树脂及其复合材料的力学及介电性能优良,可在180℃下使用,适合高性能透波材料和高频电路板使用。     

T700／氰酸酯／环氧树脂复合材料的“离位”增韧

针对氰酸酯采用环氧树脂进行改性研究,对该体系的流变性能与DMA进行分析,并对浇注体的力学性能进行了研究.以聚砜作为增韧剂,采用"离位"增韧技术,制备复合材料层压板,测试了复合材料的力学性能与冲击后压缩强度(CAI),对微观增韧机理进行了研究.结果表明,在40℃时,氰酸酯/环氧树脂体系有较长的工艺适用期,很好的工艺操作性.Tg为200℃时,浇注体的力学性能优良.采用热塑性树脂作为"离位"增韧层,体系出现了相反转结构,具有较好的增韧效果,复合材料的CAI值从180 MPa增加到260 MPa,对复合材料的力学性能没有影响.     

浅析影响高模量碳纤维/ 树脂基复合材料力学性能的因素

为提高高模量碳纤维复合材料的力学性能,研究改性氰酸酯、5228、4211与碳纤维结合面结合性能.用SEM、AFM、微脱粘仪、万能力学试验机等仪器设备,观察了碳纤维表面微观形貌、树脂基体与碳纤维结合面微观粘接情况,并对复合材料的宏观力学性能进行分析研究.结果表明,高模量碳纤维随着模量的提高,袁层的缺陷与沟槽减少、表面活性降低,与树脂的结合面粘接强度减弱;改性氰酸酯与纤维的结合面粘接性能较好、5228次之、4211较差;树脂与纤维结合面粘接强度大的,其复合材料的力学性能好.     

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

以空间光学结构应用为背景,对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究,包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等;与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料,对其主要力学性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性,起始固化温度为101.2℃,较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃;拉伸性能以及弯曲性能均有提高,同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右,明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）;树脂的工艺性良好,适合热熔法制备预浸料;应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。     

树脂基复合材料在雷达天线罩领域的应用及发展

综述了国内外树脂基复合材料在雷达天线罩领域的应用和发展现状,介绍了现代高性能雷达天线罩的介电、力学、耐环境等性能要求,不同材料体系的特点,树脂的改性方法和效果。对比了四种复合材料体系的介电性能,重点介绍了石英/氰酸酯体系的性能和耐环境考核试验。     

硼酸铝晶须增强氰酸酯树脂/玻璃布复合材料的研究

为了改善氰酸酯树脂基复合材料的层间性能,加入硼酸铝(AlBw)晶须制得晶须/氰酸酯树脂/玻璃布复合材料。研究了晶须对氰酸酯树脂的反应活性、工艺性的影响以及对复合材料力学性能的改善效果,并分析了复合材料断裂的SEM照片。凝胶时间和差示扫描量热(DSC)分析表明,晶须的加入对树脂体系反应性影响较小。晶须的加入增大了氰酸酯树脂的粘度,但增加幅度不大,当晶须加入质量为20%时树脂粘度仍小于8Pa·s,具有良好的工艺性。随晶须加入量的增加,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度增大,晶须质量占10%时,4%硼酸酯处理的晶须使ILSS和弯曲强度分别提高45%和32%。晶须的加入使复合材料耐湿热性提高,水煮100h后,吸水率降为1.09%,力学强度保持率高于85%。     

高模量碳纤维增强改性氰酸酯树脂基复合材料研究

采用折光指数控制法研究了改性氰酸酯树脂体系的预聚效果.结果表明:当折光指数在 1.574 5～1.578 5 时,改性氰酸酯树脂的软化点可控制在 25～30℃,室温铺覆性能良好.力学性能及耐环境性研究表明 M40/BADCy 复合材料的层间剪切强度可达到67.8 MPa.高低温交替变化及紫外线老化对 M40/BADCy 复合材料的力学性影响很小.M40/BADCy 复合材料水煮 100 h 后的吸水率小于0.94%,其层间剪切强度仅下降18%.     

有机锡化合物催化氰酸树脂的性能

采用有机锡化合物作为氰酸酯树脂的固化反应催化剂,评价了催化剂对固化树脂的力学性能、耐热性、吸水率以及对复合材料力学性能的影响。结果表明加入有机锡催化剂后,氰酸酯固化树脂和复合材料具有优良的性能,其中固化树脂的弯曲强度为124MPa,冲击强度为12 6kJ/m²,玻璃化转变温度为258℃,复合材料的弯曲强度为742 6MPa,层间剪切强度为72 3MPa。这表明在有机锡化合物的催化作用下,氰酸酯充分表现出了高性能树脂基体的特性,同时也说明有机锡是氰酸酯固化反应的有效催化剂。     

环氧改性氰酸酯树脂研究

分别采用E20和E51环氧树脂与双酚A型二氰酸酯(BADCy)共聚来改善氰酸酯树脂的力学性能.用DSC,FTIR研究了两种不同分子量的环氧改性氰酸酯体系的反应性,发现E20和E51对BADCy的固化反应均有催化作用,但E20的催化作用强于E51.断面SEM表明,经E20和E51改性的BADCy断口处存在大量的韧涡.但改性体系的热变形温度(HDT)和吸水率有所下降,当配比(质量)相同时,E51/BADCy体系比E20/BADCy体系具有更高的HDT和较小的吸水率.     

单官能团氰酸酯改性氰酸酯树脂的介电性能

为了获得更低介电常数及介电损耗的材料,采用单官能团氰酸酯改性氰酸酯树脂,研究了单官能团单体对聚合物分子网络结构形成过程、反应过程的流变行为及固化产物性能的影响。研究结果表明,单官能团单体在固化反应初期参与反应比例较小,反应后期才逐步参与反应进入分子网络并促进反应程度的提高,改性树脂体系介电常数为2.8~2.9(7~18 GHz),介电损耗也有一定下降。     

树脂交联结构特征对复合材料纵向压缩性能的影响

通过选择不同官能度的环氧树脂,调节树脂单体配比,获得了不同固化交联结构的环氧树脂基体,并与国产T800级碳纤维复合制备成碳纤维复合材料;研究不同交联结构的环氧树脂基体对其 T800级碳纤维复合材料纵向压缩性能的影响。研究结果表明,随着三官能团树脂含量升高,树脂基体的交联密度增大,树脂基体模量增大,其对应碳纤维复合材料单向层合板泊松比降低;碳纤维复合材料的纵向压缩强度随着树脂基体交联密度的增大而增大;树脂基体交联密度对单向复合材料层合板纵向压缩模量的影响不明显。     

高性能M40J/BADCy复合材料的研究

对E51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯(BADCy)体系的力学性能及热性能进行了研究,发现当E51环氧树脂的质量含量为5%时,改性体系的弯曲强度和冲击强度分别由原来的95.6MPa和9.24kJ/m²提高到了117.8MPa和12.6kJ/m²,而热变形温度仅下降8℃。以该改性体系为基体制作的M40J复合材料,其弯曲强度、模量和剪切强度分别高达:1270MPa,172GPa,68 9MPa。消泡剂BYK141能提高M40J/BADCy复合材料的力学性能,层间剪切强度可提高到77.1MPa。M40J/BADCy复合材料还具有良好的耐环境能力,是一种理想的航空航天结构材料。     

柔性缓冲层对T300／BADCy复合材料力学性能影响研究

为增强T300/BADCy复合材料的界面性能,用E51环氧树脂/丙酮溶液对T300纤维进行表面处理,在T300/BADCy复合材料界面处能形成柔性的口恶唑啉酮五元环缓冲层。利用红外光谱法研究环氧树脂与氰酸酯树脂的反应机理,并比较不同浓度E51环氧树脂处理液对复合材料力学性能的影响,发现经5wt%浓度的E51环氧液处理的T300/BADCy复合材料层间剪切强度提高了16%,弯曲强度提高了4%,当处理液的浓度大于5wt%时,T300/BADCy复合材料的力学性能有所下降。采用扫描电镜研究处理前、后T300/BADCy复合材料层间剪切断口形貌,发现未处理的T300/BADCy树脂复合材料断口的界面处存在明显裂纹,处理后的复合材料界面没有裂纹,且断裂主要发生在树脂基体内部。     

树脂粘弹性与层板横向残余应力的关系

将单向芳纶 -铝合金层板纤维 /树脂层的模量表达为温度和时间的函数 ,为了确定函数中的常数 ,测定了纤维 /树脂层不同频率下的动态粘弹性能 ,测定温度为室温至 2 0 0℃ ,测定常数后 ,代入残余应力计算式进行积分求得层板横向的残余应力 ,为了验证计算结果 ,用应变片包埋法对单向芳纶 -铝合金层板横向残余应力进行了测定 ,并与实验结果进行了比较。结果表明 ,引入树指粘弹性参数的表达式可较准确地计算层板横向的残余应力     

Random copolymer membrane coated PBO fibers with significantly improved interfacial adhesion for PBO fibers/cyanate ester composites

Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) (PBO) fibers possess excellent dielectric, mechanical properties and heat resistance. However, the surface of PBO fibers is smooth and highly chemical inert, resulting in poor interfacial compatibility to polymer matrix, which severely limits its wider application in high-performance fiber-reinforced resin matrix composites. In this work, random copolymers (P(S-co-BCB-co-MMA)) containing benzocyclobutene in the side-chain were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, which were then utilized to form dense random copolymer membrane on the surface of PBO fibers by thermally cross-linking at 250 °C (PBO@P fibers). Four kinds of synthesized P(S-co-BCB-co-MMA) with different number-average molar mass (M_n) were well controlled and possessed narrow dispersity. When the M_n was 32300, the surface roughness of PBO@P fibers was increased from 11 nm (PBO fibers) to 39 nm. In addition, PBO@P fibers presented the optimal interfacial compatibility with bisphenol A cyanate (BADCy) resins. And the single fiber pull-out strength of PBO@P fibers/BADCy micro-composites was 4.5 MPa, increasing by 45.2% in comparison with that of PBO fibers/BADCy micro-composites (3.1 MPa). Meantime, PBO@P fibers still retained excellent tensile strength (about 5.1 GPa). Overall, this work illustrates a simple and efficient surface functionalization method, which would provide a strong theoretical basis and technical support for controlling the surface structure & chemistry of inert substrates.     

超临界CO2技术对空心/实心石英混编纤维表面改性

采用热处理+溶剂浸洗+超临界CO2技术对空心/实心石英混编纤维表面进行预处理,同时利用超临界流体的携带与渗透作用,将KH-560偶联剂引入纤维表面进行改性。采用接触角测试、表/界面张力测试、树脂吸附量测试、力学性能测试、扫描电镜等分别测试纤维表面能、胶液表面张力与接触角、胶液与纤维浸润性,观察纤维表面形貌结构,分析复合材料的力学与介电性能。结果表明:采用热处理+溶剂浸洗+超临界CO2技术可有效去除空心/实心石英混编纤维表面浸润剂,提高纤维表面能,促进胶液与纤维的完全浸润,最终改善复合材料力学与介电性能。