TG800碳纤维/双马树脂基预浸料等温固化动力学

为复合材料成型工艺参数制定提供准确信息,采用动态力学分析法(DMTA)对国产TG800碳纤维/802双马树脂基预浸料等温固化动力学进行研究,根据损耗模量E″在恒温扫描过程中出现的拐点可准确确定固化凝胶点。以储能模量E′相对增长率为固化反应速率指标,考察不同恒温阶段反应程度增长模式,并建立了固化反应动力学模型。分别采用Hsich非平衡热力学涨落理论和Avrami方程对预浸料固化反应过程中活化能变化规律进行分析。结果表明:Hsich理论得出TG800/802预浸料反应活化能为49. 5 kJ/mol;Avrami方程得出恒温阶段前期活化能均小于后期,且温度越高对应活化能越低。TG800/802在200℃恒温时前期活化能为78. 8 kJ/mol,小于后期109 kJ/mol,温度升高至240℃后活化能降至32. 4 kJ/mol。通过计算不同恒温阶段固化度佐证了双马树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h的可行性,为TG800/802预浸料的工程化应用提供了技术支撑。     

烧蚀反应动力学参数的确定

本文提出了一种理论模型与实验相结合确定碳基材料烧蚀反应动力学参数(活化能和指前因子)的方法。首先建立了碳基材料热化学烧蚀的湍流边界层模型,运用数值方法对边界层守恒方程组、表面烧蚀和固相热传导进行耦合求解,计算过程中不需要事先假设烧蚀的控制类型。其次,在电弧加热器中模拟火箭发动机喷喉的烧蚀环境进行烧蚀材料与氧化性气体反应的烧蚀实验。最后,运用所建立的模型和在电弧加热器上的实验结果进行预测比较,确定烧蚀反应的动力学参数。作为实例,确定了石墨与CO_2的烧蚀反应的动力学参数。     

聚酰胺固化有机硅改性环氧树脂研究

研究了一种有机硅改性环氧树脂的固化反应。利用红外光谱法分析了树脂的组成结构,固化剂的选择及其用量的确定,并利用DSC对固化反应动力学进行了研究,计算出了固化反应的动力学常数,对固化反应的机理进行了分析。结果表明:该有机硅改性环氧树脂是由苯基硅树脂与E型环氧树脂相互反应而合成的,可采用聚酰胺在室温下进行固化,固化反应主要发生在环氧基与伯胺之间,反应的表观活化能为67.555 kJ/mol,频率因子为1.48×106s-1。本研究可为该有机硅改性环氧树脂成型工艺的制定提供理论指导。     

硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆固化反应研究

从推进剂药浆固化的动态流变特征出发，用DRA动态流变学方法研究了硝酸酯增塑聚醚推进剂的固化反应动力学。结果表明：它可提供推进剂药浆固化的表观凝胶化时间和固化反应的表观活化能；活化能随动态条件的不同而异，具有明显的固化反应指纹特征；动态流变学方法可对药浆直接进行固化反应动力学研究。对于深入研究推进剂性能将有很好的实际意义。     

NY9200G树脂体系非等温DSC法固化动力学研究

通过非等温DSC法测试研究热熔法预浸料用NY9200G树脂体系的固化动力学,讨论了升温速率对固化特征温度的影响;用kissinger公式以及Crane公式计算得到了表观活化能、固化反应级数以及频率因子等固化动力学参数,为模拟固化反应动力学模型奠定了基础。     

热重质谱联用技术对酚醛树脂热解行为及动力学研究

采用热重分析法和热重质谱联用技术考察了氨酚醛树脂的热解反应行为,以Coats-Redfern积分法对实验数据进行动力学解析,得到了氨酚醛树脂热解反应的动力学参数。结果表明,氨酚醛树脂的热解反应分为两种:在600℃以下的低温区,以链断裂反应为主;在600～800℃的高温区,以脱氢反应为主。氨酚醛树脂热解反应可以用两个分段一级动力学方程来描述,升温速率对两种热解反应的表观活化能影响都不大。     

氰酸酯／环氧树脂共混体系固化反应

运用DSC对F44酚醛环氧树脂、E51环氧树脂以及有机锡(DBTDL)与氰酸酯共混体系固化行为进行了研究,对固化动力学、固化反应机理及固化反应制度进行了分析.结果表明,利用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa方程计算所得的活化能相近,且三种相近树脂共混体系具有较低的活化能,即具有较高的反应活性.采用T-β外推法近似求得三种氰酸酯共混体系的固化制度.     

PBT/N100黏合剂体系固化流变性能北大核心CSCD

为深入研究黏合剂3,3-双(叠氮甲基)氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)与固化剂多异氰酸酯N100的固化反应过程,使用流变仪研究了PBT/N100黏合剂体系固化过程中的模量变化和凝胶化之前的黏度变化。结果表明:PBT/N100黏合剂体系的等温固化过程遵循自催化动力学模型。根据模量随时间的变化,PBT/N100黏合剂体系的固化过程可分为反应控制阶段、凝胶化阶段和扩散控制阶段。其中,反应控制阶段的黏度变化符合双Arrhenius模型,计算得到该阶段的粘流活化能和反应活化能分别为36.271 kJ/mol和54.882 kJ/mol。通过Eyring模型,计算出PBT/N100黏合剂体系固化过程的热力学参数∆H和∆S,分别为52.07 kJ/mol和-125.55 J/(mol·K),由此基本确定,PBT/N100黏合剂体系比较理想的等温固化温度为60℃,固化时间约为160 h。     

基于DSC 法的RTM 工艺用6421 双马树脂固化反应分析

采用DSC方法分析了RTM工艺用6421双马树脂的固化反应,确定了固化度与温度和固化反应速率与时间之间的关系,基于Melak方法分析了固化反应过程,通过数据拟合法得到了n级固化模型、自催化模型及Kamal模型方程中的各个参数值。根据相关系数R2确定了适合的动力学模型。结果表明,6421双马树脂的固化度—温度曲线呈现"S"型,固化反应速率随升温速率的增大而增大;树脂固化反应的表观活化能Ea为105.611 kJ/mol,其固化动力学模型符合Kamal固化模型,模型方程对实验数据拟合结果良好。     

连续聚铝碳硅烷纤维的预氧化

聚铝碳硅烷(PACS)纤维预氧化过程是制备近化学计量比Si C(Al)纤维的关键步骤。而连续PACS纤维预氧化的氧含量控制是关键问题。采用实时测量设备对连续PACS纤维预氧化过程进行跟踪,用分段积分方法对PACS纤维进行非等温动力学模拟;利用实时测量数据用非线性优化方法求解,可以预测PACS纤维预氧化增重。本文在实验过程中,采用聚碳硅烷(PCS)纤维和PACS纤维进行对比研究。结果表明:在相同的预氧化条件下,两种纤维均在Si—H键反应程度为40%时出现凝胶点,反应后凝胶含量均达到100%,其氧含量分别为9.9wt%和14.7wt%;PACS纤维的Si—H键反应程度和增重均比PCS纤维低。利用实时增重数据,用Matlab的Lsqnonlin函数进行求解预氧化动力学方程,得到PACS的预氧化活化能为62.2 k J/mol,模型可准确的预测其预氧化过程中的增重率变化。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

硅烷偶联剂改性Al2 O3p/TDE-85 的力学性能

利用硅烷偶联剂对Al2O3颗粒进行表面改性,制备了Al2O3颗粒增强的TDE-85树脂基复合材料,研究了表面改性对其力学性能的影响,采用差热分析仪测定复合材料的固化反应温度,并计算了固化反应活化能。利用扫描电子显微镜分析了拉伸断口形貌。研究发现,当Al2O3用量为2wt%时,固化反应速度较快,硅烷偶联剂用量为4wt%时,冲击强度为13.2 kJ/m2;拉伸强度为65.2 MPa;弹性模量为2.66 GPa;最大伸长率为3.35%,此时对Al2O3颗粒的表面改性综合效果最好。     

过渡金属元素 X（X ＝W，Mo，Cr）对 RuAl合金抗氧化性影响的机理

基于密度泛函理论的第一性原理,通过计算 RuAl 合金氧化物 Al2 O3和 RuO2的氧化能,考察过渡金属元素 X （X ＝W,Mo,、Cr）加入到 RuAl 合金后的占位及对氧化物 Al2 O3和 RuO2的结构稳定性影响。研究表明：经过渡金属元素 X 合金化后,Al2 O3和 RuO2的氧化能均有所增大,增大 Al2 O3氧化能的顺序为：W ＞Mo ＞Cr;增大 RuO2氧化能的顺序为：Mo ＞Cr ＞W,且 RuO2氧化能增大幅度大于 Al2 O3。通过态密度、电荷密度等因素的分析,阐明了 W 对提高 RuAl 抗氧化性能的根本原因是降低了 Al-O 和 Ru-O 的共价键特性,增加了 Al-O 和 Ru-O 的离子键特性;金属元素 X（X ＝W,Mo,Cr）可阻碍 RuAl 金属化合物发生内氧化过程,有利于在 RuAl 表面层的横向方向上形成连续性致密的 Al2 O3氧化层。     

at％合金晶化动力学

ａｔ％非晶合金晶化动力学。在恒加热速率晶化曲线上,随升温率在１～４０Ｋ／ｍｉｎ范围变化,分别出现３～４个放热峰。利用Ｋｉｓｉｎｇｅｒ法,Ｏｚａｗａ法和Ａｒｈｅｎｉｕｓ法分别计算了晶化激活能,认为Ａｌ８３Ｙ１０Ｎｉ７非晶合金在Ａｌ－Ｙ－Ｎｉ系有较高的结构稳定性,晶化时第一个放热峰晶化相的等温晶化动力学在０. １５＜ｘ＜０. ８５范围内符合Ｊ－Ｍ－Ａ方程,Ａｖｒａｍｉ指数ｎ＝２. ５;引用阶段Ａｖｒａｍｉ指数和阶段激活能,研究了等温晶化过程中不同阶段的形核和长大行为。     

Combustion mechanism of fluorinated organic compound-modified nano-aluminum composite particles: Towards experimental and theoretical investigations

Fluorinated Organic Compounds (FOCs) are commonly used as modifiers for Aluminum (Al) powder to improve its ignition, combustion, and agglomeration characteristics. However, the effects of FOCs on combustion and inhibition mechanisms of agglomeration of Al powder are not well understood. In this paper, based on the experimental study of Fluorinated Graphite (FG)-modified Al matrix composite particles, the combustion and aggregation inhibition mechanisms of FOCs on Al particles were studied by the quantum chemical calculation at B3LYP/6-311+G(d,P) and G3//B3LYP/6-311+G(d,p) levels. The flame behavior and single particle burning behavior of FG-modified samples were compared through ignition experiments, and the characteristic spectra of Al related oxides of different samples in the initial ignition stage were captured. It is found that FG increases the burning intensity of Al composite samples significantly, while it decreases the emission intensity of Al secondary oxides. Quantum chemical calculation results show that the thermal decomposition intermediates of FOCs, namely C₂F₄, can react with AlO and Al₂O, which weakens the characteristic emission intensity of AlO and Al₂O in the sample, and thus inhibits the formation of Al₂O₃ in the combustion process. These results contribute to enriching the combustion dynamics model of Al-FOCs reaction system.     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

TDE—85/芳香族胺固化体系动力学研究

测试了TDE—85/芳香族胺体系在不同升温速率下的DTA曲线,通过Ozawa方程、Kissinger方程计算各体系的活化能,利用Crane方程计算各体系的反应级数。结果表明,DTA曲线均呈单峰,两种计算活化能的方法近似,TDE—85中两种环氧基反应活性近似,各体系反应级数均接近于1级反应。     

Ni基超合金强化相的电子结构和层错能的计算

为了控制和调整合金中位错分解方式，最终达到控制蠕变机制和提高合金持久寿命的目的。应用实空间Recursion方法，计算了Ni3Al强化相中[111]层错的电子结构及加入微合金化元素Co的效应。建立了Ni3Al中沿[111]方向生长的晶体模型和产生层错后的晶体模型，给出了体元的电子态密度，费米能级和层错能。通过计算得到了以下结论：(1)在Ni3Al晶胞中Al对于总态密度的贡献在整个能量范围内较小，总态密度主要来自过渡金属Ni。(2)用Co原子代替Ni3Al中Al原子可以降低Ni3Al层错能。     

四嗪处理碳纳米管对环氧树脂固化动力学的影响

采用3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪对多壁碳纳米管(MWNTs)改性处理,使其表面连接氨基或包覆了四嗪有机物,使得复合材料体系的固化反应起始温度和峰顶温度均比纯环氧树脂(EP)低,MWNTs的加入及其表面的接枝或包覆对环氧树脂的固化具有促进作用。由Kissinger和Ozawa公式分别计算了EP/二氨基二苯基砜(DDS)、MWNTs/EP/DDS、四嗪处理MWNTs/EP/DDS固化体系的表观活化能,分别为39.6、55.5和71.9kJ/mol。MWNTs表面接枝官能团,四嗪处理MWNTs/EP/DDS复合体系的表观活化能明显增加。     

一种高温固化环氧树脂性能研究

研究了BC2526树脂的固化工艺、动力学参数、复合材料耐热性和力学性能。通过热分析确定了树脂的基本固化工艺,采用K issinger和Ozawa方法计算出树脂的表观反应活化能,其平均值为91.86kJ/mol,结合Crane公式求出反应级数为0.940。还讨论了碳纤维复合材料的耐热性和复合材料力学性能。