适于RTM 的氰酸酯树脂制备及性能

采用流变仪、DSC、DMA、TGA和介电性能测试方法研究了用于RTM工艺的改性氰酸酯树脂的流变、固化反应特性、耐热性和介电性能。结果表明:改性氰酸酯树脂在90~170℃温度范围内黏度500 m Pa·s,90℃时黏度为280 m Pa·s,适用期10 h;固化反应活化能为39.5 k J/mol,反应级数为0.89;树脂固化后玻璃化转变温度为294℃,热分解温度为420℃;9.375 GHz的介电常数为2.85,损耗角正切5×10-3。     

苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料的湿热性能研究

通过模压工艺制备了苎麻纤维织物增强酚醛树脂基复合材料层合板,研究了模压层合板在不同湿热环境下的水吸收与扩散及力学性能。研究表明:在20℃,40℃和60℃三种温度下,相对湿度的上升使层合板瞬时吸湿速率增大很明显,而在50%相对湿度下,温度对层合板的饱和吸水率的影响不大。当吸湿份数在0.5以下时,层合板在50%的相对湿度和20℃,40℃和60℃三种温度下,水扩散系数分别为2.16×10-6cm2/s,2.94×10-6cm2/s和6.61×10-6cm2/s。层合板的力学性能随吸水率的增加而下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观察,层合板力学性能下降的主要原因是水分破坏了纤维和树脂的界面,同时进入纤维的空隙中,影响了复合材料中的应力传递,使复合材料力学性能下降。     

RTM工艺成型复合材料树脂固化过程残余应变监测研究

提出了RTM工艺树脂固化过程残余应变布拉格光栅传感器检测新方法。通过光纤光栅波长偏移与温度和固化时间之间的关系测试,得到了树脂固化过程中残余应变的变化历程,成功实现了RTM工艺树脂固化过程中残余应变的在线监测。实验结果表明,在降温过程中,残余应变的变化与温度的变化呈线性关系,这为复合材料层合板的残余应力分析提供了实验依据。     

适用于RTM成型聚酰亚胺树脂的合成与性能研究

使用4-苯乙炔苯酐(4-PEPA),2,3,3′4′-联苯四酸二酐(a-BPDA),1,4-双(4′-氨基-2′-三氟甲基苯氧基)苯(BTPB)和1,4-对苯二胺(p-PDA)合成了两种苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺低聚物PI-1和PI-2,并对低聚物的熔体粘度稳定性和热性能等进行系统研究.实验结果表明:采用热亚胺化方法制备的低聚物具有很高的产率(＞99%);PI-1低聚物在280℃时表现出低的熔体粘度(＜1Pa.s)和良好的熔体粘度稳定性,可用于RTM成型工艺制备树脂基复合材料;PI-1和PI-2低聚物经371℃固化后显示了优异的热性能,玻璃化转变温度超过400℃(DMA法,tanδ值),5%热失重温度超过520℃.     

RTM用炔基改性苯并噁嗪树脂工艺及力学性能

文摘为改善苯并噁嗪树脂对树脂传递模塑(RTM)成型工艺的适应性,并进一步提升苯丙噁嗪基复合材料的耐高温性能。提出利用炔基改性苯并噁嗪树脂,以提高树脂的交联密度,并改善树脂流变特性。结果表明:改性后的炔基苯并噁嗪树脂在81. 5℃时黏度低至805 mPa·s可满足RTM工艺灌注要求,在110℃其工艺窗口高达310 min。同时,炔基苯并噁嗪树脂的起始固化温度低至130℃,固化温度为167℃,后处理温度为208℃,满足低温固化要求。通过DMA与TGA分析,RTM成型低温固化苯并噁嗪/碳纤维复合材料的Tg为411℃,在N_2环境下800℃残留率高达88. 6%,表明其复合材料具有良好的耐高温性能。SEM观察发现该树脂与纤维界面粘结强度较高,碳纤维复合材料350℃拉伸性能保留率达99%以上,弯曲、层剪性能保留率达70%以上,压缩性能保留率也达60. 9%。     

3238树脂及其改性

 采用芳香二胺对3238韧性中温固化环氧树脂体系进行了改性。通过芳香二胺和环氧树脂预先反应,消除了芳香二胺对中温环氧树脂的固化及工艺的影响,改性前后差示扫描量热法（DSC）初始温度和峰顶温度的差别仅有3 ℃,最终固化程度的差别也仅有1%。通过芳香二胺刚性结构的引入,由于芳香二胺和环氧树脂的交联密度高于双氰胺环氧树脂体系,因此引入芳香二胺刚性结构提高了3238树脂的耐热性,干态玻璃化转变温度提高了29 ℃,且纯固化后树脂吸湿量降低了0~34%,湿态玻璃化转变温度提高了46 ℃。改性后树脂可能形成了高低交联密度区,产生了固化物交联状态的不均匀,在提高树脂体系耐热性能的同时,保持其原有的韧性,树脂浇注体的拉伸应力应变曲线呈明显的塑性变形,拉伸断裂伸长率达5~31%,复合材料的断裂韧性达1 133 J/m²。     

RTM工艺用耐高温树脂研制

以某飞行器透波结构件对材料的要求为背景，研制了可用于RTM成形工艺的耐高温树脂SH。SH树脂100℃下8h后粘度仅200mPa.s，适于RTM工艺成形；该树脂耐热性良好，玻璃化转变温度Tg为269℃，430℃热失重仅为10％；石英纤维／SH树脂腹合材料300℃时的弯曲强度σb＝139MPa，弯曲模量Eb＝9．5GPa，可在300℃以上短时使用。     

碳纤维增强树脂基复合材料微波固化技术

为解决传统复合材料成型工艺存在的生产周期长和制造成本高的问题,结合飞机型号研制中对复合材料成型技术的迫切需求,提出一种微波加热固化碳纤维增强树脂基复合材料构件的工艺方法,对比研究微波固化和电加热固化对树脂基复合材料固化度和玻璃化转变温度的影响规律。结果表明:微波固化显著加快了复合材料的固化过程,在相同的工艺条件下,微波固化复合材料的固化度明显高于传统电加热工艺的固化度;微波固化复合材料的玻璃化转变温度则略高于电加热工艺。     

民用飞机VARI碳纤维复合材料性能研究

针对多批次的RTM6-2树脂和G0926 SB 1304 Tc J In J E01 2F织物,对采用低成本真空辅助树脂渗透成形工艺(VARI)制备的该碳纤维复合材料开展了性能验证及评价研究,具体包括:对比分析了三批次的物理性能以及不同环境(温度和湿度)条件下5批次的VARI碳纤维复合材料力学性能,获得了VARI碳纤维复合材料的基本性能数据。这为民用飞机用树脂基复合材料的设计、优化选材以及技术指标的确定、材料规范的制定等奠定了基础,也为其在民用飞机上的应用和适航符合性验证提供了一定的依据。     

薄壁曲面复合材料层合板成型工艺参数与形面精度影响规律

为了得到高形面精度复合材料层合板适用的成型工艺控制方法，本文针对典型的Φ500 mm直径曲面球冠结构复合材料层合板，设计了6组不同工艺参数的成型对比实验，分析出边缘效应、铺放方式、固化温度等参数对层合板固化变形量的影响规律。研究表明，增加碳纤维模量和降低预浸料单层厚度可提高层合板形面精度；层合板铺放尺寸超过直径的5%可降低边缘效应的影响；自动铺丝技术铺放质量一致性高，手工铺层可以制造出高形面精度的层合板，但相对发生概率低；降低层合板固化温度和降温速率能够有效地提高层合板的形面精度。实验结论对复合材料高精度成型具有一定的指导意义。     

狭窄翻边蒙皮复合材料热压罐成型技术研究

以窄腔翻边复合材料蒙皮为研究对象,采用热压罐成型工艺方法,根据零件结构形式,分析窄腔成型质量。结果表明:选取Invar钢框架模成型,能够减少固化中热容带来的残余应力释放,减少零件变形;固化过程中,让树脂充分流动和浸润,满足孔隙率要求,成型后零件的孔隙率小于1.5%。零件外形分析结果表明:设计辅助芯模成型、固化复合材料翻边蒙皮操作的铺贴方向和铺贴手法,以及对零件进行预压实,能保证翻边处外形、轮廓度、R角成型质量要求。利用温差补偿技术,探索升温速率对零件力学性能和树脂含量的影响。结果表明:最佳的升温速率为在玻璃化转变温度(T_g)前保持0.5~1.5℃/min,在玻璃化转变温度T_g至保温前选取升温速率为1.5~2.2℃/min至保温。     

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。     

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 用R801 树脂工艺及性能

对一种新型RTM用双马来酰亚胺树脂R801的固化反应特性、成型工艺及其制备的复合材料性能进行了研究,DSC曲线表明该树脂体系的固化温度为170～220℃;黏度随温度变化曲线表明在70～120℃,树脂黏度增长缓慢,具有不少于7 h的适用期;在90℃左右时,其初始黏度<100 mPa.s,工艺操作窗口时间≥10 h;该树脂制备的MT300碳纤维复合材料在300℃时的压缩、弯曲、层剪性能保持率均≥63%。     

复合材料湿法模压成型工艺参数研究

采用湿法模压成型(WCM)工艺制备碳纤维复合材料层合板,对浸润时间和固化压力两个工艺参数进行了设计,制备了不同参数的层合板。利用金相显微镜观察了不同参数制备层合板截面的微观形貌,对层合板成型质量进行表征,主要包括层合板厚度、纤维体积含量、短梁剪切强度(ILSS)、压缩强度以及拉伸强度的测试和计算。结果表明,当浸润时间4min、固化压力1MPa时,层合板的成型质量最好,截面缺陷较少,力学性能优良,力学强度相对提高5%~11.45%左右;随着浸润时间的增加,力学性能先迅速增大后趋于平缓,随着固化压力的增加,层合板的纤维体积含量和力学性能都逐渐增加,在浸润时间10min/固化压力1.5MPa时,纤维体积分数和拉伸模量达到最大值,为66.12%和86.50GPa。     

CTBN/CE共聚体系形状记忆性能研究

用液体端羧基丁腈(CTBN)和氰酸脂(CE)在一定条件下,经适度共聚,制备出一种新型具有较高玻璃化转变温度(Tg)的氰酸酯树脂形状记忆体系。运用红外,动态力学性能分析,力学性能分析,形状记忆性能分析等方法对该体系进行了研究。结果表明:CTBN适当含量可以使氰酸酯树脂具有优异的形状记忆性能;最低的Tg为138℃,体系的最大形变回复率为100%,最大形变恢复速率0.024 s-1,最大拉伸形变为51%。在120℃/2h+140℃/2h+160℃/2h+180℃/1h的固化工艺下体系基本完全反应。     

新型耐高温透明环烯烃共聚物的合成与性能

利用一种大位阻的降冰片烯衍生物{外型-1,4,4a,9,9a,10-六氢-9,10(1',2')-桥苯亚基-1,4-桥亚甲基蒽(EHBMA)}与丙烯(PP)共聚,制备一种新型的耐高温透明环烯烃共聚物材料(COC)。拉伸实验、DSC和UV-Vis光谱分析结果表明:该材料的玻璃化转变温度达到220℃,透光率达到92%;改变共聚物中的EHBMA与PP共聚单体的比例,可以实现玻璃化转变温度在170~220℃范围内可调;与目前耐温性能最好的商品化COC产品TOPAS6017相比,该材料的玻璃化温度(T_g)提高了将近40℃;同时,该COC材料兼具良好的力学性能。     

RFI 用酚醛树脂体系的固化动力学和TTT 图

研制了适合树脂膜熔渗工艺(RFI)的酚醛树脂体系,采用动态DSC技术和固化度的测试,建立了改性树脂体系的固化动力学模型,研究了等温条件下固化度/温度/时间关系以及固化度/玻璃化转变温度关系,通过平板拉丝法研究树脂的凝胶过程,得出凝胶时间和温度之间的关系,回归得到凝胶时的固化度为αgel=53.33％,并以此计算出凝胶时的Tg,gel=48.64℃,在此基础上绘制了该体系的TTT图.     

苯乙炔苯酐封端聚酰亚胺低聚物的合成与性能

将4-苯乙炔苯酐(4-PEPA)和3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐(ODPA),与3,4'-二氨基二苯醚(3,4'-ODA)和1,4-双(4'-氨基-2'-三氟甲基苯氧基)苯(BTPB)或1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(1,3,4-APB)混合物通过高温缩合聚合反应合成了两种苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺低聚物PI-1和PI-2,对其熔体黏度、热行为及固化物的热性能等进行了研究.实验表明,PI-1和PI-2低聚物在280℃时具有低的熔体黏度(＜1 Pa·s)和良好的熔体黏度稳定性;经371℃固化后形成的纯树脂固化物具有优异的耐热性能,5%热失重温度超过520℃,Tg超过330℃,有望成为适用于RTM工艺的复合材料基体树脂.     

含硅芳炔树脂的化学流变特性

含硅芳炔树脂的流变特性对于其RTM成型工艺有重要参考价值,采用DSC热分析及黏度测量表征了含硅芳炔树脂的固化特性和黏度与温度的关系,发现含硅芳炔树脂为典型的牛顿流体,且在100～130℃范围内具有较低黏度,维持时间长.根据其黏度-温度-时间关系建立了双阿伦尼乌斯黏度模型,模型分析与实验结果取得较好的一致性,可为RTM成型工艺窗口的预测提供支撑.