蒙脱土纳米增强二苯醚亚苯基硅橡胶的阻隔性能研究

进行有机蒙脱土对二苯醚亚苯基硅橡胶纳米增强改性的研究。利用FTIR,XRD和TEM进行组织结构分析并测试耐辐照、耐液体溶胀和气体阻隔性能。结果表明,钠基蒙脱土(Na-MMT)经插层剂三十六烷基甲基溴化铵处理后,得到有机化蒙脱土(OMMT),OMMT的层间距比Na-MMT提高近65%;OMMT在橡胶复合材料中主要呈现纳米插层结构分布;二苯醚亚苯基硅橡胶纳米复合材料的耐辐照、耐液体溶胀和气体阻隔性能得到明显提高,其原因乃源于蒙脱土片层结构的阻隔性能形成的纳米阻隔墙效应。     

可瓷化的纳米蒙脱土/ EPDM 绝热材料

根据纳米材料的优异阻燃性能和蒙脱土对聚合物材料的瓷化阻燃作用,提出了EPDM 橡胶绝热 材料新的研究方向碳层的可瓷化。在EPDM 橡胶中添加熔点较低的有机改性纳米蒙脱土后,蒙脱土在燃 气流的烧蚀与冲刷作用下发生熔融,形成的黏性液体可以与裂解碳层发生物理交联,阻挡裂解气体的挥发和碳 层的脱落,达到提高绝热材料抗烧蚀、抗冲刷性能和降低烟雾信号的目的。结果表明:蒙脱土与SiO2 的用量比 在13 ∶27 时各项性能最优,此时,烟雾信号比未添加蒙脱土的提高约50%。     

酚醛树脂基蒙脱土纳米复合材料的力学性能与增强增韧机理

利用三种蒙脱土(即S-MMT,TG-2,OLS,统称MMT)和一种短切纤维(Short-cutGlassFiber,简记为SGF),分别与酚醛树脂熔融混合,制得酚醛树脂基复合材料。通过缺口冲击实验和弯曲实验,对这些复合材料的力学性能和增强增韧机理进行了研究,取得了一些有规律性的结果。PF/NBR/SGF复合材料的缺口冲击强度、弯曲强度和弯曲模量都随SGF含量的增加而增大;PF/NBR基蒙脱土纳米复合材料的缺口冲击强度随纳米材料(即S-MMT,TG-2和OLS)含量的增加而增大,在含量为5份时达到最大值;弯曲强度和弯曲模量也随纳米材料含量的增加而增大,在含量为9份时达到最大值。其次,所有PF/NBR基复合材料的缺口冲击强度均在60℃取得最大值,PF/NBR/OLS,PF/NBR/TG-2,PF/NBR/S-MMT等三种纳米复合材料的力学性能与体系中蒙脱土的层间距密切相关。层间距越大,力学性能越好。最后,探讨了纳米蒙脱土增强增韧PF/NBR体系的机理,指出聚合物体系中的蒙脱土具有两种效应,并建立了模型。     

低温耐油蒙脱土/ 氢化丁腈的制备和性能研究

采用热机械共混的方法,制备了有机蒙脱土(OMMT)/低温氢化丁腈(HNBR)的橡胶材料.热混炼工艺增强了OMMT在氢化丁腈中的分散性能,从而获得了性能优异的HNBR橡胶.SAXS、SEM和TEM照片展示了OMMT主要以插层结构和少量聚集体存在HNBR橡胶中.DSC曲线和压缩耐寒系数测试表明,少量添加OMMT,可在不明显限制HNBR橡胶分子链的运动条件下,提高HNBR填料网络密度,增加橡胶内部的网络协同密度,从而增强HNBR橡胶的低温弹性.少量OMMT( ＜10 phr)可大幅度提高HNBR橡胶的力学性能,但随着OMMT添加量继续增加,橡胶力学性能提高不明显.DMA测试表明,添加OMMT可提高其和HNBR橡胶的结合力及分散效果,成为增强HNBR橡胶力学性能的主要原因;与纯HNBR相比可提高橡胶的耐油性能.因此OMMT/HNBR复合材料是一种具有低温液压密封应用前景的橡胶材料.     

剪切分散工艺制备环氧树脂／粘土纳米复合材料的结构与力学性能研究

采用十二胺盐处理的蒙脱土(MMTDDA)和环氧(E-51)/4,4′二胺基二苯砜(DDS)体系为研究对象,分别通过普通搅拌(磁力搅拌)和高速剪切分散(高速乳化均质机)两种分散MMTDDA的工艺制备了环氧树脂MMTDDA纳米复合材料。透射电镜(TEM)观察表明,普通搅拌分散法制备的纳米复合材料中存在较多粘土团聚体,而通过高速剪切分散施加一定外部剪切力细化分散粘土团聚体,则有利于粘土片层在固化过程中充分解离,力学性能明显提高。在一定剪切速率下,力学性能随剪切分散时间的增加而增加;当粘土含量为3wt%时,冲击强度可由32.1kJ/m2提高到43.9kJ/m2,提高近36.8%,弯曲强度也有一定提高。动态热机械性能(DMA)分析表明,环氧树脂/MMTDDA纳米复合材料的储能模量在玻璃态没有明显改善,但在玻璃化转变区具有一定的提高;玻璃化转变温度(Tg)和损耗模量都得到不同程度的提高,Tg由纯环氧树脂的209.6℃提高到环氧树脂/MMTDDA(3wt%)纳米复合材料的214.9℃,提高近5.3℃,且粘土片层的分散解离效果越好,提高的幅度越大。     

硅橡胶/双酚A-苯胺型苯并噁嗪树脂耐烧蚀复合材料的制备与烧蚀结构的研究

苯并噁嗪树脂具有优异的成炭和抗高温氧化性能,是新一代的耐烧蚀树脂。以双酚A-苯胺型苯并噁嗪树脂为耐烧蚀树脂,采用1H-NMR、DSC和转矩流变仪研究其成环率和加工性能;以硅橡胶为耐烧蚀基体,采用熔融共混方法制备了硅橡胶苯并噁嗪树脂耐烧蚀复合材料。进行力学和氧乙炔焰烧蚀检测,利用FT-IR、Raman和SEM研究复合材料综合性能和烧蚀结构。结果表明:苯并噁嗪树脂能够明显提高硅橡胶复合材料的耐烧蚀性能,当树脂添加量为20份时,复合材料具有较好的耐烧蚀和力学性能;该复合材料经过氧乙炔焰烧蚀后,烧蚀层形成表面陶瓷层、裂解炭化层和基体层。表面陶瓷层主要由SiO_2,SiC和C组成,裂解炭化层的主要组由C,SiO_2,SiC以及炭化彻底的碳和炭化不完全的有机结构组成。     

胶含量对CF/BF复合材料性能的影响

制备了碳纤维/玄武岩纤维(CF/BF)增强酚醛树脂复合材料,研究了复合材料层合板不同胶含量对其层间剪切强度、热传导和耐烧蚀性能的影响。结果表明:CF/BF复合材料,在胶的体积分数为35%时,复合材料经纬向层间剪切强度达到最大值21和20 MPa;在胶的体积分数为39.5%处,热导率和线烧蚀率出现最低值0.366 W/(m.K)和87μm/s。CF/BF混杂纤维复合材料性能符合混杂纤维复合材料性能混杂效应规律。     

耐烧蚀、低密度三元乙丙橡胶绝热层的研制

采用过氧化物硫化体系，芳纶纤维和耐烧蚀树脂作为耐烧蚀填料，阻燃剂为无卤的含磷阻燃剂，并通过L9(3^3)正交实验确定了含磷阻燃剂、耐烧蚀树脂、气相二氧化硅的最佳用量分别为25份、15份、15份。确定最佳配方和工艺生产出的三元乙丙橡胶绝热层密度为1．06—1．07g／cm^3，线烧蚀率为0.099mm／s，质量烧蚀率为0．043g／s，满足了某固体火箭发动机燃烧室内壁绝热层的技术要求。     

不同填料对氢化丁腈橡胶耐烧蚀材料性能的影响

以氢化丁腈橡胶(HNBR)为基体,分别添加有机纤维1、有机纤维2、碳纤维粉和纳米无机物,通过形貌分析和X射线能谱仪(EDS),研究不同用量下不同烧蚀填料对HNBR烧蚀性能及力学性能的影响,发现在该试验条件下,添加有机纤维1和纳米无机物的HNBR能获得较好的烧蚀性能;添加有机纤维1时HNBR材料的力学性能很差,纳米无机物的加入对其力学性能影响不大;添加有机纤维2和碳纤维粉的HNBR力学性能变化不大,但烧蚀性能不理想。     

ZrB2/C复合材料抗烧蚀性能及微观结构的研究

采用热压法制备ZrB2／C复合材料，利用氧乙炔火焰烧蚀法测试材料的质量烧蚀率和线烧蚀率，采用扫描电镜和X射线衍射分析材料的微观结构及物相变化。研究结果表明：和相同工艺制备的纯石墨材料相比，ZrB2的引入降低了炭材料的质量和线烧蚀率，ZrB2的加入量越大，烧蚀率降低幅度越大，ZrB2引入明显提高了炭材料的抗烧蚀性能；通过微观结构分析，探讨了ZrB2形态和含量对复合材料抗烧蚀性能影响的机理，研究结果展示了此材料作为高温烧蚀材料的良好应用前景。     

耐低温无石棉绝热层研制

通过添加含卤-锑的阻燃剂、芳纶纤维和增塑剂,研制了一种耐低温无石棉的丁腈绝热层配方 (TI506)。研究了芳纶纤维和增塑剂对绝热层静态烧蚀性能和Tg 的影响,对绝热层材料力学性能、比热容、热 导率等性能进行了测试。结果表明:芳纶纤维浆粕用量为10 ~15 份、芳纶短纤维用量为4 ~6 份时,绝热层烧 蚀性能最佳,线烧蚀率达到45 μm/ s,所选增塑剂DOS 用量为10 份、DBP 或ATBC 用量为20 份时,Tg 可达- 40℃,芳纶纤维制备的丁腈绝热层力学性能及烧蚀性能优良,并满足固体火箭发动机耐-40 ~60℃的环境。     

SiC/ ZrC 前驱体配比对 C/ C-SiC-ZrC 复合材料烧蚀性能的影响

以不同质量比Si C/Zr C有机前驱体混合溶液为浸渍剂,采用前驱体浸渍裂解法(PIP)制得C/CSi C-Zr C复合材料。对C/C-Si C-Zr C复合材料的组成、微观结构及烧蚀性能进行了分析和测试,探讨了Si C/Zr C前驱体配比对复合材料烧蚀性能的影响。结果表明,随着Zr C含量的增加,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率呈现出先减小后增大的趋势。采用质量比为1∶3的Si C/Zr C前驱体混合溶液制备的C/C-Si C-Zr C复合材料具有相对较好的烧蚀性能,试样在氧乙炔焰下3 000℃烧蚀20 s,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.65 mg/s和21μm/s。Si C-Zr C复相陶瓷中Zr C含量过低或过高均不利于提高其氧化稳定性,而Zr C含量适中的Si C-Zr C复相陶瓷具有较好的氧化稳定性。     

先驱体转化法制备2D C/SiC-ZrC复合材料中ZrC含量对材料结构性能影响研究

针对高超音速飞行器、可重复使用运载器和下一代火箭发动机等超高温使用环境的工况要求,提出在2D C/SiC复合材料中引入耐超高温ZrC填料.采用先驱体转化法制备了不同ZrC含量的2D C/SiC-ZrC新型复合材料,考察了ZrC含量对材料力学性能、抗烧蚀性能和组成结构的影响.结果表明,材料的弯曲强度和弯曲模量随着ZrC含量的增加有一定程度的下降,材料的抗烧蚀性能明显提高,其中ZrC含量最高(33.3vol%)的试样S-50弯曲强度和弯曲模量均最低,分别为192.1MPa和27.5GPa;经氧乙炔焰烧蚀考核60s后,表面温度达到2123℃,试样表现出最低的烧蚀率,线烧蚀率为0.004mm/s,质量烧蚀率为0.006g/s.     

纤维结构对EPDM 复合材料性能的影响

对比了聚酰亚胺纤维、芳砜纶、芳纶纤维的热稳定性,并分别以这三种纤维为增强体,制备了短纤
维填充的三元乙丙(EPDM)热防护复合材料,对该材料的耐烧蚀性能、碳化层结构、力学性能以及纤维在橡胶
中的分散性进行了研究,结果表明聚酰亚胺纤维具有比芳砜纶、芳纶纤维更高的热稳定性和残碳率,由其填充
的EPDM 复合材料耐烧蚀性能最好,烧蚀深度为0. 8 mm。纤维在橡胶中的分散性与纤维结构有关,进而影响
复合材料的力学性能以及碳化层结构特性。     

添加有机氟化物的固体复合推进剂对EPDM绝热材料烧蚀特性研究

分别在三组元、四组元固体复合推进剂的基础上制备了添加有机氟化物(OF)的高铝含量(18%)固体复合推进剂,利用高过载烧蚀模拟发动机考察了燃烧室压强为7MPa的条件下,上述推进剂对于三元乙丙橡胶绝(EPDM)热材料的烧蚀特性。结果表明,在OF为3%取代添加量的情况下,添加OF的推进剂配方相比于常规空白配方,对绝热材料的最大线烧蚀率可降低30%以上;对于四组元推进剂,含有OF的推进剂燃烧还能够有效抑制燃烧室的凝聚相沉积。实验通过分析推进剂的燃面特性、高过载烧蚀模拟发动机燃烧室沉积物组成、试验后绝热材料表面炭层结构、推进剂包覆材料表面沉积物形貌,探讨了配方中OF对于降低推进剂烧蚀特性的机理。分析认为,由于添加OF的推进剂燃烧能够形成粒径更小的凝聚相燃烧粒子,从而降低了它们在发动机流场中的动量,进而抑制其对于绝热材料的冲刷作用,致使烧蚀特性下降。     

酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能

为考察纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能,以酚醛树脂为碳源,环戊烷为发泡剂,吐温80为表面活性剂,对甲苯磺酸为固化剂,采用发泡固化碳化工艺制备了低密度泡沫碳材料。所制备的泡沫碳材料密度为0. 3 g/cm^3,压缩强度达到了11. 7 MPa。采用LFA457激光导热仪考察了泡沫碳材料在不同温度下(25、200、400、600℃)的导热性能,25℃下热导率为0. 141 W/(m·K),600℃下热导率为0. 344 W/(m·K);通过氧乙炔试验(30 s/60 s)对泡沫碳材料与C/C复合材料在同样的气流条件下隔热性能进行了比较,在材料正面烧蚀峰值温度泡沫碳材料比C/C复合材料高出约400℃的情况下,背面峰值温度比C/C复合材料仍低出150℃;通过氧乙炔试验考察泡沫碳材料的抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀60 s的线烧蚀率为0. 031 mm/s。试验结果证明低密度的泡沫碳材料同时具备优异的隔热与高温抗烧蚀性能。     

纳米纤维素增强仿贝壳结构黏土复合材料性能研究

以纳米纤维素为增强体,使用聚乙烯醇、淀粉和酪蛋白为高分子相,通过溶剂挥发法制备仿贝壳黏土复合材料.采用扫描电子显微镜和X射线衍射分别对复合材料的微观形貌和层间距进行表征,研究了高分子和纳米纤维素对黏土复合材料层间距的影响,分析了高分子种类、纤维素对其力学性能的影响.结果表明高分子增加了黏土复合材料片层间距,但纳米纤维素对层间距影响不明显;纳米纤维素能有效增强高分子/黏土复合材料片层间的相互作用,从而提高材料的力学性能;黏土复合材料的力学性能增强程度与添加高分子材料种类和浓度有关.     

高浓度颗粒流冲刷条件下硅橡胶和EPDM绝热材料动态烧蚀实验

利用X射线实时诊断技术(RTR)针对硅橡胶和EPDM绝热材料,开展了高浓度颗粒流冲刷条件下动态烧蚀实验研究,成功获得了绝热材料烧蚀表面退移过程的序列图像。研究表明:(1)在本实验条件下,硅橡胶绝热材料颗粒冲刷区域的瞬时烧蚀率在0～2s内迅速增加,2s之后瞬时烧蚀率略有下降并趋于稳定;EPDM绝热材料颗粒冲刷区域的瞬时烧蚀率在0～1s内迅速增加,1s之后瞬时烧蚀率趋于稳定;(2)相同冲刷条件下硅橡胶绝热材料抗颗粒流冲刷性能比EPDM绝热材料差,硅橡胶绝热材料不适合在高过载发动机中应用;(3)高浓度颗粒流冲刷条件下绝热材料的烧蚀率比常规条件下要严重的多,其机理主要是高温颗粒流对炭化层有强烈的机械剥蚀效应和热化学烧蚀作用。实验结果对硅橡胶和EPDM绝热材料烧蚀机理研究及烧蚀建模具有重要参考价值。     

复合材料层板脱层开裂的复合型断裂准则

1.问题的提出 层板脱层是复合材料主要破坏模式之一;Wang等人认为基本上是断裂问题。一般均假定复合材料层板脱层开裂是基体控制的,在复合型开裂作用下的能量释放率G为各个单一型开裂作用下的能量释放率G_Ⅰ、G_Ⅱ和G_Ⅲ的代数和 G=G_Ⅰ+G_Ⅱ+G_Ⅲ (1)从下列的研究结果可看出上式有一定的不合理性。     

HGB 含量对SiO2 / PF 复合材料性能的影响

采用模压成型复合材料层压板工艺,制备了HGB 质量分数分别为0、3%、5%、10%的SiO2 / PF 复 合材料,研究了HGB 含量对其密度、热物理、烧蚀及力学性能的影响规律。结果表明,HGB 加入可降低SiO2 / PF 密度,提高耐热、耐烧蚀及其力学性能。当HGB 含量为5wt% 时,体系密度为1. 634 g/ cm3;23℃ 时cp 从 1． 062 提高到1. 137 J/ ( g·K),950℃ 时,质量保留率为82. 08%;线烧蚀率和质量烧蚀率分别为91 μm/ s 和 66． 9 μg/ s,降低了35. 9% 和20. 1%;拉伸、弯曲和剪切强度分别提高了12. 86%、21. 50%和7. 80%。