厚壁碳/酚醛复合材料热压罐固化工艺优化

厚壁碳/酚醛复合材料在固化过程中容易产生较大的温度梯度,造成固化不均匀。为了解此类产品在固化过程中内部的温度变化和分布,通过在产品内部预埋热电偶的方式,开展了温度监测实验。同时采用DSC及凝胶实验对树脂的固化特性进行了分析。结果表明:在初期阶段的升温过程中,产品内部温度远低于罐体内的温度;酚醛树脂随着温度的升高,流动性能变好,在95~100℃时开始凝胶,出现聚合放热现象。依据以上实验结果对固化工艺进行了优化,主要包括延长各温度点的保温时间、延缓初期的升温速率、调整加全压的时机、增加树脂凝胶温度点的保温段。最后对优化后的固化工艺进行了验证,结果表明优化后的固化工艺合理,产品经超声波检测,内部缺陷大大减少,质量均一性得到了有效提高。     

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.     

树脂基复合材料制造过程温度变化模拟研究

本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程温度分布模拟技术可以准确模拟环氧和双马复合材料在制造过程中的温度变化.     

变比热容对射流推力矢量喷管内流场影响的数值模拟

利用时间推进的有限体积法求解二维雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程,分别在变比热容和定比热容的情况下研究了射流推力矢量喷管的内流性能,并对两种情况下计算结果进行了比较.结果表明,与定比热容情况相比,工质为变比热容的燃气时,喷管内部由二次流产生的斜激波位置向喷管下游移动,回流区减小,喷管的推力矢量角和推力系数减小,温度越高,两种方法的计算结果相差越大.因此,在采用计算流体力学(computational fluidic dynamic,简称CFD)方法研究射流推力矢量喷管内流场性能时应该考虑变比热的影响.      

环氧树脂分子量对介电谱的影响

本文采用动态介电分析技术对不同分子量的环氧树脂进行了固化过程中介电谱的研究,通过对不同分子量的环氧树脂在固化过程中电容和介电损耗角正切的测量得出,分子量不同导致软化温度、凝胶温度和凝胶时间不同,树脂固化时加压时间也不同。本文还选择了53~#环氧树脂的预固化温度,可根据不同的预固化温度、选择加压时机。     

PN-PAA、MPN-PAA共混树脂热固化过程和热分解过程的研究

借助凝胶时间、DSC和TGA等测试研究了PN-PAA和MPN-PAA共混树脂的热固化过程和热分解过程。凝胶时间(140℃)结果表明共混树脂的交联反应速率比PAA明显趋缓;PN-PAA(1∶1)、MPN-PAA(1∶1)共混树脂的固化温度比PAA提高约50℃;K issinger公式和Crane公式计算表明共混树脂比PAA树脂具有更大的热固化反应活化能,但具有基本相同的反应级数;TGA结果表明共混树脂固化物具有很好的热稳定性,其起始热分解温度接近400℃。采用Coats-Redfern方程分析、解释了树脂热分解过程的表观动力学。与PAA树脂比较,共混树脂固化工艺性有较大改善,并具有较好的耐热性,有望用作高温防热复合材料的基体。     

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。     

PN-PAA、MPN-PAA共混树脂热固化过程和04热分解过程的研究

借助凝胶时间、DSC和TGA等测试研究了PN-PAA和MPN-PAA共混树脂的热固化过程和热分解过程。凝胶时间（140℃）结果表明共混树脂的交联反应速率比PAA明显趋缓；PN-PAA（1：1）、MPN-PAA（1：1）共混树脂的固化温度比PAA提高约50℃；Kissinger公式和Crane公式计算表明共混树脂比PAA树脂具有更大的热固化反应活化能，但具有基本相同的反应级数；TGA结果表明共混树脂固化物具有很好的热稳定性。其起始热分解温度接近400℃。采用Coats-Redfem方程分析、解释了树脂热分解过程的表观动力学。与PAA树脂比较，共混树脂固化工艺性有较大改善，并具有较好的耐热性，有望用作高温防热复合材料的基体。     

改进的酚-溴化氰法合成酚醛型氰酸酯及其表征

采用改进的酚-溴化氰法合成了酚醛型氰酸酯单体树脂,并用红外、凝胶实验及热失重分析(TGA)对其进行了结构和性能的表征。与传统的酚-溴化氰法相比,改进的酚-溴化氰法得到了性能稳定的合成产物,该产物在200℃时的凝胶时间为6 5min,在凝胶时无冒烟、发黑现象,固化树脂在800℃时氮气氛下的残碳率为63 6%。     

改性BMI树脂固化过程的温度控制优化

针对以改性双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体的树脂膜熔渗(RFI)成型工艺,以三维热传导方程与固化动力学模型为控制方程,采用有限元/有限差分方法对所得方程进行离散求解。为了衡量固化质量,提出了两个新的控制参数,并用于最优固化温度控制工艺的模拟。数值结果表明,构件内部温度与固化度均高于表面,而固化保持温度和起始时间会对构件中温度和固化度的均匀性产生较大影响。数值模拟结果对固化过程的优化设计有重要的指导意义。     

Z-pin高效拉挤用双马来酰亚胺树脂改性

为了满足双马来酰亚胺树脂（BMI）应用于Z-pin高效拉挤的需求,要求其具有低黏度（500 $\mathrm{m}\mathrm{P}\mathrm{a}?\mathrm{s}$）、耐热（玻璃化转变温度大于200 ℃）、固化快以及韧性好等性能。使用TDE-85环氧树脂（EP）降低BMI黏度,并进一步加入改性剂提高树脂的耐热性和力学性能。分别采用黏度测试、差示扫描量热分析、热重分析、力学性能测试等方法研究树脂固化工艺、固化反应动力学、耐热性以及基本力学性能,筛选最佳树脂体系制备Z-pin并进行性能测试与分析。研究结果表明:TDE-85环氧树脂的加入可以有效降低树脂体系的黏度,满足高效拉挤工艺性需求。加入改性剂二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）提高了EP-BMI体系的韧性和耐热性,玻璃化转变温度为251 ℃,综合性能达到最优。浇铸体拉伸强度、冲击强度分别为66 MPa、21 kJ/m2,分别提高了38%、53%。Z-pin短梁剪强度为67 MPa,与基体结合强度为31.2 MPa。改性树脂体系充分满足Z-pin高效拉挤的工艺需求和性能要求,具有良好的工程应用价值。      

聚碳硅烷纤维的不熔化处理研究(III)--不熔化机理的探讨

对PCS纤维空气氧化反应过程中产生的尾气进行了色谱分析 ,并对氧化后的纤维进行了红外分析 ,在此基础上推测了不熔化机理 ;采用XPS分析技术考察了氧在PCS纤维中的分布。结果表明 ,PCS纤维氧化反应过程中有少量氢气生成 ,出现局部过热时伴随有CO2 生成 ;氧在不熔化PCS纤维中由表及里呈梯度分布 ,低温、长时的不熔化处理条件有利于氧在纤维中的扩散和均匀分布     

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。     

新型自催化氰基树脂的制备及其初步热性能

合成了两种分子主链结构上含有氨基和酰亚胺结构的自催化氰基单体,采用~1H-NMR对单体结构进行了表征,运用DSC对其固化行为进行研究,并与其他可自催化氰基单体进行对比,运用FFIR和TGA对固化物的结构和热稳定性进行了初步表征.DSC测试结果表明,含酰亚胺结构的自催化氰基单体熔融后,250～300℃给出明显的固化放热峰.FTIR验证了氰基固化形成的结构.TGA测试表明其具有较好的热性能,空气和N_2中的T_d~5 均高于510℃,且N_2中残重高于60%.     

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。     

树脂传递成型工艺中树脂流动和凝固过程的非等温仿真

采用控制体／有限元方法建立了模拟树脂传递成型工艺制造薄壁零件时树脂流动和凝固过程的2．5维非等温仿真数学模型，该模型运用纤维、树脂的能量平衡和树脂凝固的质量平衡方程模拟树脂流动和凝固过程中的热量传递和温度变化过程，研究了树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化及树脂凝固的数值求解方法，算例结果表明所提出的仿真模型能有效地模拟树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化及树脂凝固程度。     

吸波涂层用酚氧树脂粘结剂研究

选用酚氧树脂作为吸波涂层（ＲＡＣ）粘结剂，研究了溶剂、分子量、固化剂对ＲＡＣ主要力学与物化性能的影响。结果表明、酚氧树脂ＲＡＣ可室温固化，附着力、柔韧性和耐冲击性能可满足飞行器的使用要求。     

室温贮存对树脂粘度和加压点的影响

讨论了５４０５改性双马来酰亚胺树脂基体在室温下，贮存时间对粘度以及对固化过程中加压点的影响，给出了相应的计算方法。