聚合物基复合材料在液氧贮箱中的应用研究

回顾了航天系统液氧贮箱的历史沿革，论证聚合物复合材料作为贮箱材料应用的必要性和可行性。从聚合物基体和纤维选择，复合材料的成型，与液氧相容性的评价以及综合性能测试进行了讨论。     

复合材料加筋蒙皮壁板的RFI成型工艺试验

试制了适用于树脂膜熔融渗透(RFI)工艺的180℃固化改性环氧树脂基体及其碳纤维预制体.试验对比了加筋蒙皮壁板的成型工艺参数.     

无机粒子对石墨烯微片／环氧树脂复合材料导电性能的影响

以 KNG-CZ030石墨烯（graphene nanoplatelets,GNPs）为导电填料,环氧树脂（E-54）为聚合物基体,2-乙基-4甲基咪唑（2,4-EMI）为固化剂,采用溶液混合和超声分散的方法制备导电复合材料。通过添加无机粒子（NaCl, TiO2）,研究了无机粒子对石墨烯微片分散均匀性的影响以及对 GNPs ／E-54复合材料导电性能的影响。实验结果表明：加入 NaCl 和 TiO2提高了石墨烯微片在基体中的分散性,降低了复合材料室温体积电阻率,即提高了导电性能;NaCl ／GNPs ／E-54和 TiO2／GNPs ／E-54复合材料室温体积电阻率为106Ω·m 时,石墨烯质量分数分别为0．75％和0．73％,与未添加无机粒子的 GNPs ／E-54复合材料质量分数0．97％相比有所降低。     

4211环氧树脂体系性能研究

对4211环氧树脂体系的化学性能和物理性能进行系统的研究,通过差示扫描量热仪(DSC)测试固化反应特性,利用流变仪分析成型工艺特性,通过动态热机械分析(DMA)研究树脂体系在不同固化工艺下的耐热性能,并通过力学试验机测试固化后树脂体系的力学性能.结果表明:4211环氧树脂体系具有较好的工艺性,固化物具有较高的耐热性能,表现为刚脆特性,断裂伸长率为1.1％;与M40高模量碳纤维的匹配性较好.     

低温用碳/ 环氧复合材料性能

针对复合材料在液氮温度下的应用需求,采用RTM工艺制备了几种碳/环氧复合材料,评价了这几种复合材料在80℃、室温和-196℃下的弯曲、压缩、层剪、冲击性能和室温下的GⅠC、GⅡC。结果显示:随着测试温度的降低,复合材料的弯曲强度、压缩强度、冲击强度明显提高;而低温对复合材料模量的影响较小。树脂基体的韧性对复合材料的强度、模量等性能影响不大,而碳纤维种类对复合材料的强度和模量影响较大。树脂基体韧性和碳纤维种类均不改变复合材料力学性能随测试温度变化的趋势。树脂基体韧性和碳纤维种类均会影响复合材料的层间断裂韧性,其中高韧性树脂基体可更加明显地提高复合材料的层间断裂韧性;M40级经编织物/R608-2复合材料GⅠC高达868 J/m2、GⅡC高达2 750 J/m2,但采用高韧性基体的复合材料Tg会有所降低。     

聚醚酰亚胺对T700/环氧复合材料的增韧技术

采用聚醚酰亚胺(PEI)对T700/环氧复合材料进行增韧改性。实验结果表明,PEI改性后环氧树脂复合材料的韧性得到显著提高,力学性能和Tg都稍有下降;在强度满足要求的前提下,PEI含量在20wt%时,所得复合材料的韧性最好,GIC达到593.6 J/m2。     

表面处理对三维浅交弯联机织复合材料界面及弯曲性能的影响北大核心CSCD

以2400 tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,使用硅烷偶联剂KH-570作为表面活性剂,采用涂抹、浸泡的方法对预制体进行表面处理以改善复合材料的界面性能。以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型,制得三维浅交弯联机织复合材料。分别借助傅里叶红外光谱仪、原子力显微镜、万能材料试验机、扫描电镜等仪器来测试与验证KH-570对预制体及复合材料的处理效果。结果表明,经过KH-570处理后,预制体表面粗糙度增大、比表面积增加,从而使得纤维与树脂界面结合更加紧密;复合材料的弯曲性能随着KH-570的增加而增强;复合材料主要破坏形式为纤维断裂,纤维在树脂中抽拔现象较少。     

电阻法诊断碳布/环氧树脂复合材料压缩损伤

采用电阻法与声发射技术研究了压缩载荷对不同规格的碳布/环氧树脂复合材料的影响,得出电阻法诊断复合材料压缩损伤的依据。试验结果表明,当受到压缩载荷作用时,碳布/环氧树脂复合材料中的导电网络会发生变化,从而引起复合材料电阻的变化。同时,复合材料的声发射能量会增加。当电阻变化幅度超过一定值时,则可诊断复合材料中存在压缩损伤。电阻法诊断复合材料压缩损伤能够提高复合材料的使用安全性能。     

溶胶-凝胶法提高树脂抗原子氧性能的试验

为提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能,将正硅酸乙酯(TEOS,Tetraethyl Orthosilicate)加入环氧树脂溶液中,采用溶胶-凝胶法,制备出SiO₂／环氧杂化材料.在空间环境原子氧效应地面模拟设备中,对材料试样开展了抗原子氧剥蚀性能评估试验,总结了试验前后试样的质量、表面形貌和表面成分的变化特点,并分析了溶胶-凝胶所得杂化材料抗剥蚀性能提高的机理.分析认为:溶胶-凝胶反应过程中在树脂基体内生成的聚硅氧烷和SiO₂,以及原子氧作用下杂化材料表面生成的SiO₂保护层,是杂化材料抗剥蚀性能得以提高的主要原因.     

低黏度环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系研究

为探究低黏度环氧树脂复合固化反应机理,研究了低黏度环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系的流变性能和固化反应过程,分析了硼胺-酸酐复合比例对复合固化体系流变特性和固化反应过程的影响;利用流变学参数确定了复合固化体系的固化起始时间、凝胶时间点及基于阿伦尼乌斯方程的固化反应活化能。研究结果表明,随着硼胺-酸酐复合固化体系中酸酐复合比例的增加,体系固化反应获得促进,其固化起始时间和凝胶点均降低,同时基于阿伦尼乌斯方程的固化反应活化能降低;采用非等温差示扫描量热（DSC）对硼胺-酸酐复合固化体系过程进行分析,结果表明硼胺-酸酐复合固化体系存在相对独立的双放热峰,随着酸酐复合比例的增加,低温放热峰的峰值增大,高温放热峰的峰值减小,且双峰的峰值温度向高温方向移动。根据2种固化剂的固化反应机理分析,环氧树脂硼胺-酸酐复合固化体系中硼胺固化剂和酸酐固化剂既存在相互协同效应又存在相互竞争作用。