耐热性不饱和聚酯胶粘剂的分子设计与热分析研究

不饱和聚酯胶粘剂是一种综合性能较好的热固性材料。由于粘合工艺简便,其应用十分广泛。然而,通用型聚酯胶粘剂的使用温度较低,应用上受到一定限制。故发展耐热性不饱和聚酯胶粘剂已成为当前研究的主要课题之一。 影响聚酯胶粘剂的耐热因素有:(1)二元醇和二元酸的类型和用量;(2)不饱和双键的密度;(3)分子量的大小;(4)交联剂的类型和用量。其中第一个因素是主要的。 本文从分子设计入手,研究了一系列胶粘剂,找出了提高聚酯胶粘剂耐热性的某些途径。我们运用动态力学分析(DMA)方法研究了系列化耐热性不饱和聚酯胶粘剂的应用状况。     

宇航级T800碳纤维复合材料界面调控

上浆剂对高性能碳纤维（CF）表面的修饰作用及对其复合材料界面性能的调制作用至关重要。以湿法制备的宇航级T800碳纤维为研究对象，分析上浆前后纤维表面微结构、化学组成和化学反应特性的变化规律，并对其复合材料的宏微观界面性能进行表征评价。采用X射线光电子能谱（XPS）、差式扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征方法，分析上浆剂的反应性及其与环氧树脂（EP）、双马来酰亚胺树脂（BMI）的化学反应行为。结果表明：在树脂固化温度条件下上浆剂与纤维表面基团发生化学反应，使得纤维上浆剂提取量及纤维表面活性碳元素含量降低，并且上浆剂与EP、BMI工艺具有良好的化学反应性。经过高温处理后CF表面的上浆剂失活，CF/EP的界面剪切强度发生一定变化，CF/BMI的界面剪切强度下降13%。综上可见：具有化学活性的环氧类上浆剂可明显改善CF表面特性，进而对复合材料的界面性能产生影响，其中上浆剂与树脂体系的反应性对界面亦有影响。     

一种活性环氧增韧固化剂性能分析

以壬基酚和甲醛所形成的二聚体为原料,合成了一种新型结构的环氧固化剂双(2-羟基-3 -胺乙基胺甲基-5-壬基苯基)甲烷(BA),利用红外光谱(IR)、核磁共振谱(1HNMR)表征了产物结构.通过差 示扫描量热(DSC)研究了该固化剂的反应活性,确定固化剂最佳质量分数为43.19%.固化 树脂动态力学分析(DMA)表明,由于BA分子结构中存在正壬基,固化后会发生β- 松弛, 能够提高树脂韧性.力学性能测试发现BA固化树脂的冲击强度比普通芳香胺固化树脂提高了 36.91％,证明BA具有高活性和增韧双重效果.      

核辐射对透波材料介电性能影响

用加速老化试验的方法,在有氧存在的条件下,研究了TDE-85环氧树脂/E玻璃纤维体系、4501A双马来酰亚胺树脂/D3W玻璃纤维体系2种透波材料介电性能受核辐射影响的规律.用60Co辐射源在辐射量为50~800kGy范围内对样件进行辐射,用波导法测试样件的介电常数和介电损耗,测试频率为10GHz.结果发现2种体系透波材料介电性能受核辐射的影响较小,且后者比前者具有更好的抗辐射稳定性.同时利用IR,TGA等手段研究了材料介电性能变化的原因.      

LPA对UPR收缩率和力学性能的影响

针对不饱和聚酯树脂(UPR,Unsaturated Polyester Resin)收缩率高和脆性大的缺点,研究了加入两种低轮廓添加剂(LPA,Low Profile Additives)--聚醋酸乙烯酯类的LPA-4016和聚苯乙烯类的LPA-7310--对UPR浇注体的体积收缩率和力学性能的影响,分析了两种体系的相结构转变及不同的低收缩控制机理,LPA-4016主要是通过在LPA颗粒相周围形成许多均匀分散的空隙来抵消树脂的固化收缩;而LPA-7310则主要是通过自身充分膨胀来抵消树脂的固化收缩.结果表明,LPA-4016对UPR的收缩控制存在一个较合适的加入量范围,且与LPA-7310相比,其可改善UPR的脆性,提高冲击强度,但两者都会降低UPR的拉伸强度.     

双酚B型氰酸酯的制备与性能

研究了碱性催化法合成非晶态双酚B型氰酸酯的制备工艺,利用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、热分析(DSC)、流变仪等方法分析了双酚B型氰酸酯的结构性能和工艺特性,研究和测试了树脂固化物介电性能、耐热性能和力学性能.研究结果表明,制备的双酚B型氰酸酯纯度高,200 ℃时的凝胶时间在100 min以上;该型氰酸酯具有较低的粘度(η_25℃=470 mPa·s,η_40℃=210 mPa·s),适于室温树脂传递模塑(RTM,Resin Transfer Molding)成型工艺;250 ℃固化后的介电常数为2.75,介质损耗角正切0.007(10 GHz),玻璃化转变温度299 ℃,弯曲强度174 MPa,模量3.2 GPa,综合性能优异.     

直流磁控溅射ZnO:Al薄膜的光电和红外发射特性

以锌、铝合金(ω(Al)=3%)为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了系列掺铝氧化锌ZnO:Al(ZAO)薄膜样品,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、霍耳效应及红外发射率测量仪等测试仪器或方法表征了样品的结构、形貌、光学、电学及红外发射特性.测得样品最低电阻率达到1.8×10^-6(Ω·m),最大禁带宽度为3.47?eV,可见光区平均透过率达到90%,8~14?μm波段平均红外发射率在0.26~0.9之间.上述特性均随衬底温度和溅射功率的变化有着规律的变化.当方块电阻小于45?Ω时,薄膜在8~14?μm波段平均红外发射率与方块电阻遵循二阶函数变化规律.     

厚截面层合板非同步固化的三维有限元分析

建立了描述厚截面复合材料固化压实过程的三维有限元模型并进行了模型有效性验证,计算了400层AS4/3501-6层合板在固化过程中的温度场、固化度、粘性、树脂体积含量和厚度压缩率情况.模型计算结果表明：在固化过程中,层合板的中间层会出现高于保温平台约49K的温度峰值;层合板沿厚度方向的温度和固化度的非同步现象明显;层合板的中部存在明显的局部温度过热和快速固化区域,该区域内的树脂粘性变化剧烈、树脂流动时间缩短,阻碍了该区域及层合板下部的多余树脂流入吸胶膜,并最终导致了固化结束后树脂的不均匀分布,靠近吸胶膜的上表面树脂体积含量约为41%,靠近模具的下表面约为46.5%;层合板的最终固化压实率在15.7%左右.     

液相环境对水泥固化土抗压强度增长的影响

对于同种土样形成的固化土,水泥掺量增加到一定程度后单位水泥量产生的固化土抗压强度增量会显著提高;物理性质相近的土样掺加等量的水泥后固化土抗压强度有显著的差异.为解释上述试验现象,测定了相应固化土孔隙液中主要离子的浓度,并进行热力学计算.结果表明:水泥掺量较少时,固化土孔隙液中Ca(OH)₂不饱和,单位水泥量水化生成的胶凝性物质量较少,故产生的固化土抗压强度增量也较小;当土样中水泥掺量达到一定程度后,固化土孔隙液中Ca(OH)₂饱和,固化土中胶凝性物质能充分生成,单位水泥量产生的固化土抗压强度增量较大.物理性质相近的土样掺加相同的水泥量,固化土孔隙液中Ca(OH)₂离子浓度不同,故而固化土抗压强度也不同.      

基于SVM的浮动车行驶模式判断模型

浮动车在低速情况下存在两种行驶模式,如不能对上述模式进行准确区分,将严重影响浮动车实时路况计算的精度和效率.研究和设计了一个基于支持向量机(SVM,Support Vector Machine)的浮动车行驶模式判断模型,并针对性地提出了一种简单的基于隶属度矩阵的特征评价和选择方法.实验表明通过上述方法选择的特征子集所训练的分类器在测试样本集上具有92.6%的分类准确性;经过行驶模式分析后,浮动车系统的准确性有显著提升.      

Viscoelastic characterization of polymers for deployable composite booms

Deployable space structures are being built from thin-walled fiber-reinforced polymer composite materials due to their high specific strength, high specific stiffness, and designed bistability. However, the inherent viscoelastic behavior of the resin matrix can cause dimensional instability when the composite is stored under strain. The extended time of stowage between assembly and deployment in space can result in performance degradation and in the worst case, mission failure. In this study, the viscoelastic properties of candidate commercial polymers consisting of difunctional and tetrafunctional epoxies and thermoplastic and thermosetting polyimides were evaluated for deployable boom structures of solar sails. Stress relaxation master curves of the candidate polymers were used to predict the relaxation that would occur in 1 year at room temperature under relatively low strains of about 0.1%. A bismaleimide (BMI) showed less stress relaxation (about 20%) than the baseline novolac epoxy (about 50%). Carbon fiber composites fabricated with the BMI resin showed a 44% improvement in resistance to relaxation compared to the baseline epoxy composite.     

有机硅烷提高航天器树脂材料抗原子氧剥蚀

为了提高航天器树脂材料的抗原子氧剥蚀的性能,把缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到环氧树脂中,并对所制成的环氧树脂试样进行原子氧效应地面模拟试验,对试验前后试样的质量损失、表面形貌、表面成分和结构的变化进行了对比和分析.结果表明,添加有机硅烷可以有效地提高环氧树脂的抗原子氧剥蚀性能,试样表面在原子氧的作用下生成了一种三维网状结构,该结构有效地阻止了原子氧对底层材料的进一步剥蚀,使试样的质量损失和剥蚀率明显下降.50h实验之后,添加了质量分数为25.0%的有机硅烷,该材料的剥蚀率约为纯环氧树脂的25%.      

新型环氧-酚醛树脂体系的固砂原理与技术

为了在低成本下解决低温油井中的化学防砂问题,采用共混的方法制备了一种以环氧树脂和酚醛树脂为主要原料,且无需其他固化剂的新型树脂固砂剂,并在固砂剂的研究基础上初步研制了树脂涂覆砂.通过红外光谱分析,研究了树脂固化的机理.实验结果表明,固砂剂可在50?℃的水浴中将砂石固结,固结砂样具有较高的抗压强度和渗透率,而且随着树脂用量的增加,固结砂样的抗压强度可以进一步得到提高.涂覆砂可以在酚醛树脂作为外固化剂的情况下固结,其性能满足使用要求.酚醛树脂中的酚羟基和羟甲基与环氧树脂中的环氧基的反应是固化反应的主要机理.     

环氧共混树脂的光固化及其表面化学反应

研究了双酚A型环氧树脂与有机硅环氧树脂紫外光辐照共混改性的工艺条件,并采用扫描电镜和X射线光电子能谱等分析手段对树脂改性效果和表面的物理和化学变化进行了研究.结果表明,采用二苯基碘鎓六氟磷酸盐为光引发剂,当质量分数为5％时,随着E-44含量的增加,共混树脂体系的光固化速度加快.当两者质量比为1∶ 2时,经15min的紫外光辐照后,共混树脂体系的凝胶率可达93％.X射线光电子能谱分析结果表明,在光固化的同时,试样的表面被紫外光辐照时产生的臭氧和原子氧部分氧化,转化为一层含C的氧化硅(SiO _{x )膜.}      

复合材料开孔层压板压缩长期强度预测

Accelerated testing methodology (ATM) predicts long-term strength in low temperature with short-term in high temperature, which is based on the viscoelasticity of matrix and the time-temperature superposition principle (TTSP). The strain invariant failure theory (SIFT) was modified by using micro maximum strain criteria to judge fiber tensile and compressive failure. Master curve of storage modulus of epoxy resin and the time-temperature shift factors were tested from dynamic mechanical analysis(DMA). Master curves of SIFT critical parameters were constructed by tension and compression test for unidirectional carbon fiber reinforced plastics (CFRP) under various temperatures with the time-temperature shift factors of matrix resin. Long-term compression strength of open-hole composite laminates was predicted based on SIFT/ATM combined method. The damage process of fiber and matrix was simulated by progressive damage analysis as well. Good agreement between numerical results and experiments was observed, which demonstrates the applicability of this method.     

杂化聚酰亚胺的制备及其耐原子氧剥蚀性能

低地球轨道环境中的原子氧会剥蚀航天器表面材料,影响其性能和寿命,因此在使用时需要选用合适的手段来进行原子氧防护。采用溶胶-凝胶法,利用正硅酸乙酯在树脂体系中的水解-缩合反应,在基体中原位生成无机相而获得杂化聚酰亚胺。在原子氧效应地面模拟设备中,对杂化聚酰亚胺试样开展了性能评估试验,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,并分析了材料耐剥蚀性能与正硅酸乙酯添加量的关系、杂化材料的耐剥蚀机理。结果表明,杂化聚酰亚胺的耐原子氧性能优于原树脂,其原子氧试验质量损失仅为原树脂的31。6% ~14。8%。分析认为,溶胶-凝胶过程中在树脂基体中生成的有机含硅结构和无机SiO₂,以及原子氧作用下杂化材料表面生成的SiO₂保护层,是杂化材料耐原子氧剥蚀性能提高的原因。     

改性聚酰亚胺复合材料的电导机理分析

首先,选用半导电的微米级和纳米级改性剂粉料对玻璃布补强聚酰亚胺基复合材料进行改性.共制备了5种试样,其中包括4种使用无碱玻璃布补强的聚酰亚胺试样,分别是未改性、纳米改性、微米改性和微/纳米改性和一种使用微碱玻璃布补强的试样.其次,研究改性剂粒径和玻璃布含碱量对复合材料介电性能及电导率特性的影响.试验结果表明改性剂粒径对复合材料的介电性能影响不显著,但是微米粒径的改性剂能显著提高复合材料的体电导率并赋予复合材料一定的非线性电导率特性,而纳米粒径的改性剂会小量地降低复合材料的电导率.与无碱玻璃布补强的试样相比,采用微碱玻璃布改性和补强的复合材料试样有较高的非线性电导阈值电场.      

环氧树脂基复合材料加筋板结构吸湿行为研究

环氧树脂基复合材料的性能对湿热环境敏感,掌握该材料所组成结构的吸湿行为对其实际应用具有重要意义。通过以碳纤维环氧树脂基复合材料层合板的non-Fickian吸湿模型为基础,建立环氧树脂基复合材料加筋板结构的non-Fickian吸湿模型,在70℃/85% RH湿热条件下开展加筋板结构的吸湿实验,对所建立模型进行验证,并与已有的加筋板吸湿模型进行对比,通过所建立模型给出了加筋板沿厚度方向的吸湿量分布规律。结果表明:所建立加筋板non-Fickian吸湿模型的计算结果与实验结果吻合良好,在整个吸湿阶段相对误差小于5%,模型的预测精度高于传统Fick模型。所建立的加筋板non-Fickian吸湿模型可用于环氧树脂基复合材料加筋板层合结构吸湿量的准确预测。      

环氧树脂电子束固化微观结构及其影响因素

采用扫描电镜对不同固化时间下电子束固化环氧树脂的微观结构进行观察和分析,探讨其形成过程,并研究了树脂分子结构、相对分子质量、树脂体系组分及辐射条件对微观结构的影响. 实验结果表明,环氧树脂经电子束固化后形成片层结构,树脂分子结构和分子量对其固化微结构的影响不大;不同结构、分子量的环氧树脂电子束固化过程中均会经历预聚体结构—圆片网络—圆片形成—圆片增长的生长过程,故其微观结构都呈现圆片状形貌;随着辐射剂量的增加,圆片逐渐增大;存在最佳引发剂用量,使圆片尺寸达到最小.