新型无溶剂耐高温双马树脂及其碳纤维复合材料

采用双酚A型氰酸酯改性双马树脂,研制了一种新型无溶剂耐高温双马树脂基体,研究了树脂体系的黏度特性和固化反应动力学,进行了改性树脂体系的力学性能与耐热性研究,实现了1700CF/双马树脂基复合材料的湿法缠绕成型工艺.结果表明,改性双马树脂的拉伸强度为75.6 MPa,断裂伸长率为2.4%,弯曲强度为111 MPa,玻璃化转变温度为227.9℃.该改性双马树脂体系的黏度适中、适用期长且适于湿法缠绕,T700CF/双马树脂基复合材料的纵向拉伸强度为1668 MPa,纵向弯曲强度为1590 MPa,层间剪切强度为73.3MPa.     

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

以空间光学结构应用为背景,对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究,包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等;与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料,对其主要力学性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性,起始固化温度为101.2℃,较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃;拉伸性能以及弯曲性能均有提高,同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右,明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）;树脂的工艺性良好,适合热熔法制备预浸料;应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。     

氰酸酯树脂的固化反应及其催化剂

综述了氰酸酯树脂的自催化、活泼氢化合物催化和有机金属类化合物催化的反应机理及其特点,并介绍了具有紫外光激活特性的过渡金属配合物催化剂和有机锡催化剂等氰酸酯固化反应催化剂研究的新进展。     

7501 氰酸酯树脂及其复合材料性能

研究了7501 氰酸酯树脂的工艺和耐热性能,以EW220 布为增强材料,采用RTM 成型工艺制备
了EW220/7501 复合材料层板,研究了其室温和高温力学性能。结果表明:7501 氰酸酯树脂的最低黏度为87
mPa·s,开放期大于10 h,300℃固化后,热分解温度为431℃,Tg 可达421℃;EW220/7501 复合材料室温下具有
良好的力学性能,其中拉伸强度为393 MPa,压缩强度为356 MPa,弯曲强度为602 MPa,层间剪切强度为43
MPa,在300℃下,各项力学性能保持率均≥80%。     

适用于热熔法制备预浸料的氰酸酯树脂的制备

为改进纤维增强氰酸酯树脂基复合材料的制备工艺,研制了一种适用热熔法制备预浸料的氰酸酯树脂体系.以旋转黏度计确定了适用热熔法浸渍纤维的树脂黏度为1.5 Pa·s/80℃、最佳加工温度为(90±2)℃、工艺适用期为2 h.利用DSC及哈克流变仪确定了树脂的固化工艺、纤维增强树脂基复合材料的制备工艺等.结果表明此树脂体系具有良好的热熔加工性能,适宜的工艺适用期,树脂体系在-10℃下贮存6个月后,树脂黏度基本保持不变,应用热熔浸渍法制备的M40J碳纤维/氰酸酯复合材料,具有优异的力学性能,拉伸强度和模量分别为2 037 MPa和226 GPa,弯曲强度和模量分别为1 580 MPa和217 GPa.     

POSS 催化剂改性氰酸酯复合材料的性能

通过POSS 催化剂改性氰酸酯树脂,并采用热熔法排布制备了碳纤维/ 中温固化氰酸酯预浸料, 验证了改性氰酸酯的工艺性。同时考察了氰酸酯树脂及其复合材料的性能。结果表明, POSS 催化剂的加入, 降低了氰酸酯的固化温度,同时其使用温度、室温及-18℃的储存性能和复合材料力学性能与改性前相当。     

氰酸酯/线性酚醛/环氧树脂三元体系的研究

 在氰酸酯树脂/ 环氧树脂体系中引入了线性酚醛树脂,得到氰酸酯树脂/ 环氧树脂/ 线性酚醛树脂三元共聚体系。采用差示扫描量热法(DSC) 研究了三元共聚体系的反应动力学,根据Kissinger 方程和Ozawa 方程得到体系的表观活化能( Ea) :62. 94kJ / mol,确定了体系的反应速率常数K。比较了纯氰酸酯树脂、氰酸酯/ 环氧树脂体系和三元树脂体系玻璃布层压板的力学性能、介电性能以及吸湿率。结果表明,线性酚醛树脂用量为15wt %的三元体系复合材料的弯曲强度和层间剪切强度分别比氰酸酯/ 环氧树脂体系复合材料提高了6 %和15 %,介电损耗和吸水率分别降低了33 %和8 %。     

缠绕用低温快速固化氰酸酯树脂的改性

针对湿法缠绕工艺,在不影响固化温度条件下用TDE-85对氰酸酯树脂进行改性,对改性前后树脂性能进行对比研究。结果表明:环氧与催化剂混合物在40℃时黏度低于1 Pa·s,且能维持超过214 min,能够满足湿法缠绕的工艺需求;环氧含量低于10 wt%时,起始固化温度不超过77℃,在80℃的凝胶时间为30min左右,仍满足低温快速固化要求;当TDE-85含量为10 wt%时,树脂浇铸体力学性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别为46.2、83.4 MPa、10.8 kJ/m^2;但环氧的加入对氰酸酯的吸湿性和耐热性能均有一定负面的影响。     

MT300/802双马树脂基复合材料固化工艺及高温力学性能

采用热分析方法研究高活性802双马树脂的固化反应动力学特征,分析树脂固化度与固化温度、固化时间的关系,确定树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h,制得MT300/802复合材料200℃固化T_g达到325℃,而相同固化温度XU292双马树脂T_g仅为234℃。进一步考察MT300/802复合材料室温、230、280及300℃的力学性能,结果表明,复合材料单向板280℃弯曲强度保持率达到了57%,300℃弯曲强度仍达到1 094 MPa,室温及高温层间剪切强度及面内剪切强度也表现出较高的性能水平,高活性802双马树脂及其复合材料固化温度相对较低而使用温度较高,能够满足航天领域耐高温主承力结构的应用要求。     

硼酸铝晶须增强氰酸酯树脂/玻璃布复合材料的研究

为了改善氰酸酯树脂基复合材料的层间性能,加入硼酸铝(AlBw)晶须制得晶须/氰酸酯树脂/玻璃布复合材料。研究了晶须对氰酸酯树脂的反应活性、工艺性的影响以及对复合材料力学性能的改善效果,并分析了复合材料断裂的SEM照片。凝胶时间和差示扫描量热(DSC)分析表明,晶须的加入对树脂体系反应性影响较小。晶须的加入增大了氰酸酯树脂的粘度,但增加幅度不大,当晶须加入质量为20%时树脂粘度仍小于8Pa·s,具有良好的工艺性。随晶须加入量的增加,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度增大,晶须质量占10%时,4%硼酸酯处理的晶须使ILSS和弯曲强度分别提高45%和32%。晶须的加入使复合材料耐湿热性提高,水煮100h后,吸水率降为1.09%,力学强度保持率高于85%。     

高性能M40J/BADCy复合材料的研究

对E51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯(BADCy)体系的力学性能及热性能进行了研究,发现当E51环氧树脂的质量含量为5%时,改性体系的弯曲强度和冲击强度分别由原来的95.6MPa和9.24kJ/m²提高到了117.8MPa和12.6kJ/m²,而热变形温度仅下降8℃。以该改性体系为基体制作的M40J复合材料,其弯曲强度、模量和剪切强度分别高达:1270MPa,172GPa,68 9MPa。消泡剂BYK141能提高M40J/BADCy复合材料的力学性能,层间剪切强度可提高到77.1MPa。M40J/BADCy复合材料还具有良好的耐环境能力,是一种理想的航空航天结构材料。     

单官能团氰酸酯改性氰酸酯树脂的介电性能

为了获得更低介电常数及介电损耗的材料,采用单官能团氰酸酯改性氰酸酯树脂,研究了单官能团单体对聚合物分子网络结构形成过程、反应过程的流变行为及固化产物性能的影响。研究结果表明,单官能团单体在固化反应初期参与反应比例较小,反应后期才逐步参与反应进入分子网络并促进反应程度的提高,改性树脂体系介电常数为2.8~2.9(7~18 GHz),介电损耗也有一定下降。     

柔性缓冲层对T300／BADCy复合材料力学性能影响研究

为增强T300/BADCy复合材料的界面性能,用E51环氧树脂/丙酮溶液对T300纤维进行表面处理,在T300/BADCy复合材料界面处能形成柔性的口恶唑啉酮五元环缓冲层。利用红外光谱法研究环氧树脂与氰酸酯树脂的反应机理,并比较不同浓度E51环氧树脂处理液对复合材料力学性能的影响,发现经5wt%浓度的E51环氧液处理的T300/BADCy复合材料层间剪切强度提高了16%,弯曲强度提高了4%,当处理液的浓度大于5wt%时,T300/BADCy复合材料的力学性能有所下降。采用扫描电镜研究处理前、后T300/BADCy复合材料层间剪切断口形貌,发现未处理的T300/BADCy树脂复合材料断口的界面处存在明显裂纹,处理后的复合材料界面没有裂纹,且断裂主要发生在树脂基体内部。     

环氧涂层处理高模量碳纤维/ 氰酸酯复合材料

采用表面预涂环氧E51树脂的方法制备了具有层间柔性缓冲层的M40增强双酚A型二氰酸酯(BADCy)复合材料单向板。FT-IR、SEM及力学性能分析表明,高温下(180℃)环氧E51与BADCy反应形成柔性好且线胀系数(CTE)较低的五元噁唑烷酮环能有效地松弛复合材料界面间的层间应力。当E51处理液的浓度为10%时,M40/BADCy复合材料的层间剪切和弯曲强度分别由原来的69.8和1 080 MPa增加到78.1和1 110 MPa,提高了约12%和3%。     

环氧改性氰酸酯树脂研究

分别采用E20和E51环氧树脂与双酚A型二氰酸酯(BADCy)共聚来改善氰酸酯树脂的力学性能.用DSC,FTIR研究了两种不同分子量的环氧改性氰酸酯体系的反应性,发现E20和E51对BADCy的固化反应均有催化作用,但E20的催化作用强于E51.断面SEM表明,经E20和E51改性的BADCy断口处存在大量的韧涡.但改性体系的热变形温度(HDT)和吸水率有所下降,当配比(质量)相同时,E51/BADCy体系比E20/BADCy体系具有更高的HDT和较小的吸水率.     

石墨纤维/改性氰酸酯复合材料的应用研究

采用环氧树脂对4,4-二氰酸酯基二苯基丙烷(BADCy)进行共聚改性,通过DSC分析,确定了固化工艺参数,并与石墨纤维(UHMCF)复合制成单向板,测试了不同后处理温度制得的单向板力学性能,并与现用UHMCF/树脂基复合材料单向板的力学性能进行了比较,测试了UHMCF/改性氰酸酯的空间环境性能;制备了UHMCF/改性氰酸酯结构件,测试其性能,并与现用UHMCF/树脂基复合材料同类结构件的性能进行了比较。结果表明:UHMCF/改性氰酸酯不论是单向板还是结构件的性能均优于现用UHMCF/树脂基复合材料的性能,且满足空间环境对航天器结构材料性能的要求。     

改性氰酸酯胶膜的制备与性能

为了满足现代高性能雷达天线罩结构粘接的要求,采用环氧树脂和热塑性树脂改性氰酸酯树脂的方法研制了改性氰酸酯胶膜。利用FTIR谱图法测定固化反应过程中—OCN基的转化率。胶膜有良好工艺黏性,室温贮存期为20 d。胶膜在200℃下的剪切强度>10 MPa。测试频率为9.375 GHz时,胶膜的介电常数为3.09,介电损耗为0.014。     

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。