纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料低温力学性能研究

论文摘要

由于复合材料具有质轻、力学性能优异等一系列优点,使复合材料压力容器减重效果明显,因此在航天器的推进系统等重要领域有着广泛的应用前景。本文在已有树脂基体的基础上对复合材料树脂基体进行改性,并在常温和低温条件下研究了改性树脂对复合材料的界面、力学性能的影响。希望能制备出性能优异的复合材料单向板,为树脂基复合材料液氧贮箱的研究提供材料技术支持和储备。用差示扫描量热法研究了树脂基体的固化反应,并借助于傅立叶红外光谱初步探索了树脂基体固化反应的机理。通过对动态接触角、微脱粘、复合材料及树脂浇铸体力学性能测定及断口形貌表征分析,考察了纳米SiO2改性树脂对复合材料常温和低温条件下基体、界面和复合材料力学性能的影响,以及低温环境对复合材料的基体、界面和力学性能影响。固化反应动力学分析验证了固化反应工艺的合理性,得到了树脂体系固化反应的表观活化能为90.58 kJ/mol,表观反应级数n为0.95。研究结果表明,质量分数为14%树脂体系可以达到常温复合材料单向板缠绕的要求,固化反应前80oC保持60min能够使树脂和纤维的相互浸润。另外,质量含量为1%纳米SiO2改性树脂能够改善树脂的冲击强度、界面的剪切强度和复合材料单向板层间剪切强度,尤其是低温材料的性能显著改善。研究结果表明,低温条件下树脂的冲击强度降低,树脂复合材料界面剪切强度提高,纳米SiO2改性树脂复合材料低温界面剪切性能降低。在常温条件下制备的复合材料单向板,其弯曲强度为1617.76MPa,弹性模量为108.45GPa,层间剪切强度为100.83MPa;在低温条件下,其弯曲强度为1752.95MPa,弹性模量为94.57GPa,层间剪切强度为134.33MPa。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和目的及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 碳纤维研究现状
• 1.2.2 低温树脂及改性研究现状
• 1.2.3 复合材料界面研究现状
• 1.2.4 复合材料低温性能研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 实验原料及表征方法
• 2.1 实验材料及分析测试设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.2 材料分析测试方法
• 2.2.1 傅里叶红外光谱（FTIR）分析
• 2.2.2 固化反应动力学测试
• 2.2.3 动态接触角测试
• 2.2.4 界面强度表征
• 2.2.5 力学性能测试
• 2.2.6 表面形貌分析
• 2.2.7 X 射线电子能谱分析
• 第3章 低温树脂制备及改性研究
• 3.1 低温树脂确定
• 3.1.1 环氧树脂
• 3.1.2 CE 树脂固化剂
• 3.1.3 苯并噁嗪树脂
• 3.1.4 溶剂确定
• 3.2 树脂改性研究
• 3.2.1 树脂共聚改性
• 2 改性机理及方法'>3.2.2 纳米SiO₂改性机理及方法
• 3.3 树脂固化反应研究
• 3.3.1 树脂固化反应动力学分析
• 3.3.2 树脂固化反应分析
• 3.4 树脂低温冲击性能表征
• 3.4.1 树脂浇铸体试样制备
• 3.4.2 树脂浇铸体冲击性能分析
• 3.4.3 冲击试样断口形貌分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 复合材料界面性能研究
• 4.1 复合材料界面润湿性能表征
• 4.1.1 树脂体系粘度测定
• 4.1.2 润湿性能表征
• 4.1.3 润湿性能影响因素分析
• 4.2 复合材料界面低温性能研究
• 4.2.1 复合材料界面强度表征
• 4.2.2 复合材料界面低温表征及对比分析
• 4.2.3 复合材料界面组成分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 复合材料低温力学性能研究
• 5.1 制备复合材料单向板
• 5.1.1 复合材料单向板缠绕工艺设计
• 5.1.2 复合材料单向板制备
• 5.2 复合材料层间剪切性能表征
• 5.2.1 复合材料层间剪切强度测定
• 5.2.2 破坏断口形貌分析
• 5.3 复合材料断裂韧性表征
• 5.3.1 复合材料弯曲强度测试
• 5.3.2 破坏断口形貌表征
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢