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《哈尔滨工业大学》 2010年
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碳纤维增强树脂基复合材料低温液氧相容性研究

张建峰  
【摘要】: 低温复合材料压力容器由于其显著的减重效果,在未来航天器的推进系统等其它重要领域具有广泛的应用前景。而聚合物及复合材料液氧相容性是复合材料液氧贮箱的核心问题,我国在此研究领域发展严重落后。本文就此开展了相关研究,希望能为聚合物基复合材料液氧贮箱的研究提供技术储备和保障。 本文以液氧相容性机理及聚合物化学结构出发点,经过广泛的筛选,确定环氧及氰酸酯作为基础聚合物体系。为改善基体树脂液氧相容性,采用二元共聚及纳米SiO_2改性方法;其中双酚A型环氧树脂与氰酸酯共聚体系E51/CE具有比TDE85/CE体系更优良的综合性能,纳米SiO_2粒子的加入能够进一步提高E51/CE树脂体系的耐热性能、残炭率及耐热氧化性能。 进行聚合物基体及复合材料液氧冲击敏感性研究时发现了:双酚A型环氧树脂E51/CE共聚体系具有较TDE85/CE体系更低的液氧冲击敏感性;掺杂2%或5%纳米SiO_2粒子能够有效地降低E51/CE体系的液氧冲击敏感性。溶胶-凝胶法纳米SiO_2改性过程中引入的有机小分子使树脂体系冲击敏感性明显增加,不适合使用。选用的E51/CE添加抗氧化剂体系为基体树脂,高强中低模T700型碳纤维为增强体制备的复合材料试样能够满足液氧相容性要求;但复合材料表面缺陷与分层容易引发“热点”,导致液氧不相容现象发生。 聚合物基体及复合材料低温及力学性能研究表明,添加纳米SiO_2粒子增加了树脂基体强度及韧性,提高了基体抗击高低温热震能力。经25次高低温循环后T700/E51/CE复合材料层合板断面在共聚焦显微镜下未发现裂纹,单向拉伸及层间剪切性能均无明显变化;但该体系层合板在低温液氧环境下的层间剪切强度提高了约6.6%,剪切模量提高了约37.5%。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB332

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