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《黑龙江省科学院石油化学研究院》 2018年
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可适用于超低温环境改性氰酸酯树脂的制备与性能研究

张海琪  
【摘要】:随着深空探索竞争的加剧,对空间飞行器的某些特殊结构件所使用的材料提出了更高的要求(轻质化,高、低温冷热交变适应性等)。现阶段航天飞行器所使用的轻质化结构件中大多使用环氧树脂基复合材料逐渐不能满足更加严苛的使用要求,因此可适用于超低温环境的聚合物及其复合材料的研究则极为必要。本论文主要从以下几个方面展开研究:首先,通过环氧树脂(EP)与聚酚氧树脂(PK)共改性氰酸酯树脂(CE),制备了改性氰酸酯树脂(CEPK),通过差示扫描量热、力学性能、扫描电镜、热失重等测试对其性能进行了研究。结果表明,CEPK树脂固化反应温度得到降低,经10 wt%PK改性的CEPK树脂可获得良好力学性能,-196℃拉伸强度为78.6MPa。CEPK树脂具有良好的热稳定性,150℃拉伸强度保持率在85%以上。其中CEPK_(10)固化物经14次冷热循环(-196~200℃)后表面未产生裂纹。其次,分别向氰酸酯树脂/环氧树脂主体树脂中引入核壳粒子PW与嵌段共聚物MN,制备了两种改性氰酸酯树脂(CEPW与CEMN),并通过差示扫描量热、力学性能、热失重、冷热循环等测试方法对其性能进行了研究。结果表明,核壳粒子PW可降低CEPW固化反应温度,随着PW加入量的增多,CEPW力学强度呈现先增长后降低的趋势,-196℃下,CEPW_5冲击强度为12.3 KJ/m~2,比未改性的主体树脂冲击强度提升了195%。PW通过自身粒子分散来实现增韧,对改性树脂体系热分解温度影响较小;MN通过相分离的方式对CEMN树脂进行增韧,CEMN体系力学强度呈现出与CEPW体系相同的变化趋势。MN添加量超过10 wt%后对树脂体系热稳定性影响较大。经10 wt%MN改性的氰酸酯树脂可获得较好的耐冷热循环性,经30次冷热循环未出现裂纹。最后,选用CEPK_(10)树脂与碳纤维织物通过机械热压固化的方式制备了CEPK_(10)/碳纤维复合材料。考察了CEPK_(10)树脂与碳纤维制备复合材料的工艺参数,测定了CEPK_(10)/碳纤维复合材料在不同温度下的力学性能及考察了其受温度场变化影响的适应性。结果表明,CEPK_(10)树脂在90~150℃区间内粘度维持在10 pas以下,120℃时可保持低粘度30 min以上,可以满足复合材料制备操作中的实际要求。CEPK_(10)/碳纤维复合材料室温下有较好的力学强度,拉伸强度731.3 MPa,弯曲强度885.3 MPa,层间剪切强度75.3 MPa。经液氮浸泡15天后,CEPK_(10)/碳纤维复合材料拉伸强度未发生明显变化,经冷热循环40次后无贯穿性裂纹,复合材料拉伸强度降低5%。
【学位授予单位】:黑龙江省科学院石油化学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:V255.1

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【参考文献】
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