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《黑龙江省科学院石油化学研究院》 2018年
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环氧树脂增韧改性及RTM工艺制备碳纤维复合材料性能研究

祝庆君  
【摘要】:20世纪60年代以来,以碳纤维作为增强材料的高性能先进复合材料在很多领域应用广泛,越来越多的人关注先进复合材料的低成本制造技术。目前国际上发展较为迅速的是RTM成型工艺,寻找理想的树脂体系是该技术的关键之一。环氧树脂体系通常用于树脂基复合材料制备,然而,纯环氧树脂固化后交联密度高,质脆、冲击强度低,需要对其进行改性。本文选择不同的增韧剂来改性环氧树脂,通过考察固化物的力学性能、热机械性能等选出合适的树脂体系,对优选出的树脂体系进行流变性能分析,确定RTM工艺窗口,制备碳纤维增强复合材料,探讨复合材料的力学、热失重、热物理等性能。本文选用有机硅核壳粒子、聚砜、聚醚胺等对环氧树脂体系进行改性,测试力学性能、热机械性能等。实验发现,增韧剂的加入有效提高了环氧树脂体系的韧性。综合分析几种增韧剂对环氧树脂基体的增韧效果,发现聚砜改性环氧树脂体系,当加入量为5 phr时,断裂伸长率提高了166%,拉伸、弯曲、冲击强度分别提高81.1%、25.6%、64.5%,且混合后相容性好,适用期长,综合性能最佳。最终确认选择聚砜作为增韧剂,添加量为5 phr时,增韧效果最好。对环氧树脂体系固化反应特性和化学流变特性进行研究,建立了描述该环氧树脂体系化学流变行为的双Arrhenius模型。研究表明,树脂体系流变模型的模拟值与实验值具有良好的一致性,该模型可以比较准确地描述环氧树脂体系在低粘度区间的化学流变行为,预报RTM工艺窗口。以改性环氧树脂体系作基体树脂,碳纤维平纹布为增强材料,通过RTM工艺制备无增韧剂、原位和离位增韧复合材料。通过超声波扫描探伤,发现三种复合在进胶口缺陷较多,其他部位缺陷较少,材料板材内部均匀。离位增韧样的拉伸强度比原位增韧样和空白样分别提高了18.4%和27.3%,弯曲强度比原位增韧样和空白样分别提高了35.2%和30.2%。原位增韧和离位增韧样的层剪强度比空白样分别提高了44.3%和52.8%。在800℃下,空白样的残炭率为69.9%,离位增韧样的残炭率为79.5%,原位增韧样为73.1%,耐热性有所升高。三种复合材料的平均吸水率分别为0.15%、0.18%和0.11%,吸水率很低。RTM工艺制备的树脂基复合材料综合性能较好。
【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】:TB332

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【参考文献】
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