纳米TiO_2改性氰酸酯复合材料及其抗真空电子辐照研究

【摘要】： 高性能树脂基复合材料在航空、航天和民用领域都有重要应用,作为一种新型高性能树脂基体,氰酸酯树脂是目前树脂基复合材料研究的一个热点。但氰酸酯树脂存在的脆性的弱点限制了其应用范围。本文针对氰酸酯固化物较脆的问题,选用具有特殊表面界面效应的纳米TiO_2对其进行增韧改性。研究了纳米TiO_2含量对复合材料力学性能的影响及纳米粒子加入对氰酸酯浇铸体热膨胀系数的影响,探讨了电子辐照作用下氰酸酯浇铸体及其石墨纤维/氰酸酯复合材料力学性能、质量损失的变化规律,并采用FT-IR、SEM、EPR等现代分析测试手段对空间电子辐照前后材料的微观结构进行了分析和表征。 研究结果表明,氰酸酯树脂中添加纳米TiO_2可以增强增韧氰酸酯树脂,提高石墨纤维/氰酸酯复合材料的力学性能。当纳米TiO_2含量为3%时,纳米TiO_2改性氰酸酯树脂浇铸体的弯曲强度和拉伸强度比未添加纳米TiO_2时分别提高了43%和33%;TiO_2改性石墨纤维/氰酸酯复合材料的弯曲强度和层间剪切强度分别提高了10%和18%。 在160keV能量电子辐照下纳米TiO_2改性前后氰酸酯/浇铸体的拉伸和弯曲强度及石墨纤维/氰酸酯复合材料的弯曲和层间剪切强度均随着电子辐照注量的增加呈先升高后下降的趋势;石墨纤维、氰酸酯浇铸体和复合材料的质量损失率随着电子辐照注量的增加呈先增加,后逐渐趋于平缓趋势,其中树脂浇注体的损失大于复合材料和石墨纤维;质量损失一方面由所吸附的气体、溶剂和小分子助剂挥发所致;另外同时发生主链化学键破坏,形成小分子产物从试样表面逸出。在电子辐照作用下,复合材料性能的变化与树脂基体交联密度的变化密切相关。