环氧树脂基形状记忆复合材料的研究

【摘要】： 空间展开结构技术可以较为容易地构建大型空间结构,降低空间运载体积与发射成本。热固性树脂基形状记忆复合材料是展开结构的理想材料,能够在地面进行折叠封装,在轨通过加热可靠展开。本文开发一种形状记忆环氧树脂,对其性能、形状记忆原理进行研究;针对树脂体系存在的脆性问题,对树脂体系进行改性。 采用差示扫描量热分析(DSC)测试了树脂体系的玻璃化转变温度(T_g),在T_g之上进行形状折叠变形,确定出具有形状记忆效应的树脂配比。采用动态力学分析(DMA)测试了树脂体系的存储模量与损耗角正切随温度变化关系,计算了树脂的交联度,分析存在形状记忆效应的条件。测试了树脂体系的折叠-展开回复形状记忆性能,研究了交联度对形状折叠应变和树脂体系力学性能的影响、树脂体系在经历一系列的热机械变形后回复原来形状的能力,形状回复温度对回复时间和力学性能的影响、形状变形循环次数对形状记忆性能和力学性能的影响。结合测试结果分析了环氧树脂的形状记忆机理。 分别采用蒙脱土与纳米SiO_2对制备的形状记忆环氧树脂进行增韧改性。拉伸性能测试表明填加含量为3%的蒙脱土体系断裂伸长率增加,扫描电镜(SEM)观察其为韧性断裂,XRD测试表明蒙脱土在环氧树脂中分散良好,动态力学分析显示增韧体系具有形状记忆效应,同时模量的升高使其形状记忆效应增强,形状记忆性能测试显示,加入蒙脱土后,环氧树脂的形状回复时间缩短;随着测试温度的升高,增韧体系的回复时间缩短,回复速率加快。该体系具有优良的形状记忆性能;用纳米SiO_2改性环氧树脂体系,改性树脂体系的强度和模量提高,但韧性没有得到有效改善。