形状记忆环氧树脂的制备及其复合材料性能研究

【摘要】： 空间充气展开结构技术能有效地降低空间运载体积与发射成本,因而受到越来越多的关注。热固性树脂基形状记忆复合材料是充气展开结构的理想材料。本文制备了可二阶段固化的形状记忆环氧树脂基体,研究了形状记忆环氧树脂及其复合材料的形状记忆特性和力学性能。 采用扭辫法(TBA)测试了树脂体系的玻璃化转变温度(Tg),通过在Tg之上进行折叠-展开回复实验,确定出具有形状记忆效应的树脂配比,制备出形状记忆回复温度在50~80℃的系列形状记忆环氧树脂。 采用低分子脂肪族环氧增韧形状记忆环氧树脂,冲击强度性能测试表明增韧后树脂体系出现屈服,其中EPG-13体系冲击强度最大,是未加增韧体系的13.7倍,由原来的脆性断裂变为韧性断裂。对形状记忆环氧树脂进行折叠-展开回复形状记忆性能测试,研究了体系的增韧剂含量、形状回复温度及形状变形循环次数对树脂形状记忆性能的影响。 采用热引发和UV引发实现了形状记忆环氧树脂的二阶段固化。结果显示,采用热引发二阶段固化后树脂体系的Tg提高了30℃;UV引发二阶段固化后树脂体系的Tg提高了12℃,Tg和模量提高的幅度都不大,这主要是受实际操作影响,但总体说明二阶段固化技术可以有效提高形状记忆环氧树脂的耐热性。 对热引发二阶段固化的各个体系进行了DSC测试,得到了形状记忆环氧树脂固化反应的热力学与动力学参数,确定了固化反应动力学方程;并结合实际情况,对含有潜伏性固化剂体系的一、二阶段的固化制度做了研究。 制备了芳纶纤维和碳纤维增强环氧形状记忆复合材料,并对二阶段固化前后各体系进行了形状记忆性能测试。发现随两种纤维含量的增加,相应复合材料的形状记忆性能减弱;力学测试表明了采用二阶段固化技术确实有效地提高了形状记忆复合材料的力学强度。 自制了形状记忆环氧/芳纶复合材料管状结构件,通过热电偶加热。对其进行了形状记忆折叠-展开测试,形状固定率可达到100%,加热后充气可完全展开恢复到初始形态。