纳米颗粒改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究

【摘要】：随着聚合物及其复合材料的广泛应用,人们对高模量高强度材料的需求日益增加。环氧树脂作为常用的纤维复合材料基体材料,由于其本身脆性较大,导致其在一些领域的应用受到限制。近几年,为了增强环氧树脂及其复合材料的力学性能,纳米颗粒常被作为增强相添加到环氧树脂基体中,以此形成纳米复合材料,这为环氧树脂基复合材料的低成本、高性能和多功能化,提供了一条有效的途径。本文利用多种混合方法,在环氧树脂里分散了不同种类的纳米颗粒,对纳米颗粒改性环氧树脂复合材料的制备和性能进行了研究和数值模拟分析,并讨论了相关增强增韧机理。此外本文还研究了纳米颗粒对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能的影响。详述如下:第二章研究了不同纳米二氧化硅含量对环氧树脂试验拉伸性能的影响,结合三种理论模型预测纳米复合材料模量,同时利用Python语言编写了纳米颗粒的随机分散程序,采用有限元分析软件ABAQUS对纳米复合材料的拉伸性能进行数值模拟分析,并模拟了颗粒脱粘现象和基体裂纹扩展。第三章采用三种不同的环氧树脂固化剂(Piperidine,2954和DDS),研究纳米二氧化硅、纳米粘土、液体橡胶CTBN及它们的混合体系对环氧树脂压缩性能的影响,同时对比了三种不同固化体系下环氧树脂的失效模式。第四章研究了纳米二氧化硅和纳米石墨对环氧树脂断裂性能的影响。已有研究表明橡胶弹性体虽然可大幅增加环氧树脂的韧性,但同时会降低其弹性模量、强度及耐热性能。本章采用刚性颗粒改性环氧树脂,研究不同刚性颗粒含量对环氧树脂断裂韧性影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)分析相应体系的增韧机理。第五章利用真空辅助树脂注入成型(VARIM)工艺制备单向碳纤维/环氧树脂复合材料。加入不同含量的纳米二氧化硅,纳米粘土和CTBN液体橡胶对环氧树脂基体进行改性,研究其对碳纤维复合材料压缩及弯曲性能的影响,同时分析其失效方式。