發(fā)布時(shí)間：2020-07-28 19:28

【摘要】：雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂作為一種高性能復(fù)合材料基體,因其具有優(yōu)良的耐熱性和優(yōu)異的工藝性而被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但由于BMI樹脂固化物交聯(lián)密度高、脆性大,其應(yīng)用受到一定限制。近年來,國內(nèi)已成功研制出T800級高強(qiáng)中模和M40J級高強(qiáng)高模碳纖維,面對航空航天領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苣透邷貜?fù)合材料的需求,需進(jìn)一步研發(fā)能與兩種新型國產(chǎn)高性能碳纖維匹配的耐高溫BMI樹脂體系。通過向聚芳醚砜(PES)分子鏈上引入咪唑結(jié)構(gòu)單元,合成了一種改性共聚物作為耐高溫BMI樹脂的增韌劑。采用差示掃描量熱法(DSC)與熱重分析(TGA)測試表征了產(chǎn)物的耐熱性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明:引入咪唑結(jié)構(gòu)不影響共聚物溶解性;隨著咪唑結(jié)構(gòu)的增加,共聚物的耐熱性能不斷提升,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T_g)最高達(dá)到350℃;共聚物的拉伸模量隨咪唑結(jié)構(gòu)的增加而增加,但是拉伸強(qiáng)度隨咪唑結(jié)構(gòu)的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。通過漿料混合法,以改性PES作為增韌劑制備了耐高溫BMI樹脂,采用掃描電子顯微鏡(SEM)對樹脂的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,通過流變測試評價(jià)了改性樹脂的工藝性,通過動態(tài)力學(xué)分析(DMA)表征了樹脂的耐熱性能,并測試了樹脂澆鑄體的力學(xué)性能。結(jié)果表明:研制的耐高溫BMI樹脂工藝性良好,滿足預(yù)浸料工藝以及熱壓罐成型工藝對樹脂黏性及流動性的要求;在樹脂固化過程中增韌劑通過相分離機(jī)制在微觀上形成分相結(jié)構(gòu),增韌效果良好,當(dāng)加入的增韌劑含量為15 phr時(shí),樹脂澆鑄體的沖擊韌性提升了57.7%。對耐高溫BMI樹脂制備的預(yù)浸料進(jìn)行儲存老化行為研究,并通過DSC、流變、紅外光譜(FT-IR)對老化前后的預(yù)浸料進(jìn)行表征,同時(shí)對比研究了預(yù)浸料儲存老化前后復(fù)合材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明:預(yù)浸料在室溫下的工藝期約為40 d,隔絕O_2環(huán)境下其工藝期可延長至56 d,儲存老化的原因是預(yù)浸料在室溫空氣環(huán)境下發(fā)生了輕度的交聯(lián)反應(yīng),并且空氣中的O_2對交聯(lián)反應(yīng)有促進(jìn)作用。復(fù)合材料力學(xué)性能測試結(jié)果表明:預(yù)浸料儲存老化后復(fù)合材料內(nèi)部孔隙增加,彎曲強(qiáng)度下降13.0%,彎曲模量下降6.5%,層間剪切強(qiáng)度下降10.7%。通過SEM、原子力顯微鏡(AFM)、微脫粘實(shí)驗(yàn)等手段對CCF800H與ZM40J碳纖維界面性能進(jìn)行表征,將兩種纖維分別與樹脂A(傳統(tǒng)熱塑性增韌BMI樹脂)和樹脂B(本文研制的改性PES增韌BMI樹脂)進(jìn)行復(fù)合,制備預(yù)浸料和復(fù)合材料,并對復(fù)合材料力學(xué)性能進(jìn)行測試表征。結(jié)果表明:CCF800H碳纖維表面粗糙度和表面化學(xué)活性均優(yōu)于ZM40J碳纖維,CCF800H碳纖維具有更高的界面剪切強(qiáng)度。B樹脂與國產(chǎn)高性能碳纖維匹配性良好,各項(xiàng)關(guān)鍵力學(xué)性能都達(dá)到了較高的水平。耐高溫BMI樹脂基復(fù)合材料的T_g約330℃,復(fù)合材料在280℃下的層間剪切強(qiáng)度和彎曲性能保持率在60%以上,滿足280℃使用溫度對材料性能的要求。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB332;TQ327.3;V258.3
【圖文】：

碩士學(xué)位論文 復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用天科技的不斷發(fā)展進(jìn)步推動了對復(fù)合材料性能的要求，復(fù)的強(qiáng)度，更高模量，更低的密度不斷的發(fā)展。隨著碳纖維匹配樹脂研究的不斷深入，復(fù)合材料近幾十年來取得了巨天領(lǐng)域的應(yīng)用也顯著增加。、民用飛機(jī)的承力結(jié)構(gòu)中，碳纖維復(fù)合材料逐漸取代了傳構(gòu)的重量得到大幅度的降低，減少油耗的同時(shí)使得飛機(jī)的的提高。采用復(fù)合材料代替金屬材料作為飛機(jī)的主承力結(jié)達(dá) 20%以上。圖 1-10 為空客公司的 A350XW 的機(jī)翼壁板筋的結(jié)構(gòu)形式。

圖 1-11 A380 后機(jī)身段眾多商品化的 BMI 樹脂體系中，以 Cytec 公司研制的 525中美國第四代重型戰(zhàn)斗機(jī) F22 是一個(gè)典型的例子，F(xiàn)22 型號結(jié)構(gòu)以及部分橫梁以及骨架都是由 5250 BMI 樹脂為基體的主要以 AS-4/5250-4 復(fù)合材料體系為主，AS-4 為美國赫氏纖維，其性能與東麗 T400HB 相當(dāng)。少數(shù)部件由于有更高7/5250-4 復(fù)合材料體系，IM-7 纖維其強(qiáng)度與模量與 T800 相料結(jié)構(gòu)中，占 25%總質(zhì)量的 400 余個(gè)部件由 RTM 成型工藝本 2.5 億美元。以波紋梁結(jié)構(gòu)為例，作為戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼的主遞模塑(RTM)工藝制備(圖 1-12）。整機(jī)所有碳纖維增強(qiáng)樹脂約占總質(zhì)量的 24%[45]。

圖 2-1 二氯二苯砜結(jié)構(gòu)式 圖 2-2 苯并咪唑酮圖 2-2 PES 共聚物反應(yīng)機(jī)理.2 共聚物合成工藝實(shí)驗(yàn)所用的藥品如表 2-1 所示。表 2-1 實(shí)驗(yàn)藥品

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