石墨烯改性氰酸酯基复合材料及其抗电子质子辐照研究

摘要

氰酸酯树脂在航空航天领域得到越来越广泛的应用，然而其韧性较差的缺点限制了它的发展。本文采用石墨烯对氰酸酯进行增韧改性，来制备适合航天器使用的复合材料，为航天器结构材料的选材提供实验和理论依据。
　　研究了石墨烯改性对氰酸酯浇铸体和碳纤维/氰酸酯复合材料的力学、耐热性能、尺寸稳定性等性能的影响规律，研究结果表明，石墨烯改性可以提高氰酸酯浇铸体和碳纤维/氰酸酯复合材料的力学性能，当石墨烯添加含量为0.6％时，氰酸酯浇铸体的拉伸、弯曲、压缩强度分别提高了18%、12%、34%；碳纤维/氰酸酯复合材料的拉伸、弯曲、层间强度分别提高了17%、10%、15%。对石墨烯改性后氰酸酯浇铸体的DSC测试表明，改性后其玻璃化转变温度有所提高，氰酸酯的耐高温性能得到增强；对石墨烯改性后的氰酸酯浇铸体和碳纤维/氰酸酯复合材料热膨胀系数的测试结果表明，两种材料的热膨胀系数均有降低，其尺寸稳定性得以提高。
　　利用空间环境效应模拟器对所制备的材料进行了真空条件下电子质子辐照实验。结果表明，石墨烯增强了氰酸酯树脂的抗电子质子辐照性能，辐照对复合材料造成的损伤效应主要发生在基体，其损伤结果是交联效应、降解效应及放电烧蚀效应共同作用的，在电子、质子先后顺序的综合辐照下，辐照注量的阈值为1.0×1016e(4.0×1015p)/cm2，当辐照注量低于阈值时，CE树脂分子链的交联效应为主，M40/GE-CE复合材料力学性能随着辐照注量的增加而增加，辐照注量高于阈值时，CE体系的降解效应为主，M40/GE-CE复合材料的界面受到轻微损伤，其拉伸、弯曲、剪切性能都有不同程度的下降。随着辐照注量的增加，发生在树脂基体的放电烧蚀现象逐渐增多；对改性前后氰酸酯的电子顺磁共振分析表明，氰酸酯内自由基的含量随着辐照注量的增加而呈线性增加，改性氰酸酯内自由基的含量随着辐照注量的增加呈非线性增长，其增长速率逐渐趋于零。改性前后氰酸酯浇铸体的表面粗糙度随辐照注量的增加呈先降低后增加的趋势，其分子结构中官能团的吸收峰强度呈先增加后降低的趋势。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 氰酸酯树脂的发展现状

1.3 石墨烯的研究概况

1.4 空间带电粒子辐照效应

1.5 本文主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验材料及实验设备

2.2 实验方法

2.3 力学性能测试

2.4 质量损失测试

2.5 差示扫描量热分析

2.6 热膨胀系数测试

2.7 微观结构分析

第3章 石墨烯改性氰酸酯基复合材料的研究

3.1 石墨烯改性前后氰酸酯体系的红外光谱分析

3.2 石墨烯改性对氰酸酯玻璃化转变温度的影响

3.3 石墨烯对氰酸酯热膨胀系数的影响

3.4 石墨烯对氰酸酯浇铸体力学性能的影响

3.5 石墨烯改性树脂体系的断口形貌分析

3.6 石墨烯对复合材料力学性能的影响

3.7 石墨烯改性复合材料断口形貌分析

3.8 本章小结

第4章 石墨烯改性复合材料真空电子质子辐照效应

4.1 电子质子辐照对质量损失的影响

4.2 电子质子辐照对改性复合材料力学性能的影响

4.3 电子质子辐照对复合材料断口形貌的影响

4.4 电子质子辐照对微观结构的影响

4.5 电子质子辐照损伤机理

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢