纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料低温力学性能研究

摘要

由于复合材料具有质轻、力学性能优异等一系列优点，使复合材料压力容器减重效果明显，因此在航天器的推进系统等重要领域有着广泛的应用前景。本文在已有树脂基体的基础上对复合材料树脂基体进行改性，并在常温和低温条件下研究了改性树脂对复合材料的界面、力学性能的影响。希望能制备出性能优异的复合材料单向板，为树脂基复合材料液氧贮箱的研究提供材料技术支持和储备。
　　用差示扫描量热法研究了树脂基体的固化反应，并借助于傅立叶红外光谱初步探索了树脂基体固化反应的机理。通过对动态接触角、微脱粘、复合材料及树脂浇铸体力学性能测定及断口形貌表征分析，考察了纳米SiO2改性树脂对复合材料常温和低温条件下基体、界面和复合材料力学性能的影响，以及低温环境对复合材料的基体、界面和力学性能影响。
　　固化反应动力学分析验证了固化反应工艺的合理性，得到了树脂体系固化反应的表观活化能为90.58 kJ/mol，表观反应级数n为0.95。研究结果表明，质量分数为14％树脂体系可以达到常温复合材料单向板缠绕的要求，固化反应前80℃保持60min能够使树脂和纤维的相互浸润。另外，质量含量为1%纳米SiO2改性树脂能够改善树脂的冲击强度、界面的剪切强度和复合材料单向板层间剪切强度，尤其是低温材料的性能显著改善。研究结果表明，低温条件下树脂的冲击强度降低，树脂复合材料界面剪切强度提高，纳米SiO2改性树脂复合材料低温界面剪切性能降低。在常温条件下制备的复合材料单向板，其弯曲强度为1617.76MPa，弹性模量为108.45GPa，层间剪切强度为100.83MPa；在低温条件下，其弯曲强度为1752.95MPa，弹性模量为94.57GPa，层间剪切强度为134.33MPa。

目录

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 实验原料及表征方法

2.1 实验材料及分析测试设备

2.2 材料分析测试方法

第3章 低温树脂制备及改性研究

3.1 低温树脂确定

3.2 树脂改性研究

3.3 树脂固化反应研究

3.4 树脂低温冲击性能表征

3.5 本章小结

第4章 复合材料界面性能研究

4.1 复合材料界面润湿性能表征

4.2 复合材料界面低温性能研究

4.3 本章小结

第5章 复合材料低温力学性能研究

5.1 制备复合材料单向板

5.2 复合材料层间剪切性能表征

5.3 复合材料断裂韧性表征

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢