高性能热塑性复合材料高低温力学性能研究

摘要

碳纤维增强高性能热塑性聚合物基复合材料在国际上公认为先进复合材料(Advanced Composite Material，简称ACM)，是国内外复合材料领域的研究重点和发展方向。材料使用性能的了解和掌握是进行结构设计和应用的基础，因此，本文对高性能热塑性树脂—杂萘联苯聚醚酮(PPEK)和杂萘联苯聚醚砜(PPES)及其复合材料的高低温力学性能和界面性能进行了研究。
　　由于弯曲性能能够很好地反映材料的综合力学性能，所以本文对PPES和PPEK及其复合材料的高低温弯曲性能进行了研究分析。结果表明，在高温和低温环境下，PPES和PPEK及其复合材料均具有很好的弯曲性能，且彼此性能差别不明显，表明其均具有良好的综合力学性能和耐高低温环境性能。
　　本文采用动态力学热分析(DMA)方法对基体 PPES和PPEK及其复合材料 CF/PPES和CF/PPEK进行了动态力学研究，得到基体 PPEK和PPES和复合材料 CF/PPEK和CF/PPES在连续温度下的弯曲模量和损耗角正切值的曲线。研究结果表明，在玻璃化温度(263℃)以下材料的粘性非常小，在玻璃化转变温度区间内粘性表现的很大，同时也可以知道 PPEK和CF/PPEK具有很高弯曲模量并且具有很好的耐热性。
　　基于动态力学热分析(DMA)的研究结果，通过能量方法和Zorowski和Murayama理论，对CF/PPEK的界面剪切强度进行了计算与分析，计算结果表明，DMA的测试结果可以计算-50℃到260℃左右的界面剪切强度，界面的剪切强度随温度的升高逐渐下降，到了260℃左右趋于零。计算得到的常温的界面剪切强度为70MPa，与试验结果吻合较好。因而对先进复合材料(CF/PPEK)界面性能的预测具有理论意义和较高实用价值，为今后 CF/PPEK在航天航空领域的发展和应用进行初步探索。

目录

高性能热塑性复合材料高低温力学性能研究

RESEARCH ON MECHANICAL PROPERTIES AT HIGHT AND LOW TEMPERATURE OF HIGH PERFORMANCE THERMOPLASTIC COMPOSITES

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 研究现状及发展趋势

1.3.1 国外研究发展现状

1.3.2 国内发展现状

1.4 动态力学分析在界面中的应用

1.5 本文主要研究内容

第2章 CF/PPEK、CF/PPES高低温弯曲性能分析

2.1 实验方案的确定

2.2 弯曲试件制备

2.2.1 基体材料试件制备

2.2.2 复合材料单向板的制备

2.2.3 弯曲性能试件加工

2.3 基体材料和复合材料的力学性能测试和分析

2.3.1 实验测试设备及其试验步骤

2.3.2 基体试验测试数据

2.3.3 基体实验数据总结

2.3.4 复合材料试验测试数据

2.3.5 复合材料低温力学性能预测

2.3.6 复合材料实验数据总结

2.3.7 试件破坏断口扫描电镜分析

试件的荷载与挠度关系

2.4 本章小结

第3章 CF/PPEK、CF/PPES的动态力学热分析

3.1 动态力学热分析(DMA)测试原理

3.2 试件制备

3.2.1 基体材料试件制备

3.2.2 复合材料单向板的制备

3.3 实验仪器及试验步骤

3.4 DMA试验结果分析

3.4.1 基体的动态力学热分析

复合材料的动态力学热分析

3.5 本章小结

第4章 DMA在CF/PPEK界面性能研究的应用

4.1 界面的传递作用

4.2 预测CF/PPEK的界面剪切强度的基本理论

4.3 结果与讨论

4.3.1 CF/PPEK的界面损耗角正切值预测

CF/PPEK的界面剪切强度预测

4.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢