航空高性能RTM环氧树脂及成型工艺

摘要

RTM工艺作为复合材料的重要成型方法之一，具有高效、制件质量稳定、尺寸精度高、对环境污染小等优点，因而在航空复合材料的制造中也发挥了重要的作用。先进复合材料用RTM工艺的关键是研发适用于RTM工艺的高性能树脂基体，但高性能树脂普遍存在工艺性和使用性能之间的矛盾。环氧树脂因其良好的综合性能被广泛应用在航空航天、电子工业等领域，但其耐热性不高、韧性不足，限制了它在航空领域的进一步应用。AG-80作为一四官能度缩水甘油胺类环氧树脂，耐热性良好，玻璃化转变温度Tg可高达240～280℃，常用作宇航级碳纤维增强复合材料的基体材料，但由于固化物交联密度过大，材料韧性较差，故需对其进行改性。本文选择采用双酚A型环氧E-51对其进行共混改性。
　　 RTM用树脂对其粘度特性要求较高，故本文首先对共混树脂体系的流变性进行测试，判断是否满足RTM工艺低粘度要求。通过差示扫描量热分析，对共混树脂体系的固化反应动力学、固化工艺制度及固化机理进行了研究。并对各个树脂浇注体的力学性能、耐热性、吸水性等进行了分析和评价。结果表明:本文第二、三章采用MeTHPA固化的5种组分中，当AG-80∶E-51为100∶50时力学性能最为稳定，但拉伸强度较低。为了进一步提高材料综合性能，对固化剂种类及比例进行调整，得到AG-80100/E-5150/Tx026/DMDC的B1体系呈现出良好的综合性能，其树脂浇注体具有高韧高强的特点，吸水率较低、反应性良好，但固化物的模量和耐热性有所降低。此改性体系的表观活化能△E为61.36 kJ/mol，反应级数n为0.947，指前因子A为7.55×106S-1。根据DSC曲线，采用T-β外推法，并结合实际的实验经验，最终确定工艺固化制度为:80℃/2h+120℃/2h+200℃/2h。
　　 本文还对以上树脂体系的单向碳纤维层合板进行表征和研究。实验结果显示，层合板的力学性能、耐热性、耐水性等较为优异。通过扫描电镜分析得到，树脂与纤维界面的粘接性良好。

目录

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摘要

第1章：绪论

1．1 RTM工艺综述

1．1．1 RTM工艺研究进展

1．1．2 RTM工艺原理及过程

1．1．3 RTM工艺特点

1．1．4 RTM工艺对树脂的要求

1．2 环氧树脂

1．2．1 环氧树脂性能与特点

1．2．2 耐热型环氧树脂研究现状

1．3 环氧树脂增韧改性

1．3．1 环氧树脂增韧改性机理

1．3．2 环氧树脂增韧改性

1．4 课题研究的目、意义及内容

1．4．1 研究目的、意义

1．4．2 研究内容

第2章：MeTHPA固化的树脂特性及反应动力学研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及设备

2．2．2 实验内容

2．3 结果与讨论

2．3．1 相容性分析

2．3．2 粘度特性研究

2．3．3 反应动力学及固化工艺研究

2．4 本章小结

第3章：MeTHPA固化物的基本性能测试

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原材料与实验设备

3．2．2 实验内容

3．3 结果与讨论

3．3．1 力学性能研究

3．3．2 动态热机械分析

3．3．3 不同稀释剂对固化物Tg的影响

3．4 本章小结

第4章：树脂体系的优化及性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原材料与试验设备

4．2．2 实验内容

4．3 结果与讨论

4．3．1 粘度特性研究

4．3．2 差示扫描量热分析研究

4．3．3 力学性能研究

4．3．4 玻璃化转变温度Tg

4．3．5 吸水性能研究

4．4 本章小结

第5章：RTM工艺成型的单向CFRP及性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原材料与设备

5．2．2 实验内容

5．3 结果与讨论

5．3．1 VARTM工艺制备单向CFRP研究

5．3．2 层合板的力学性能研究

5．3．3 单向层合板的玻璃化转变温度

5．3．4 单向层合板的断裂形貌分析

5．4 本章小结

第6章：结论与展望

致谢

参考文献