氰酸酯树脂改性及其碳纤维复合材料的性能研究

摘要

本文以空间光学结构用复合材料的氰酸酯树脂基体为背景开展基础性研究工作。经过对不同市售氰酸酯树脂体系的筛选以及配方的优化，得到了适合空间光学结构用氰酸酯树脂体系；研究了树脂体系的工艺性，成功通过热熔法制得了力学性能良好的碳纤维/氰酸酯树脂复合材料，为氰酸酯树脂在空间光学结构上的推广应用奠定了基础。
　　（1）考虑到空间光学结构对树脂基体尺寸稳定性以及耐湿热性能要求较高，对三种氰酸酯预聚体的相关性能进行对比了分析，结果表明：三种预聚体的固化温度较高，固化峰值温度均在250℃以上，热残余应力大，应用时均需对其进行催化改性以降低固化温度；三种预聚体的热失重温度均在460℃以上，CY-5W的吸水率最大亦不超过1.6％，均满足光学结构对树脂基体耐湿热性以及耐热性的要求；预聚体的工艺性差别较大，可适应于不同的成型工艺，其中， CY-10W可用于预浸料成型。
　　（2）为了使已选定的氰酸酯预聚体 CY-10W更好地应用，研究了不同催化剂的种类和含量对氰酸酯树脂固化性能以及工艺性能的影响，以及改性环氧不同含量对改性氰酸酯树脂体系的力学性能、耐热性能、耐湿热性能的影响。研究结果表明：不同种类的催化剂对氰酸酯树脂体系的固化温度影响不同，辛酸亚锡对氰酸酯树脂固化反应的催化效果最为显著，起始固化温度由192.6℃降低到102.2℃，且当催化剂含量为0.1%时，树脂的工艺性能较好；当环氧含量为20~30%时，环氧/氰酸酯树脂体系的综合力学性能最优；环氧树脂的加入对氰酸酯树脂的耐湿热性能、耐热性有负面影响。
　　（3）对已确定配方的氰酸酯树脂体系的工艺性能进行了研究，确定了合适的浸胶温度；利用自制设备、通过热熔法成功制备了碳纤维 HS40/氰酸酯树脂预浸料以及复合材料，并对预浸料及其复合材料的力学性能以及耐湿热性能进行了研究。结果表明：利用热熔法制备的碳纤维/氰酸酯树脂预浸料的性状较好，含胶量较为稳定，基本在38~40%；碳纤维HS40/氰酸酯树脂层合板力学性能优异，纵向拉伸强度和模量分别为2244.5MPa和248.0GPa；耐湿热性能优良，沸水中浸泡100h力学性能保持率在70%左右。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1树脂基复合材料

1.2 氰酸酯树脂

1.3 课题研究目的及意义

1.4 课题研究内容

第二章 非催化氰酸酯树脂的固化特性及性能研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 树脂基体性能比较

2.4 本章小结

第三章 氰酸酯树脂的催化及改性研究

3.1 实验部分

3.2 催化剂的优化

3.3 环氧改性氰酸酯树脂研究

3.4 本章小结

第四章 碳纤维HS40/氰酸酯树脂复合材料的制备与性能

4.1 实验材料与主要设备

4.2 碳纤维/氰酸酯预浸料及其复合材料的制备

4.3 碳纤维/氰酸酯复合材料的性能研究

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

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