树脂基三维四向编织复合材料热老化后弯曲性能的研究

摘要

三维编织复合材料具有高的比强度、比刚度、良好的抗冲击性能、高的损容限、优异的整体受力性能以及材料结构可设计性等优点，被广泛用来制造航空航天各种结构的主要承载构件。飞行器在飞行过程中，有些部件的表面温度很高，而且作为结构件在使用中多数会遭遇弯曲荷载作用，因而采用的复合材料必须具有长期的耐高温老化后的弯曲性能。本课题正是基于这一事实，主要研究了不同老化温度和不同老化时间对树脂基三维四向编织复合材料弯曲性能的影响规律。并比较了在同样试验条件下三维四向编织复合材料和层合复合材料弯曲性能，从而分析不同增强体结构对树脂基复合材料弯曲性能的影响。
　　 以基体树脂Tg=120℃为分界点选取了四个老化温度(90℃＜Tg，120℃=Tg，150℃、180℃＞Tg)对环氧基树脂及其复合材料做持续13天的热空气老化实验，得到如下结论:
　　 (1)红外光谱(IR)分析结果表明，在90℃下，环氧基树脂只发生物理老化;在120℃时，老化前期只有物理老化，随着时间的延长，发生部分化学老化，在高于120℃时，化学老化加剧。
　　 (2)在不同的老化温度下，材料的质量保留率都呈指数规律下降，老化温度越高，下降速率加快，并在180℃时出现了急剧下降。
　　 (3)对两种复合材料的玻璃化转变温度(Tg)进行了分析，发现在不大于120℃的温度下进行老化时，复合材料的Tg呈指数规律上升;在高于120℃时，复合材料的Tg在一天的老化时间内迅速上升，但随着老化时间的延长上升速率减缓。
　　 (4)采用光学显微镜对未老化和老化后复合材料的弯曲断裂面进行了观测，发现材料破坏都是从受压面开始的。
　　 (5)采用SEM对两种复合材料剖面进行观察，发现热老化后纤维之间有缝隙产生，纤维表面粘附的树脂减少，树脂碎片从纤维表面脱落，复合材料界面脱粘且出现纤维拔出的现象，且随着老化温度的升高界面破坏越来越严重。
　　 (6)静态力学性能测试结果表明:在所有温度下老化时，材料的弯曲强度都呈指数规律下降，且温度越高强度下降越明显，在不高于150℃下老化，三维四向编织复合材料的弯曲强度保留率高于层合复合材料，但在180℃出现了反常，三维四向编织复合材料的弯曲强度保留率低于层合复合材料。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 概述

1．1 引言

1．2 课题研究的背景及意义

1．3 树脂基三维编织复合材料

1．3．1 三维编织复合材料概述

1．3．2 三维四向编织结构增强体生产工艺

1．3．3 树脂基三维复合材料固化工艺

1．4 纤维增强树脂基复合材料老化研究

1．4．1 纤维增强树脂基复合材料老化概述

1．4．2 纤维增强树脂基复合材料热老化研究

1．5 课题研究的主要内容

第二章 试验及数据处理

2．1 试验原料

2．2 实验方案的制定

2．2．1 老化温度的选择

2．2．2 老化时间的选择

2．2．3 老化实验方案

2．3 试样的制备

2．3．1 试样规格

2．3．2 实验设备

2．3．3 生产工艺及试样

2．4 老化实验

2．4．1 老化过程

2．4．2 实验设备

2．5 性能测试

2．5．1 测试方法与标准

2．5．2 实验设备

2．6 状态与形貌分析

2．6．1 测试方法及标准

2．6．2 实验设备

2．7 关于数据处理的说明

2．8 关于一些名词的说明

第三章 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料结构和性能的影响

3．1 90℃热老化对环氧树脂及其复合材料结构和性能的影响

3．1．1 90℃热老化对环氧树脂化学结构的影响

3．1．2 90℃热老化对环氧树脂及其复合材料重量的影响

3．1．3 90℃热老化对复合材料玻璃化转变温度的影响

3．1．4 90℃热老化对环氧树脂及其复合材料宏微观形貌的影响

3．1．5 90℃热老化对环氧树脂及其复合材料静态力学性能的影响

3．2 120℃热老化对环氧树脂及其复合材料结构和性能的影响

3．2．1 120℃热老化对浇注体化学结构的影响

3．2．2 120℃热老化对环氧树脂及其复合材料失重的影响

3．2．3 120℃热老化对复合材料玻璃化转变温度的影响

3．2．4 120℃热老化对环氧树脂及其复合材料宏微观形貌的影响

3．2．5 120℃热老化对环氧树脂及其复合材料静态力学性能的影响

3．3 150℃热老化对环氧树脂及其复合材料结构和性能的影响

3．3．1 150℃热老化对浇注体化学结构的影响

3．3．2 150℃热老化对环氧树脂及其复合材料失重的影响

3．3．3 150℃热老化对复合材料玻璃化转变温度的影响

3．3．4 150℃热老化对环氧树脂及其复合材料宏微观形貌的影响

3．3．5 150℃热老化对环氧树脂及其复合材料静态力学性能的影响

3．4 180℃热老化对环氧树脂及其复合材料结构和性能的影响

3．4．1 180℃热老化对浇注体化学结构的影响

3．4．2 180℃热老化对环氧树脂及其复合材料失重的影响

3．4．3 180℃热老化对复合材料玻璃化转变温度的影响

3．4．5 180℃热老化对环氧树脂及其复合材料静态力学性能的影响

3．5 本章小结

第四章 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料影响的对比分析

4．1 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料结构的影响

4．2 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料失重的影响

4．3 不同温度热老化对复合材料玻璃化转变温度的影响

4．4 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料宏微观形貌的影响

4．4．1 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料宏观形貌的影响

4．4．2 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料微观形貌的影响

4．5 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料静态力学性能的影响

4．5．1 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料弯曲强度的影响

4．5．2 不同温度热老化对环氧树脂及其复合材料弯曲模量的影响

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 试验总结

5．2 研究展望

参考文献

发表论文情况和参加科研情况说明

附录

致谢