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树脂传递模塑技术中树脂低黏度和复合材料高韧性是一个焦点矛盾,“离位”复合增韧技术为这一矛盾提供了一个很好的技术解决方案,而热塑性树脂(TP)/热固性树脂(TS)体系的溶解过程、流变特性及其时间.温度依赖性,对复合材料“离位”增韧中增韧层TP与基体TS间相分离过程与相形态有重要的影响,进而影响工艺参数的设定及材料的最终力学性能、热性能等。
双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料具有优良的耐高温、耐辐射、良好工艺性等特点,在航空等领域发展极为迅速。本文针对航空领域现用TP/BMI复合体系,研究TP与BMI在工艺特性方面的相容性与匹配性问题,并进行新型TP的筛选,通过流变等理化测试表征,建立树脂体系的凝胶模型及流变模型,为树脂的工艺参数选择和优化提供理论依据;采用倒置热台显微镜在线观测树脂体系的分相行为,应用SEM观测材料相形貌,分析树脂韧性变化的机理。
通过采用流变仪对酚酞聚芳醚酮(PAEK-C)/BMI树脂体系流变特性的时间和温度依赖性进行了研究发现,随着PAEK-C含量增加,体系黏度急剧上升的时间均缩短了。随着温度升高,不同PAEK-C含量的体系的初始黏度均减小,而凝胶时间随PAEK-C含量的增加而快速变短。进一步在黏度测试的基础上建立了流变模型,可以较为准确地预测树脂在低黏度阶段的黏度,有利于更加合理地制定工艺参数。
对新型TP/BMI体系进行研究,建立含联苯聚芳醚酮(PAEK-B)/BMI体系的化学流变模型,发现,其化学流变行为与凝胶行为的时间、温度依赖性与PAEK-C相似,流变模型的建立可以更加合理地制定该体系的工艺参数,为提高材料的最终性能奠定基础。而对含磷聚芳醚酮(PAEK-P)/BMI复合树脂体系的研究表明PAEK-P的加入对树脂体系的黏度影响小,这为在基体树脂充模过程中保持低黏度提供一个有利的基础。
通过倒置热台显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察树脂体系的分相结构,结果表明增韧树脂体系中组分间发生了相分离,TP组分形成连续相,而BMI组分形成球状相。TP/BMI/碳纤维(CF)复合材料的微观形貌表明,无论在碳纤维层间还是层内都形成了分相结构。PAEK-P/BMI/CF复合材料的CAI值由162.1MPa提高到187.5MPa,增韧效果良好。