低密度高强度树脂基复合材料制备及性能研究.pdf

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文低密度高强度树脂基复合材料制备及性能研究姓名：韩哲申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：乔英杰2012-03低密度高强树脂基复合材料制备及性能研究摘要随着航空航天材料发展与深海资源开发产业兴起，传统泡沫材料由于难以满足人们的使用要求，逐渐被新兴的低密度高强复合材料取代，成为现代航空航天领域和海洋资源开发的必需装备。在实际中对抗压强度、密度提出了更高的要求，研究和解决树瞻基复合材料的压缩、弯曲强度较低以及密度较大的问题，是保证其能够发挥出性能优越性的重要途径。本文采用热压法以奎l>玻璃微珠为填充剂、以高模量树脂GC-1和E51共

2、混物为基体、以硼胺类594为固化剂制备了低密度高强复合材料，其密度为0．649／em3、压缩强度为47MPa；并以无机短切纤维为增强相制备了纤维增强复合材料，最大可使强度提高33．7％。通过非等温DSC试验，采用外推法研究了GC-1／E51／594固化体系的最佳固化工艺、以OT_awa方程和KissiIlgel"方程计算了固化体系表观活化能；通过等温DSC法，计算了体系固化过程的动力学参数，发现该体系固化过程符合自催化反应机理，且引入扩散因子后经过修正的Kamal模型能够很好的反映体系固化全过程。通过Mori-Tanaka"、法和Turesanyi法预[

3、i贝0了空心玻璃铹蹰淳葫≯阵秭朗匕基复合材料的压缩性能；研究了空心玻璃微珠填充量对材料密度及力学性能的影响：对比了在相同微珠含量下E51体系与GC．1／E51混合树脂体系的性能差异；并研究了无机短切纤维对材料性能的增强效果。结果表明，以Mori-Tanaka法和Turesanyi法预测的压缩强度和模量与试验值吻合较好，可以较准的预测复合材料的压缩性能。随着奎心玻璃微珠填充量的增加，材料密度、强度及模量迅速降低，微珠体积分数为0．64时与0．84时相比，以E51为基的材料体系中压缩强度、压缩模量、弯曲强度、弯曲模量分别下降了57％、28％、23．1％、33

4、2％；以GC．1／E51为基的材料体系中压缩强度、压缩模量、弯曲强度、弯曲模量分别下降了68．9％、41．7％、46％、37．1％；结合断口微观形貌可知，微珠与基体间的弱粘结面等缺陷是应力集中易发点，也是裂纹扩展路径，直接影响材料强度。微珠填充量相同时，以GC．1／E51为基的复合材料强度远大于同水平的ES1材料体系。另外，在纤维增强体系中，基体树脂可以通过界面将应力传递至纤维，从而提高复合材料性能，当纤维质量分数达到6％时这一效果最为明显；但随着纤维含量的增多，纤维浸润程度变差目分散不均，从而与基体纣脂形成弱粘结面，在受外力时从基体中拔出脱粘，使应力传

5、递失效，加速材料破坏。关键词：空心玻璃微珠；纤维增强；固化动力学：压缩性能；弯曲性能哈尔滨工程大学硕士学位论文低密度高强树脂基复合材料制备及性能研究AbstractWiththedevelopmentoftheaemnaulicalmaterialandtheriseofdeep-watermarinereso黼industries，thenewemerginglowdensityhighstmagthcompositematerialhastakenplacethetraditionalplasticfoamgrad瑚aly,forthereasont

6、hatitisdifficulttosatisfy1llerequirementofuse,andbecomethenecessaryequipmentintheaeronauticalfieldandmarineresourcesdevelopment．Tomakesurethatthecompositematerialcanfulfilltheuseoftheadvantageofcapability,withmoreseveredemandincompressivestrengthanddensityinreality,thereisasignit

7、icantapproachexistedlhatisresearchinganddealingwiththeproblemsofcompositematerialiniIIlp【e!酒I屿lowflexuralstrengthandhighdensityaswell．Theexperimentadoptedthehot-moldingto弘qⅪrethelowdensityand11ighstmlgIllcompositematerial,whichtookhoUowglassmicrospheresasfiller,mixtureofhighmodul

8、usresinGC-1andE51asma趣and594as№cr,withth