芳纶纤维/环氧树脂复合材料及与EPDM共固化特性的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sufaya0505
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固体火箭发动机在航空航天领域发挥至关重要的作用,共固化是新一代固体火箭发动机壳体急需解决的关键性问题。以芳纶纤维/环氧树脂复合材料和EPDM构成的共固化体系为研究对象,通过对环氧树脂固化剂的结构设计及固化特性研究和EPDM硫化体系设计及硫化特性研究,建立共固化的试验方法,提高EPDM的交联密度,优化发动机壳体的综合性能是本论文的最终目的。本论文中配制不同浓度的磷酸溶液,然后利用化学法对纤维表面进行处理。通过X射线光电子能谱(XPS)测试表明,大量的极性基团被引入纤维表面。同时,通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)可以观察到纤维表面的形貌的改变,形貌发生改变是因为磷酸对纤维的刻蚀作用。单丝拔出测试表明处理后的芳纶纤维界面性能得到明显改善。处理后的芳纶纤维与环氧树脂形成的复合材料力学性能得到一定程度的改善,弯曲强度由原来的485 MPa增加到512 MPa,同时层间剪切强度(ILSS)由处理前的40.23 MPa增加到50.19MPa。通过分析测试,最终可以确定磷酸溶液处理芳纶纤维的最佳浓度为20%。共固化不仅可以实现环氧树脂复合材料与三元乙丙橡胶两种材料的复合,同时可以通过调整固化体系的固化制度来达到预期的效果。本文对环氧树脂固化、三元乙丙橡胶硫化、共固化体系进行表征,最终得出环氧树脂与固化剂的加入比例为100:34,三元乙丙橡胶硫化时DCP的加入量为3.5 g,进而确定最佳的共固化体系的制度为90℃/2 h+120℃/2 h+150℃/2 h+170℃/1 h。通过对共固化体系进行分析表征,最终得出剥离强度为2.274 N/mm,这表明EPDM与芳纶纤维/环氧复合材料的界面具有较好的粘接性能。氢核磁共振结果表明三元乙丙橡胶的交联密度为3.879(10-5mol/cm3)。通过热重分析可以得出共固化体系的热稳定性的大小。通过层间剪切强度测试确定共固化体系中芳纶纤维的最佳加入量为65%。相比于单独固化时的力学性能,共固化体系的力学性能没有下降。由此可知,在形成共固化体系过程中,复合材料的界面性能没有发生改变。
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