超支化硅氧烷改性环氧树脂基复合材料低温耐久性研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着航天事业的发展,拥有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强[1-3]等特点的碳纤维增强环氧树脂基(CF/EP)复合材料在液氢、液氧等超低温环境中的使用受到了极其广泛的重视。轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料也成了替代金属材料,制备航天运载器上贮箱的首选材料之一。但当CF/EP复合材料用来储存超低温液体时,在室温-超低温-室温的温度循环过程中基体材料会产生微裂纹,并且随着循环次数的增加而增大,从而造成缺陷,使得复合材料的性能下降进而影响其可靠性。同时由于环氧树脂基体和碳纤维热膨胀系数的差异较大,从而导致微裂纹在树脂基体中产生及生长,对碳纤维复合材料的低温力学性能有显著的影响[4]。因此,提高树脂基体和复合材料的在低温下的界面性能对复合材料在超低温环境中的长期使用至关重要。

美国国家航空航天局(NASA)早在20世纪90年代中期就已经开始对低温复合材料贮箱在运载火箭上的使用进行过研究,并且成功在火箭和飞机等的液氧燃料贮箱上实现了对碳纤维增强树脂基复合材料的应用[5, 6]。此后人们便开始了在低温复合材料性能领域的研究,目前国内外对于纤维增强树脂基复合材料在超低温下的使用的研究主要集中于对树脂和纤维的改性两个方面。其中对于树脂基体的研究主要是对现有已广泛应用的树脂进行改性。例如环氧树脂因具有力学性能优异、收缩率低、粘接性强、耐腐蚀性能优良[7, 8]等特点,常用来作为低温复合材料压力容器的基体材料。但同时由于环氧树脂固化后交联密度高、质脆、耐冲击性差[9, 10],因此对环氧树脂的增韧改性显得尤为重要。黄凯[11]等用液态丁腈橡胶对环氧树脂进行增韧改性,成功制备出了液态丁腈橡胶/环氧树脂复合材料。研究结果表明,液态丁腈橡胶能够增韧环氧树脂,并使其从脆性断裂变为韧性断裂。

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