适用于超低温环境的环氧基复合材料设计与力学性能表征

发布时间：2017-11-20 04:17

  本文关键词：适用于超低温环境的环氧基复合材料设计与力学性能表征

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【摘要】：低温技术充斥着我们社会中的方方面面,不仅和我们的生活息息相关,更是在尖端科技领域有着举足轻重的作用。许多国家乃至世界的重要工程项目中都涉及到低温技术的研究与应用,如航空、航天、能源、交通运输及医学等。碳纤维增强树脂基复合材料以其高比强度、高比模量的特点,逐渐成为了航天飞行器的关键材料,在减轻结构重量、提高结构效率等方面优势显著。但是在液氢液氧等超低温环境下,碳纤维增强树脂基复合材料整体结构受到环境的严峻考验,由于其材料结构及性能与传统材料相差甚远,加之增强材料碳纤维与树脂基体热膨胀系数的差异,因此进行超低温下的复合材料力学性能评价显得极其重要。本文首先通过分子结构设计,选取低粘度氰酸酯树脂改性TDE-85环氧树脂,制备出了适用于超低温环境下的环氧树脂基复合材料体系。经过树脂的浸润性能试验和界面微脱粘试验验证,表明改性环氧树脂的表面张力与动态接触角均优于纯环氧树脂,与碳纤维能够形成良好的浸润,复合材料的界面性能优异。其次,利用湿法缠绕成型工艺制备出了改性环氧树脂基复合材料单向板,并依据相关测试标准制备了低温力学性能测试试样。分别进行了-196℃、-150℃、-90℃及室温25℃下的力学性能测试,获得了该复合材料体系的低温力学性能数据,为该复合材料体系在超低温环境下的应用提供了设计的依据。最后,采用SEM方法表征了环氧基复合材料经历不同温度测试后的微观结构。结合低温力学性能实验数据、树脂的分子结构,以及树脂基体材料与碳纤维增强材料间的热膨胀性能差异,揭示了复合材料低温力学性能的演化规律,为复合材料的结构设计与性能预报及其可靠应用提供依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

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