环氧树脂基形状记忆复合材料的研究

论文摘要

空间展开结构技术可以较为容易地构建大型空间结构,降低空间运载体积与发射成本。热固性树脂基形状记忆复合材料是展开结构的理想材料,能够在地面进行折叠封装,在轨通过加热可靠展开。本文开发一种形状记忆环氧树脂,对其性能、形状记忆原理进行研究;针对树脂体系存在的脆性问题,对树脂体系进行改性。采用差示扫描量热分析（DSC）测试了树脂体系的玻璃化转变温度（Tg）,在Tg之上进行形状折叠变形,确定出具有形状记忆效应的树脂配比。采用动态力学分析（DMA）测试了树脂体系的存储模量与损耗角正切随温度变化关系,计算了树脂的交联度,分析存在形状记忆效应的条件。测试了树脂体系的折叠-展开回复形状记忆性能,研究了交联度对形状折叠应变和树脂体系力学性能的影响、树脂体系在经历一系列的热机械变形后回复原来形状的能力,形状回复温度对回复时间和力学性能的影响、形状变形循环次数对形状记忆性能和力学性能的影响。结合测试结果分析了环氧树脂的形状记忆机理。分别采用蒙脱土与纳米SiO2对制备的形状记忆环氧树脂进行增韧改性。拉伸性能测试表明填加含量为3%的蒙脱土体系断裂伸长率增加,扫描电镜（SEM）观察其为韧性断裂,XRD测试表明蒙脱土在环氧树脂中分散良好,动态力学分析显示增韧体系具有形状记忆效应,同时模量的升高使其形状记忆效应增强,形状记忆性能测试显示,加入蒙脱土后,环氧树脂的形状回复时间缩短;随着测试温度的升高,增韧体系的回复时间缩短,回复速率加快。该体系具有优良的形状记忆性能;用纳米SiO2改性环氧树脂体系,改性树脂体系的强度和模量提高,但韧性没有得到有效改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 形状记忆聚合物国内外研究发展现状
• 1.2.1 形状记忆聚合物的形状记忆机理
• 1.2.2 形状记忆聚合物发展现状
• 1.3 形状记忆环氧树脂及其复合材料的国内外发展现状
• 1.3.1 形状记忆环氧树脂的国内外发展现状
• 1.3.2 环氧树脂基形状记忆复合材料国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品和仪器设备
• 2.1.1 主要实验药品
• 2.1.2 主要实验设备
• 2.2 形状记忆环氧树脂体系的制备
• 2.2.1 树脂体系配方设计
• 2.2.2 树脂体系的制样过程
• 2/形状记忆环氧复合材料的制备'>2.3 纳米SiO₂/形状记忆环氧复合材料的制备
• 2/环氧树脂体系的选材'>2.3.1 纳米SiO₂/环氧树脂体系的选材
• 2/环氧树脂体系的制备过程'>2.3.2 纳米SiO₂/环氧树脂体系的制备过程
• 2.4 蒙脱土/形状记忆环氧复合材料制备
• 2.5 测试方法
• 2.5.1 形状记忆环氧树脂及其复合材料玻璃化转变温度
• 2.5.2 形状记忆环氧树脂及其复合材料动态力学性能
• 2.5.3 力学性能测试
• 2.5.4 树脂断面形貌观察（SEM）
• 2.5.5 X射线衍射分析
• 2.5.6 形状记忆性能测试
• 第3章 形状记忆环氧树脂体系性能研究
• 3.1 DSC分析不同交联树脂体系的玻璃化转变温度
• 3.2 形状记忆环氧树脂体系动态力学分析和交联度的计算
• 3.2.1 树脂体系动态力学分析
• 3.2.2 树脂体系交联度的计算
• 3.3 对形状记忆环氧树脂体系力学性能的影响因素
• 3.3.1 交联度对力学性能的影响
• 3.3.2 温度对力学性能的影响
• 3.3.3 形状折叠-展开回复循环次数对力学性能的影响
• 3.4 形状记忆环氧树脂体系的形状记忆性能测试
• 3.4.1 形状固定率
• 3.4.2 形状回复率
• 3.4.3 形状回复温度对形状记忆性能的影响
• 3.4.4 回复循环次数对形状记忆性能的影响
• 3.5 形状记忆环氧树脂体系形状记忆原理
• 3.5.1 环氧树脂形状记忆效应的基本原理
• 3.5.2 橡胶弹性理论对树脂体系形状记忆特性的解释
• 3.5.3 粘弹性理论对树脂体系形状记忆特性的解释
• 3.5.4 影响树脂体系形状记忆效应的因素
• 3.6 本章小结
• 第4章 形状记忆环氧树脂体系增韧研究
• 2改性环氧树脂体系的研究'>4.1 纳米SiO₂改性环氧树脂体系的研究
• 2改性形状记忆环氧树脂体系的玻璃化转变温度'>4.1.1 纳米SiO₂改性形状记忆环氧树脂体系的玻璃化转变温度
• 2改性形状记忆环氧树脂体系的动态力学性能分析'>4.1.2 纳米SiO₂改性形状记忆环氧树脂体系的动态力学性能分析
• 2含量对环氧树脂体系力学性能影响'>4.1.3 纳米SiO₂含量对环氧树脂体系力学性能影响
• 2改性环氧树脂体系形貌观察'>4.1.4 纳米SiO₂改性环氧树脂体系形貌观察
• 2改性对树脂体系形状记忆性能的影响'>4.1.5 纳米SiO₂改性对树脂体系形状记忆性能的影响
• 4.2 蒙脱土改性环氧树脂研究
• 4.2.1 蒙脱土改性环氧树脂体系的X射线衍射分析
• 4.2.2 蒙脱土含量对环氧树脂体系力学性能影响
• 4.2.3 蒙脱土改性环氧树脂体系形貌观察
• 4.2.4 蒙脱土改性环氧树脂体系的动态力学性能分析
• 4.2.5 蒙脱土改性环氧树脂体系对形状记忆性能的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢