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钨酸锆对CFRP热膨胀性能的影响

作　者: 吴伟萍
导　师: 张东兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 钨酸锆 TDE-85环氧树脂 CFRP 线膨胀系数 微膨胀
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


碳纤维增强环氧树脂复合材料作为一种先进的结构材料,在航空航天等高新技术领域中得到了广泛的开发与应用。但由于CFRP复合材料中的基体固化后存在线膨胀系数大、质脆等缺点,使得基体与增强体的热膨胀系数相差较大,从而使复合材料的尺寸稳定性差,但是在航空航天领域有很多构件是在较宽的温度范围内工作,要求构件具有一定的热稳定性。材料微膨胀性能对提高航空航天结构和电子设备等的热几何稳定性有重要意义。自从发现具有负膨胀效应的材料以后,通过在基体中加入具有负膨胀效应的填料来降低基体的热膨胀系数以实现微膨胀性能越来越受到重视。钨酸锆（ZrW2O8）是一种在0.3～1050K温度范围内都具有很强的各向同性负热膨胀效应的材料,其负热膨胀系数为–8.7×10-6K-1。将ZrW2O8作为添加相与正膨胀材料复合成微膨胀材料已成为一个研究热点。本文利用高纯度ZrW2O8颗粒作为填料改性TDE-85环氧树脂,测试了不同含量下ZrW2O8/TDE-85的线膨胀系数和主要力学性能。试验结果表明:随着ZrW2O8含量的增加,浇注体的线收缩率和热膨胀系数不断下降,当降至一定值后趋于稳定。当ω（ZrW2O8）:ω（TDE-85）=12:100时,浇注体材料的线收缩率和热膨胀系数趋于平缓,其值分别降低为0.15%和13.54×10-6℃-1。与未添加钨酸锆的TDE-85环氧树脂浇注体相比,浇注体试件的线收缩率和热膨胀系数分别降低了89.51%和63.13%。随着ZrW2O8含量的逐渐增加,浇注体材料的弯曲强度和拉伸强度则在增加到一定数值后开始下降。当ω（ZrW2O8）:ω（TDE-85）=12:100时,浇注体材料的弯曲强度和拉伸强度达到最大值,其值分别增加至81.46MPa和132.76MPa。与未添加钨酸锆的TDE-85环氧树脂浇注体相比,浇注体试件的拉伸强度和弯曲强度分别提高了31.28%和22.54%。将配比为ω（ZrW2O8）:ω（TDE-85）=12:100时的树脂液作为基体制备CFRP单向板复合材料,测试其热膨胀系数、弯曲强度、拉伸强度。结果表明:CFRP单向板的热膨胀系数下降为2.57×10-7℃,弯曲强度和拉伸强度分别增加为1687.06MPa和2483.15MPa。与未添加钨酸锆的CFRP复合材料相比,热膨胀系数降低了10.13%,弯曲强度提高了14.22%,拉伸强度提高了9.1%。并建立了复合材料热膨胀系数的理论预测方程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究的意义  9-10
  1.2 微膨胀材料的研究现状  10-14
    1.2.1 结构设计型微膨胀研究  11-12
    1.2.2 材料设计型微膨胀研究  12-13
    1.2.3 微膨胀材料的发展前景及应用  13-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-15
第二章 材料的热膨胀机理分析  15-31
  2.1 正热膨胀材料基本机理  15-19
    2.1.1 材料热膨胀系数与材料其它性能的关系  17-18
    2.1.2 材料热膨胀特征参数  18-19
  2.2 负热膨胀材料基本机理  19-21
  2.3 钨酸锆的负膨胀机理分析  21-24
  2.4 复合材料的热膨胀性能  24-29
  2.5 本章小结  29-31
第三章 试验方案设计及性能测试方法  31-52
  3.1 试验方案设计  31
  3.2 试验用主要原料  31-36
    3.2.1 增强材料的选择  31-32
    3.2.2 树脂基体的选择  32-35
    3.2.3 负膨胀材料的选择  35-36
  3.3 浇注体的制备与性能测试  36-49
    3.3.1 试验材料的准备  36-39
    3.3.2 TDE-85 树脂浇注体的制备  39-45
    3.3.3 氰酸酯树脂浇注体的制备  45-48
    3.3.4 乙烯基酯树脂浇注体的制备  48-49
  3.4 浇注体的性能测试  49
  3.5 CFRP 单向板制备与性能测试  49-50
    3.5.1 单向板的制备  49-50
    3.5.2 单向板的性能测试  50
  3.6 本章小结  50-52
第四章 钨酸锆对材料性能的影响与分析  52-67
  4.1 界面结合  52-54
    4.1.1 添加相和树脂基体的结合  52-53
    4.1.2 添加相/树脂基体/T-700 的界面结合  53-54
  4.2 热膨胀性能  54-57
    4.2.1 树脂浇注体的热膨胀性能与分析  54-56
    4.2.2 CFRP 的热膨胀性能与分析  56-57
  4.3 力学性能  57-61
    4.3.1 树脂浇注体的力学性能与分析  57-60
    4.3.2 CFRP 的力学性能与分析  60-61
  4.4 复合材料热膨胀系数的理论预测  61-64
    4.4.1 单层板的热膨胀系数  61-63
    4.4.2 层合板热膨胀系数  63-64
  4.5 本章小结  64-67
结论  67-68
参考文献  68-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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