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1、耐低温预浸料树脂体系设计与复合材料评价及增韧机制研究为满足太空中苛刻环境要求, 碳纤维复合材料贮箱需具备良好耐高低温性能( 液氮温度为 -196 , 运载器进入大气层时温度139) 。为了提升环氧树脂基体的低温韧性 , 同时满足热熔预浸料树脂体系的工艺要求, 亟需开展对耐低温预浸料用环氧树脂体系的分子设计研究。本论文采用热塑性塑料增韧改性环氧树脂基体, 开发了耐低温用树脂体系,并应用于热熔法碳纤维预浸料的制备, 实现了改善低温韧性与预浸料工艺制备的统一。1. 比较了不同热塑性塑料增韧树脂体系的低温韧性、高低温性能和微观形貌。与聚醚酰亚胺 (PEI) 、聚醚酮 (PEK)、杂萘联苯聚芳醚砜 (P
2、PES)相比 , 聚醚砜(PES)可添加的最大用量相对较高, 对树脂体系低温韧性和耐低温性能的提升更明显。微观形貌表明PES与环氧树脂相容性较好 , 形成了半互穿网络结构。2. 考察了不同用量 PES增韧树脂体系低温性能、微观形貌 , 提出了增韧机制模型。结果表明 , 随 PES用量增加 , 体系低温韧性逐渐提升 , 其中当 PES用量为 40份时 , 增韧树脂体系 (EP/PES40体系 ) 在-196 的冲击强度和断裂韧性分别提升了 27%和 169%；同时次级转变温度 (T ) 向低温方向移动、低温线膨胀系数 (CLTE)逐渐提高、断面上脊状突起越来越明显。低温增韧机制模型表明 ,PES
3、 在低温下通过减弱空间位阻效应、增大自由空间和自由体积 , 提升体系中柔性链段的运动能力和空间, 增强了树脂基体塑性形变的能力。 3. 选用 EP/PES40树脂体系 , 分析了粘温曲线和凝胶时间, 设计了热熔法制备工艺 , 并制备了 T800 碳纤维预浸料 , 评价了复合材料的低温层间断裂韧性、界面剪切强度和微观形貌。与 25时相比 , 低温下型和型层间断裂韧性(G C 和 GC)分别提高了30%、23%,层间剪切强度 (ILSS) 提高了 77%,表明材料在低温下具有良好的抑制层合分离的能力。“波纹状”特征与梳状结构的微观形貌表明了复合材料在低温下的增韧机制：韧性树脂基体通过引导裂纹偏转、 增大塑性区域面积阻碍裂纹扩展,树脂基体与碳纤维间优良的界面作用促进了应力的有效传递。