高温聚合物基复合材料及其树脂的湿热耐久性与热老化行为预测

摘要整理

本研究旨在通过网络结构与力学及热学性能的相互关系，预测真实服役环境下双马来酰亚胺（BMI）体系固化引起的玻璃化转变温度（Tg）升高以及伴随的基体和复合材料力学性能劣化，这些特性是组分（初始单体比例）和时温固化循环的函数。在23℃、177℃和250℃三个温度下，测定了四种BMI组分在六种不同固化循环（或固化程度）下的拉伸和弯曲性能，并将其与体系的Tg和密度相关联。此外，对双马来酰亚胺（BMI）和各种聚酰亚胺（PI）-碳纤维复合材料及其纯树脂的湿热耐久性进行了系统研究。研究内容包括湿气和热暴露的综合影响，例如高达250℃的湿热冲击、以及在各种时温湿条件下的湿热老化（包括160℃和110 psi饱和蒸汽环境下的加速老化），对微观损伤、聚合物基体物理结构状态以及这些复合材料和纯树脂的残余性能的影响。在热冲击过程中，湿润K3B聚酰亚胺碳纤维复合材料在229℃时出现起泡。结果表明，湿热性能稳定性是未来航空航天应用的关键指导原则之一，特别是对于聚酰亚胺复合材料。本文还讨论了K3B和AFR700B等聚酰亚胺基体在湿热暴露下的物理和化学结构状态，包括水解化学降解、水蒸气诱导的物理损伤以及分子级束缚水。这些结构状态通过系统化的重量监测、2H核磁共振（NMR）以及在D2O水环境下进行的各种热学和力学性能测量进行表征。

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