空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

doi:10.7527/S1000-6893.2015.0362

材料工程与机械制造

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 | 后一篇

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

田文平, 肖军, 李金焕, 徐挺, 刘婷

南京航空航天大学材料科学与技术学院, 南京 210016

收稿日期:2015-10-22 修回日期:2015-12-29 出版日期:2016-11-15 发布日期:2016-01-06
通讯作者: 肖军,男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:先进复合材料成型技术。Tel.:025-84892980,E-mail:j.xiao@nuaa.edu.cn E-mail:j.xiao@nuaa.edu.cn
作者简介:田文平,女,硕士研究生。主要研究方向:先进复合材料。Tel.:025-84892980,E-mail:861142757@qq.com;肖军,男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:先进复合材料成型技术。Tel.:025-84892980,E-mail:j.xiao@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家“973”计划（2014CB046501）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

Properties of modified cyanate resin and its composites applied to space optical structure

TIAN Wenping, XIAO Jun, LI Jinhuan, XU Ting, LIU Ting

College of Material Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2015-10-22 Revised:2015-12-29 Online:2016-11-15 Published:2016-01-06
Supported by:
National Basic Research Program of China (2014CB046501); Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Eduation Institutions

摘要/Abstract

摘要：

以空间光学结构应用为背景，对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究，包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等；与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料，对其主要力学性能进行了研究。结果表明，改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性，起始固化温度为101.2℃，较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃；拉伸性能以及弯曲性能均有提高，同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右，明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）；树脂的工艺性良好，适合热熔法制备预浸料；应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。

关键词: 氰酸酯树脂, 空间光学结构, 固化特性, 力学性能, 树脂基复合材料

Abstract:

On the background of space optical structure application, the curing characteristic, humidity resistance, mechanical performance and processing of the low temperature curing cyanate resin are researched. The mechanical properties of cyanate resin/carbon fiber HS40 composites are also studied. The results showed that the cyanate resin has excellent curing properties by decreasing the initial curing temperature by 97.4℃ (initial curing temperature is 101.2℃). Tensile properties and flexural properties are also improved. Saturated water absorption rate of the cyanate ester is about 1.3% which is less than those of the bismaleimide resin (4%) and the epoxy resin (5.8%) significantly. The cyanate resin is also suitable to prepare prepreg by hot-melt methods because of its wonderful processing property. HS40/cyanate resin composites made by hot-melt method has excellent mechanical behavior. The tensile strength and modulus are 2 244.5 MPa and 248.0 GPa, respectively.

Key words: cyanate resin, space optical structure, curing properties, mechanical properties, resin matrix composites

中图分类号:

V258
TB332

田文平, 肖军, 李金焕, 徐挺, 刘婷. 空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能[J]. 航空学报, 2016, 37(11): 3520-3527.

TIAN Wenping, XIAO Jun, LI Jinhuan, XU Ting, LIU Ting. Properties of modified cyanate resin and its composites applied to space optical structure[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(11): 3520-3527.

参考文献

[1] 王晓洁, 梁国正, 张炜, 等. 氰酸酯树脂在航空航天领域应用研究进展[J]. 材料导报, 2005, 19(5):70-72. WANG X J, LIANG G Z, ZHANG W, et al. Applications of cyanate ester resin to aircraft and aerospace[J]. Materials Review, 2005, 19(5):70-72(in Chinese).
[2] 李威, 郭权锋. 碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 中国光学, 2011, 3(4):201-212. LI W, GUO Q F. Application of carbon fiber composites to cosmonautic fields[J]. Chinese Optics, 2011, 3(4):201-212(in Chinese).
[3] SHIN U, TOMOHIRO K, RYUZO S. CFRP composite mirrors for space telescopes and their micro-dimensional stability[J]. Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2010, 7739(1):139-144.
[4] ROBERT C R, ROBERT N M. Unique space telescope concepts using CFRP composite thin-shelled mirrors and structures[J]. Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2007:66870U-1-66870U-8.
[5] 郝伟娜, 姚正秋, 陈汉良. 碳纤维复合材料用于光学镜面[J]. 光学技术, 2001, 27(6):505-507. HAO W N, YAO Z Q, CHEN H L. Carbon fiber composite material used in optical mirror[J]. Optical Technique, 2001, 27(6):505-507(in Chinese).
[6] CONNELL S J. Lightweight space mirrors from carbon fiber composites[J]. The Society for the Advancement of Material and Process Engineering, 2002, 38(4):46.
[7] CHRISTOPHER B. Moisture absorption and mechanical properties for high modulus pitch75 graphite fiber/modified cyanate ester resin laminates[J]. Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 1992, 1690:300-308.
[8] 张朋, 张斌, 钟翔屿, 等. 7501氰酸酯树脂及其复合材料性能[J]. 宇航材料工艺, 2013(6):38-40. ZHANG P, ZHANG B, ZHONG X Y, et al. Properties of 7501 cyanate ester resin and its composites[J]. Aerospace Materials & Technology, 2013(6):38-40(in Chinese).
[9] 王磊, 林娜, 潘玲英, 等. 新型改性氰酸酯及其复合材料性能[J]. 宇航材料工艺, 2012(4):45-48. WANG L, LIN N, PAN L Y, et al. Performance of a new type of cyanate ester resin and composite materials[J]. Aerospace Materials & Technology, 2012(4):45-48(in Chinese).
[10] 任鹏刚, 梁国正, 顾嫒娟. 卫星用M40/BADCy复合材料研究[J]. 材料科学与工艺, 2005, 13(6):582-585. REN P G, LIANG G Z, GU A J. Study on M40/cyanate composite for space application[J]. Materials Science & Technology, 2005, 13(6):582-585(in Chinese).
[11] KARAD S K, JINES F, ATTWOOD D. Moisture absorption by cyanate ester modified epoxy resin matrices. Part Ⅱ. The reverse thermal effect[J]. Polymer, 2002, 43:5643-5649.
[12] 仲伟虹, 宋焕成, 张佐光, 等. 一种适于RTM成型的高性能树脂-氰酸酯树脂[J]. 化工新型材料, 1994(11):30-32. ZHONG W H, SONG H C, ZHANG Z G, et al. A high performance resin for RTM molding-cyanate ester resin[J]. New Chemical Materials, 1994(11):30-32(in Chinese).
[13] HAMERTON I, HAY J N. Recent technological developments in the chemistry of cyanate esters[J]. Polymer International, 1998, 47(4):465-473.
[14] 杜谦, 张学军. 环氧树脂改性氰酸酯树脂的研究[J]. 塑料科技, 2010, 38(6):31-35. DU Q, ZHANG X J. Study on epoxy resin modified cyanate ester resin[J]. Plastics Science and Technology, 2010, 38(6):31-35(in Chinese).
[15] 杨洁颖, 梁国正, 王结良, 等. 氰酸酯/线性酚醛/环氧树脂三元体系的研究[J]. 航空学报, 2003, 24(5):462-465. YANG J Y, LIANG G Z, WANG J L, et al. Study on cyanate ester/epoxy resin/novolac resin co-curing system[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2003, 24(5):462-465(in Chinese).
[16] 朱雅红, 马晓燕, 颜红侠, 等. 双酚A型氰酸酯/端羧基丁腈橡胶共混物的制备工艺和性能[J]. 航空学报, 2005, 26(6):759-763. ZHU Y H, MA X Y, YAN H X, et al. Curing process and properties of BCE/CTBN blends[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2005, 26(6):759-763(in Chinese).
[17] 李文峰, 辛文利, 梁国正, 等. 氰酸酯树脂的固化反应及其催化剂[J]. 航空材料学报, 2003, 23(2):56-62. LI W F, XIN W L, LIANG G Z, et al. Cure reaction of cyanate ester resins and the catalyst[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2003, 23(2):56-62(in Chinese).
[18] 戴善凯, 顾嫒娟, 梁国正, 等. 氰酸酯树脂的固化催化研究新进展[J]. 材料导报, 2009, 23(5):57-60. DAI S K, GU A J, LIANG G Z, et al. New research progress on catalytic curing of cyanate ester resin[J]. Materials Review, 2009, 23(5):57-60(in Chinese).
[19] 李文峰, 刘建勋, 辛文利, 等. 有机锡化合物催化氰酸酯树脂的性能[J]. 航空学报, 2004, 25(5):513-515. LI W F, LIU J X, XIN W L, et al. Properties of cyanate ester resin catalyzed by organic tin compound[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2004, 25(5):513-515(in Chinese).
[20] XACHARIA R E, SIMON S L. Effect of catalyst on the thermal degradation of a polyisocyanate thermosetting system[J]. Journal of Applied Polymer Science, 1997, 64(1):127-131.
[21] 包建文, 陈祥宝. 新型耐湿热环氧树脂的湿态性能[J]. 材料工程, 1998(3):7-9. BAO J W, CHEN X B. The wet property of a new wet/hot-resisting epoxy resin[J]. Journal of Materials Engineering, 1998(3):7-9(in Chinese).
[22] COGGWELL F N, HEZZELL, WILLIAMS P J. Fibre-reinforced composites and methods for producing such composites:EPO0056703[P]. 1982.
[23] DAVID B. Low temperature cure cyanate ester prepreg materials for space applications[C]//Proceedings of the European Conference on Spacecraft Structures. Noordwijk:European Space Agency, 2001:121-128.
[24] 陈烈民. 碳纤维复合材料在卫星太阳阵结构中的应用[J]. 宇航材料工艺, 1992, 22(1):5-8. CHEN L M. Application of carbon fiber composites in the structure of satellite solar array[J]. Aerospace Materials & Technology, 1992, 22(1):5-8(in Chinese).

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

Properties of modified cyanate resin and its composites applied to space optical structure

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张超, 曹勇, 赵振强, 张海洋, 孙建波, 王志华, 蔚夺魁. 树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用与关键技术研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 28556-028556.
[2]	韩剑, 孙士勇, 牛斌, 杨睿, 吴东江. 树脂基复合材料点阵结构的制造技术研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(9): 628255-628255.
[3]	张志强, 于子鸣, 张天刚, 杨倩, 王浩. 激光熔覆TiC _x 增强钛基复合涂层组织与增强相第一性原理研究[J]. 航空学报, 2023, 44(8): 427294-427294.
[4]	赵楠, 李多生, 叶寅, 刘奋成, 江五贵. 激光选区熔化成形GH5188合金微观组织及性能[J]. 航空学报, 2023, 44(19): 428332-428332.
[5]	孙洋, 黄建, 韩晨晨, 赵振强, 周海丽, 孙方方, 李超, 张超, 张立泉. 二维与三维机织复合材料面内力学性能对比[J]. 航空学报, 2023, 44(18): 428267-428267.
[6]	陈江波, 曾凯, 邢保英, 张洪申, 丁燕芳, 何晓聪. 铝合金-胶膜压印/粘接复合连接工艺及接头失效分析[J]. 航空学报, 2023, 44(14): 428029-428029.
[7]	张伟, 王彬文, 樊俊铃, 詹绍正, 焦婷, 杨宇. 基于多模式超声成像的CFRP冲击损伤无损表征与冲击后压缩强度预测[J]. 航空学报, 2023, 44(1): 426635-426635.
[8]	赵天, 李营, 张超, 姚辽军, 黄怿行, 黄治新, 陈诚, 汪万栋, 祖磊, 周华民, 裘进浩, 邱志平, 方岱宁. 高性能航空复合材料结构的关键力学问题研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(6): 526851-526851.
[9]	刘增飞, 刘凯, 张斌斌, 李雪枫, 葛敬冉, 黄建, 李超, 孙新杨, 孙煜, 梁军. 纱线规格对3D机织复合材料拉伸性能的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(6): 525453-525453.
[10]	赵可汗, 刘多, 朱海涛, 陈斌, 胡胜鹏, 宋晓国. 钎焊温度对C/C/AgCuTi+C_f/TC4接头组织及力学性能的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(4): 525007-525007.
[11]	王秒, 王微, 杨云龙, 檀财旺, 王刚. 钎焊时间对CoFeNiCrCu高熵钎料钎焊SiC陶瓷接头组织与性能的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(4): 525057-525057.
[12]	陈波, 孟正, 马程远, 席鑫, 王昕欣, 檀财旺, 宋晓国. 扫描振镜激光TC4钛合金焊接性能及熔池流动行为[J]. 航空学报, 2022, 43(4): 525223-525223.
[13]	李晓鹏, 韩瑞, 钱旭升, 张秉刚, 王克鸿. 添加硼元素对Ni-25at% Si/Ti600接头组织性能的影响规律[J]. 航空学报, 2022, 43(2): 625069-625069.
[14]	姜春阳, 吴利辉, 常云龙, 薛鹏, 倪丁瑞, 肖伯律, 马宗义. 铝合金与树脂基复合材料的铆接/搅拌摩擦搭接复合焊接[J]. 航空学报, 2022, 43(2): 625190-625190.
[15]	杨炳鑫, 马运五, 山河, 杨天豪, 孙靖, 李永兵. 2A12-T4铝合金自冲摩擦铆焊接头力学行为研究[J]. 航空学报, 2022, 43(2): 625111-625111.