双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

准值为在 95% 的置信度下, 99% 的性能数值群的最
2 测试结果
小值; B 基准值为在 95% 的置信度下, 90% 的性能
数值群的最小值。热膨胀系数测试结果见表 4和表
力学性能测试结果见表 2 和表 3, 其中的 A 基 5。
表 2 高模量碳纤维 /5405力学性能测试表
试 验温度,
常温 ( 20 )
国内主要的双马来酰 亚胺树脂有 5405、5428、 QY8911、QY9511等 10 几种, 其玻璃化转变温度均 在 220 以上, 较中温固化环氧的典型玻璃化温度 150 ~ 170 要高很多, 与二代改性增韧环氧树脂 的玻璃化温度相当。 5405 是由西北工业大学研制 的高性能复合材料树脂基体, 是一种兼有良好韧性、 工艺性和耐 150 高温的改性 BM I树脂, 固化温度
表 1 测试项目 及测试标准一览表
测试 项目
符号, 单位
常温
- 196
+ 150
测试方法
层间剪切强度 (M P a) 0∃弯曲强度 (M P a) 0∃弯曲模量 (M P a)
ib, M pa
f b
,
M pa
Ef, Gpa
#
#
#
#
#
#
#
GB /T3357 1999
# GB /T3356 1999
#
热膨胀系数 0∃ 热膨胀系数 90∃
( 3) 从弯 曲弹性模量测 试数据 ( 比较平均 值 ) 看, 低温下模量较常温强度要高, 高温时模量略有下 降, 与强度变化规律一样。两种树脂的弯曲弹性模 量在常温、极端低温和极端高温数值大小均相当。
( 4) 从层间剪切强度测试数据 (比较 A 基准值 ) 看, 两种树脂复合材料在极端低温下的层间剪切强 度较常温均略有下降, 高温时, 5405树脂复合材料 略有下降, 5224树脂复合材料略有上升。在整个温 度范围内, 5405树脂复合材料的层间剪切强度变化 幅度为 6. 4M pa, 5224树脂复合材料的层间剪切强 度变化幅度为 7. 4M pa, 均值和变化幅度均在正常范
关键词 卫星 天线 复合材料 力学性能检测
0引 言
双马来酰亚胺树脂 ( BM I)是先进树脂基复合材 料的另一种最常用的树脂基体, 其耐热性能好于环 氧树脂, 但工艺性能较环氧 树脂差, 同 时具有耐湿 热、耐辐射、热膨胀系数小、电性能好及耐磨等特点。 双马来酰亚胺已经广泛应用于航空耐高温结构材料 和透波结构材料中 [ 1] 。
2010年第 3期
The Theory and M ethod of E lectron ic E qu ipm ent Structure D ecoup ling D esign
D ai F eng1 T ang D ex iao1 Sh iM in2
( 1. Ch ina A cadem y of Space T echno logy ( X i&an), X i&an 71000, China; 2. X i&an Institute of Post& T elecomm un ica tion, X i&an 710121, Ch ina)
空间ON IC TECHNOLOGY
117
双马来酰亚胺树脂和环氧树脂 复合材料在极端温度下的性能对比
冀有志 韦娟芳 龚博安
(中国空间技术研究院西安分院, 西安 710000)
摘 要 文章针对卫星复合材 料天线在轨工作 的高、低温 温度环境, 选择了玻璃化 温度在 220 以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的侯 选基体。在常温、极端低温 - 196 和高温 + 150 测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参 数, 包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层间剪切强度和热膨胀系数等。同时, 对统计测试结果进行了分 析, 对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的 复杂性, 选择了改性增韧环氧树脂 5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材 料。
平 均值 (试样数量 = 3) - 0. 81 - 0. 74 24. 7 37. 5
3 测试结果分析
( 1 ) 从数 据的 离散 系数 可以 看 出, 改性 环氧 5224碳纤维复合材料较双马来酰亚胺 5405碳纤维 复合材料的一致性要好。
( 2) 从弯曲强度测试数据 ( 比较 A 基准值 ) 看, 低温下强度较常温强度要高, 这说明两种树脂在低 温下均没有变脆。高温时强度下降, 这符合树脂遇 高温会软化的规律。两种树脂的弯曲强度在极端低 温和极端高温数值大小相当, 但常温下环氧 5224复 合材料较 双马来 酰亚胺 的复合 材料强 度要高 217M pa。
1 测试项目及测试标准
用双 马来酰 亚胺 5405 和改性 增韧环 氧树 脂 5224与高模 碳纤维经 高温固 化制成 单向 带, 根 据 GB /T 9979 2005 !纤维增强塑料高低温力学性能试 验准则 ∀, 其最低测试温度为 - 150 , 这 个温度不
11 8
空间电子技术
2010年第 3期
57. 0 55. 6 58. 0 1. 8 55. 7 54. 7
5
56. 8 55. 8 60. 2 4. 5 53. 4 50. 7
5
试 验温度,
0∃弯曲强度
f b
M
p
a
0∃弯曲模量 EfG pa
层间剪 切强度
i b
M
p
a
表 3 高模量碳纤维 /5224力学性能测试表
常温 ( 20 )
- 196
25 3
21 7
最大值
26 2
27 3
23 0
0∃弯曲模量 EfG pa
Cv%
9. 3
3. 4
2. 6
B 基准值
20 8
24 9
21 9
A 基准值
18 6
24 0
21 3
试样数量
6
6
5
2010年第 3期
冀有志 等: 双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比
层间剪切强度
i b
M
p
a
平均值 最小值 最大值 Cv% B 基准值 A 基准值 试样数量
能涵盖星外天线的最低工 作温度。液氮 温度为 - 196 , 高温 + 150 。在常温、极端低温和极 端高 196 , 在液氮中可以方便实施弯曲强 度和层间剪 温进行力学性能和热膨胀性能测试, 具体测试项目 切强度的测试, 同时在高温也留有一定裕度, 因此就 及标准见表 1。 将空间天线 材料的 鉴定温 度范围 定为低温 -
围内。 ( 5)两种复合材料单向带的热膨胀系数在沿纤
维方向几乎完全一样, 均为 - 0. 8 % 10- 6 / ; 沿垂直 纤维方向, 5405复合材料的热膨胀系数比 5224 复 合材料的热膨胀系数略微大一点。
4 结论
改性环氧树脂 5224高模量碳纤维复合材料较 双马来酰亚胺 5405碳纤维复合材料在数据的一致 性、常温弯曲强度、高温的层间剪切强度等力学性能 上有优势, 热膨胀系数在垂直纤维方向也略小。此 外, 双马来酰亚胺 5405碳纤维复合材料在固化时要 在两个温度台阶上固化, 固化时间长, 工艺铺贴性也 不如 5224, 因此, 最终选用改性增韧环氧 5224为新 型空间天线产品高模量碳纤 维复合材料的树 脂基 体。
20 9
24 6
试样数量
5
5
平均值
59. 0
53. 4
最小值
57. 2
51. 1
最大值
60. 8
57. 0
Cv% B 基准值
4. 4 55. 6
4. 9 50. 0
A 基准值
52. 9
47. 0
试样数量
5
4
119
51. 1 50. 1 52. 9 2. 3 49. 5 48. 3
5
+ 150 96 3 86 1 10 20 6. 4 88 3 81 8 5 22 3 21 2 23 4 3. 5 21 3 20 4 5 57. 5 56. 9 59. 2 2. 3 55. 8 54. 4 5
平 均值 (试样数量 = 3) - 0. 83 - 0. 74 27. 0 40. 6
符号, 单位 1, 10- 6 / 2, 10- 6 /
表 5 高模量碳纤维 /5224热膨胀系数测试结果
名称
温 度范围
单层纵向 ( 0∃) 热膨胀系数 单层横向 ( 90∃) 热膨胀系数
室温 ~ - 196 室温 ~ + 150 室温 ~ - 196 室温 ~ + 150
参考文献
[ 1] 陈祥宝. 聚 合物 基复 合 材料 手册 [ M ] . 第 1 版. 北 京: 化学工业出版社, 2004: 113~ 114
[ 2] 赵渠森, 郭恩明. 先进复合材料手册 [ M ]. 第 1版. 北 京: 机械工业出版社, 2003: 71
(下转第 126页 )
12 6
空间电子技术
180 。 5224为航空材料研究院研制的改性增韧 环氧树脂, 玻璃化温度为 258 , 也是 180 高温固
收稿日期: 2009- 03- 24; 修回日期: 2006- 11- 01
化 [ 2] 。 空间天线一般采用碳纤维复合材料结构。由于
天线暴露于星体外面, 在轨工作时温度变化范围很 大, 最大会达到 - 170 ~ + 130 。因此, 双 马树 脂和改性环氧是两种可以选择的与碳纤维匹配的树 脂。虽然这两种树脂国内在航空产品上已经广泛应 用, 但由于航空应用中的低温只有 - 60 , 它们在 - 170 超低温以下的性能还没有测试数据, 因此, 用双马来酰亚胺 5405树脂和改性环氧 5224分别与 碳纤维相配, 卫星天线在轨工作的极端高温和极端 低温下, 对两种复合材料做了强度、刚度和热膨胀性 能的对比测试, 测试结果表明改型环氧较双马来酰 亚胺树脂在超低温环境下的各项力学指标更优。
12 0
空间电子技术
2010年第 3期
符号, 单位 1, 10- 6 / 2, 10- 6 /
表 4 高模量碳纤维 /5405热膨胀系数测试结果
名称
温 度范围
单层纵向 ( 0∃) 热膨胀系数
室温 ~ - 196 室温 ~ + 150
单层横向 ( 90∃) 热膨胀系数
室温 ~ - 196 室温 ~ + 150
Ab stract A dynam ic m od if ication m e thod is app lied to contro l the response of e lectron ic equipm ent that m od ify ing the nature frequency o f chassis and PCB in the electronic equipm ent to separate them debasing the response of PCB. Tw o m ass spring system of base force v ibration is used to simu late e lectron ic equipm ent and the concepts of coupling system and decoupling system are obtained. T he sim ulations show tha t it&s better to design the electronic equ ipm ent as a decoupling system. F inally, the m ethod o f decoup ling design is analyzed.
平均值
110 0
137 0
最小值 最大值
108 0 111 0
126 0 147 0
Cv% B 基准值
1. 0 108 6
4. 2 129 5
A 基准值
107 4
123 5
试样数量
5
5
平均值
23 1
26 9
最小值
21 9
25 7
最大值
24 3
28 1
Cv%
4. 1
3. 8
B 基准值
21 8
25 6
A 基准值
- 196
+ 150
平均值
105 0
134 0
91 6
最小值
92 9
128 0
86 9
最大值
114 0
138 0
97 8
0∃弯曲强度
f b
M
p
a
Cv%
7. 9
3. 1
5. 0
B 基准值
94 3
128 6
85 7
A 基准值
85 7
124 2
80 9
试样数量
6
6
5
平均值
23 7
26 1
22 7
最小值
19 8
1, 10- 6 / 2, 10- 6 /
#
#
#
#
# Q JB 332A 2004
#
应用 标准全称: ( 1) G B /T 9979 2005纤维增强塑料高低温力 学性能试验准则; ( 2) GB /T 3357 1999 单向 纤维增强 塑料层间剪 切性能
试验 方法; ( 3) GB /T 3356 1999 单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法; ( 4) Q J 332A 2004 刚性固体平均线膨涨系数测试方 法。