设计并制备了一种先进复合材料用新型高性能RTM树脂基体，它以二烯丙基双酚A（BA）改性双马来酰亚胺（BMI）为基本组成，采用经γ缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（
KH560）水解而成的超支化聚硅氧烷（HBPSi）为活性稀释剂。系统探讨了树脂的工艺性能和
固化物的耐热性和韧性。研究结果表明，HBPSi的加入不仅可以有效降低改性BMI树脂的粘度
，而且可以提高固化物的耐热性和韧性。

采用聚乙二醇400与TDI合成了—NCO∶—OH不同摩尔比的低粘度PU预聚体，研究了预
聚体的异氰酸值、粘度、储存期的变化；并将不同的预聚体以不同质量比分别加入到端羟基
UPR中，研究UPR性能的变化并对其进行红外表征和SEM形貌分析。结果表明，减小—NCO∶—
O
H摩尔比，有利于合成分子量大、储存期长的PU预聚体；PU预聚体加入到UPR中时，异氰酸酯
基和端羟基UPR发生扩链反应，当PU预聚体质量分数为15％时冲击强度提高了15％，质量分
数为10％时，热
变形温度提高6 ℃，有效地提高了UPR的冲击性能和热变形温度；当PU预聚体中—NCO∶—OH
摩尔比减小时，有利于进一步提高UPR的冲击性能和热变形温度，使冲击断面呈现韧性断裂
。

芳炔树脂具有优良的工艺性能和耐热性能，将成为重要的高性能树脂基体。利用格氏试剂法
合成了含硅氧烷芳炔树脂（SiOAR），通过FT-IR、1H-NMR、13-C-NMR、GPC、DSC、DMA和TGA等技术对树脂的结构和性能进行了较全面的表征。结果显示，SiOAR在室温下是
粘性液体，能溶解于常用溶剂；树脂固化反应放热量低，能在200 ℃左右固化；树脂固化物
的玻璃化转变温度高于350 ℃；在氮气和空气中，热分解温度Td5(失重5%时的温
度)分别达589 ℃和556 ℃。

以对羟基苯甲酸（HBA）、4,4联苯二酚（HB）、1，3二溴丙烷（DP）、对苯二甲
酸（TA）为共聚物单体，采用熔融直接缩聚的方法，一步混合直接投料聚合出全芳香族液晶
共聚酯。该合成方法反应条件温和，产物分子量高。用红外（FIR）、差热分析（DSC）、偏
光显微镜（POM）等测试分析手段对共聚酯的结构、热性能和液晶特性进行了表征。研究结
果表明，合成所得的热致液晶共聚酯呈现明显的向列性热致液晶的特性。取代基的引入降低
了共聚酯的熔点，而取代基链长直接影响共聚酯的熔点。

采用高温本体聚合方法，由邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）单体在2, 3-二甲基-2，3-二苯基丁烷（DMDPB）引发下直接聚合成DAP预聚体，提高DAP单体转化率达到40％以上。确
定了合适的聚合温度范围为190～220 ℃。测定了不同聚合温度下DAP的凝胶时间，通过测
定DAP单体在高温聚合凝胶前转化率的变化，研究DAP单体高温聚合反应动力学。DMDPB用量为0.5％的条件下，此反应体系的反应活化能为Ea=97.45 kJ/mol，反应级数近似为二级反应。

采用裂解气相色谱质谱联用法(PyGCMS)，对氨酚醛树脂进行了研究。优化了
PyGCMS研究酚醛树脂的实验条件。通过分析酚醛树脂的裂解碎片，得到树脂各自的酚单体
，甲基酚单体及单体之间连接情况。并得到了氨酚醛的投料比与热解性能的关系。

利用实验室自行设计制造的微层共挤出装置制备了2种交替层状高分子阻隔材料，
即HDPE/PA6和PP/(EVOH+PP)。对于HDPE/PA6样品，连续的HDPE和PA6层沿挤出方向交替排列
，PA6作为阻隔材料分布于HDPE层间，是一种理想的串联多层板形态，串联分布的方向与非
极性小分子的渗透方向垂直。也就是说小分子在该材料中渗透时必然经过每层PA6，从而提
高材料的阻隔性能。对于PP/(EVOH+PP)，随着层数的增加，EVOH在PP基体中的分散形态由零
维球形变为一维纤维状，进而演变为二维片状。这些形态导致小分子气体在材料中的渗透路
径变长，从而材料的氮气渗透系数大幅度降低。相容剂含量和层数对交替微层高分
子复合材料阻隔性能的影响同时被研究。

利用Fenton试剂处理多壁碳纳米管(MWNTs)，采用原位复合法制备多壁碳纳米管/氰酸酯(M/B
)与羟基化改性的多壁碳纳米管/氰酸酯(M—OH/B)复合材料。研究结果表明，Fenton试剂处
理能在MWNTs表面接枝羟基(—OH)；MWNTs的加入导致材料的Tg降低，耐热性下降；而MWNTs—OH的加入，使得材料的Tg基本保持不变，且热稳定性显著提高。复合材料的介电常数随
多壁碳纳米管的含量增加而迅速增加，但当多壁碳纳米管的含量到达一定程度后介电常数反
而下降。M—OH/B复合材料发生渗流效应时的渗流阈值大于M/B复合材料的相应值；发生渗流效应时，复合材料的介电常数和介电损耗都随实验频率增加迅速降低。

首先采用溶液插层法制备聚醚酰亚胺（PEI）/有机化蒙脱土（OMMT）插层型纳米复合
材料，然后利用熔融共混的方法将以上制备的二元复合材料与聚醚醚酮复合，制备聚醚醚酮
（PEEK）/聚醚酰亚胺（PEI）/有机化蒙脱土（OMMT）（PPIMs）三元复合材料。XRD和TEM结果显示，蒙脱土在PEEK/PEI（PPIM）二元基体中以剥离或者插层的状态存在。DSC研究发现：PPIMs与PPIM相比Tg升高，Tc、ΔHc 、Tm、ΔHm、Xc随着OMMT的添加量的升高而降低。TGA结果显示OMMT的加入提高了PPIM二元基体的热稳定性。PPIMs的模量和强度，随着OMMT的添加量的增加呈递增趋势，断裂伸长率逐渐降低。

SY-P11发泡胶是为某重要天线罩工程任务而研制的。SY-P11发泡胶主要成分为环氧树脂、聚砜、发泡剂和一些功能性填料组成，通过混炼压延成型。对SY-P11发泡胶进行了热分
析和力学性能测试。通过热分析，确定了该发泡胶的固化温度。所测试的基本性能包括固化
挥发物含量、固化后密度、室温、80 ℃的厚胶层剪切强度以及电性能。还进行了加速老化试
验和耐介质试验以评估其耐久性能。研究结果表明，SY-P11发泡胶的综合性能达到了研制指
标，耐环境性能优良。多批次的性能数据统计表明该胶粘剂具有良好的稳定性。SY-P11发
泡胶广泛用于雷达天线罩和运输机部件的制造。

采用上下层为树脂基复合材料，中间为阻尼层，复合材料与阻尼层通过锁式缝
合进行连接制得三维缝合夹层结构复合材料。通过对三维缝合结构中的芯材进行设计，选用
不同的阻尼材料，以得到既具有较佳阻尼性能，又具有一定结构强度的复合材料。通过测定
三维缝合夹层结构复合材料的各项性能，得到的最佳体系是采用环氧树脂复合材料结构层、
阻尼层为丁苯橡胶的三维缝合夹层结构，其阻尼比为2.72，弯曲强度为37.84 MPa，弯曲模
量达到0.92 GPa，冲击韧性为152.2 kJ/m²。

为考察不同耐温等级复合材料预浸料自动铺带工艺适宜性，研究了不同环氧及双
马树脂体系预浸料的室温粘性，并给出预浸料分级的评分方法。结果表明：低温环氧LT03A/
T700、中温环氧3234/T700、高温环氧5228A/T700为1级，适合室温自动铺带成型工艺；低温
环氧LT03/T700、高温环氧5228/T700、双马5429/T700为2级不适合室温自动铺带成型工艺。
对确定的预浸料体系自动铺带工艺适宜性方法进行了自动铺放工艺验证，证明预浸料体系自
动铺带工艺适宜性的判定方法是有效的。

研究了机加工艺参数（转速、进给量）对GF/E层合板孔微观形貌及螺栓连接强度的影响
。实
验选取了几组转速、进给量参数，结果表明：转速较大和较小时制孔形貌较好，具体为转速
为200 r/min和2 000 r/min时孔表面微观损伤较小，孔面比较光滑；进给量对孔微
观形貌也有一定影响，但较转速的影响小，具体为进给量越小孔微观形貌越好。转速对挤压
强度的影响规律与对孔形貌的影响一致，为转速较大和较小时，挤压强度较高，但进给量对
挤压强度却几乎没有影响。

针对在蜂窝夹层结构件制造过程中的关键工序——“蜂窝预粘接”中出现的发泡
胶发泡不充分、内部孔隙过大等影响粘接质量的问题进行研究，通过对发泡胶的发泡机理及
工艺特性进行分析，找出了影响预粘接发泡质量的原因。在对比几种典型复合材料蜂窝夹层
结构成型工艺的基础上对原有成型方法进行改进，确立了采用双真空袋成型的工艺方法进行
蜂窝预粘接，取得了比较满意的效果。

采用实验室自制的微层共挤出设备，通过不同数目的分层叠加单元，制备了1～128层多壁碳纳米管(WMNTs)填充聚丙烯复合材料。SEM结果表明，WMNTs经过数个分层叠加单元
后，能够沿着挤出方向取向、有序排列。PLM测试发现，128层样品在等温结晶初始阶段出现
了明显的纤维状亮条而不是传统的球形状亮点。DSC证明，WMNTs具有很强的异相成核作用，
微层挤出样品的结晶尺寸分布比1层样品更宽。微层挤出技术不需要以牺牲材料韧性为代价
以达到增强的目的。所制得复合体系的断裂伸长率与拉伸强度均随着层数增加而提高。

研究了缩水甘油醚类（E51）和缩水甘油胺类多官能度环氧树脂（WHUT170）/玻璃纤维
复合材料湿热老化处理后的电性能。结果表明：样品在100 ℃沸水中处理3 h后，E-51复合材料的介电常数和介电损耗分别增大12.1%和619.3%，表面电阻率和体积电阻率分别减小92.2%和94.2%，变化幅度均比WHUT170大；样品在温度为75 ℃、湿度为75%湿热老化处理
过程中，复合材料的介电常数和介电损耗明显增加，表面电阻率和体积电阻率降低了1个数
量级，E-51复合材料电性能比WHUT-170变化显著；由此可以看出WHUT-170复合材料湿热老化处理后绝缘性能更高。

采用实验室自制的有机络合物NLB作为第3组分，采用插层聚合的方法制备了水基
纳米复合材料。通过对该种材料的屈服应力、松弛时间、表观粘度和形变等性能的研究，优
化了第3组分的用量及其在最佳用量时的流变性能。结果表明，第3组分质量分数为0.15%
时，合成的材料的松弛时间为36.578 s，表观粘度达到最大值10 004.7 Pa·s，形变为32.0
%，得到材料的流变性能最优。

深油井复合材料高压油管轴向拉伸载荷大，螺纹接头部分易出现拉脱失效，为提高接头的连接强度，采用Z-pin-技术增强最薄弱的螺纹连接部分。结果表明：在轴向拉伸载荷下
，植入少量的Z-pin能显著提高螺纹接头的连接强度，改善各齿的应力分布，提高齿根部纤
维层的层间剪切强度。基于试验观察和数据分析，深入研究了螺纹接头的破坏模式和Z-pin
技术的增强机理，其增强机理是植入的Zpin在层间裂纹处形成桥接区域，从而有效地的阻
止了早期裂纹的扩展，提高了接头的破坏载荷。

研究分析了T300B碳纤维、T700SC碳纤维和 NCF碳纤维的表面物理和化学特性，
并对其增强的BMI01双马树脂基复合材料的界面性能进行了比较和分析。结果表明，T300B
纤维表面有明显的沟槽，T700SC纤维表面平滑，NCF碳纤维表面的沟槽深度处于二者之间，
3种碳纤维表面上浆剂的种类和结构不同。T300B碳纤维和NCF碳纤维增强的BMI01树脂基复合材料的室温和高温界面强度的绝对值相近，均大于相应的BMI-01/T700SC复合材料体系，但后者具有较高的高温湿态界面强度保持率。

现代的飞艇蒙皮材料要求具有低面密度、较高的力学性能和气体阻隔性能，一般采用
多层复合结构，包括承力层、阻隔层、耐环境和气候层。对高性能蒙皮材料各功能层进
行了分析，着重研究了蒙皮材料的氦气阻隔性能和力学性能。对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜
进行金属化改性后蒙皮材料的氦气阻隔性能大幅度提高，蒙皮材料的氦气透过量为 0.012 L/m2·d·0.1 MPa，具有优异的阻隔性能，且金属膜与基膜具有足够的附着力。试验了包
括聚对苯撑苯并双〖唑纤维在内的几种高性能纤维织物的增强效率和组织形式对织物性能的影响，其中聚对苯撑苯并双唑纤维制备的增强织物具有较高的增强效率，达到18.87 (N·cm^-1)/(g·m^-2)。

以UP-191#，VE-3201和WHUT-170树脂为基体，制备了玻璃纤维增强塑料NOL环，研究了温度在Tg±20 ℃附近对其拉、压性能的影响。结果表明：随着环境温度的上升，树脂基体由玻璃态向橡胶态转变，NOL环的拉伸强度下降，而拉伸模量则先下降后上升再下降，拐点分别出现在Tg-20　℃、Tg ℃附近；NOL环压缩试件的压缩强度和压缩模量则都会出现下降。

用聚乙二醇200与TDI合成低分子量聚氨酯预聚体，与合成的端羟基不饱和聚酯树脂共
混改性，制备出高拉伸强度高断裂伸长率的UPR。研究了PU含量以及UPR主链中己二酸含量对
UPR拉伸性能的影响，并用扫描电镜对拉伸断面进行分析。结果表明：PU含量在7%～15%的范
围内，树脂的拉伸强度和断裂伸长率都具有较高的水平，最高可以达到拉伸强度67.5 MPa，
断裂伸长率6.01%；随着UPR树脂中己二酸含量的增加，PU改性树脂的拉伸强度先升高再降低
，己二酸含量为20%时出现极大值，达到76.4 MPa，与改性之前相比提高128%；UPR树脂加入
己二酸后，拉伸断口均为韧性断裂，并随PU含量的增大，韧性逐渐变差。

探索采用酚醛纤维代替传统的玻璃纤维、高硅氧纤维及碳纤维，用于防热材料
增强体，并对复合材料的力学性能、热物理性能、燃气流动态烧蚀性能、石英灯静态隔热性
能几方面进行了相应的测试。研究表明：该复合材料与传统烧蚀防热材料相比密度更低、隔
热性能更好；燃气流烧蚀试验后的材料表面碳层较为致密且结构完整；在热流密度17.3 k
W/m2，总加热时间300 s，以及热流密度150 kW/m2，总加热时间150 s 2个石英灯静
态加热条件下，相比同样厚度的高硅氧/酚醛复合材料在减重、隔热方面具有一定的优势。

采用不同含量的氰酸酯（CE）改性环氧树脂（EP）并制备了CE/EP/有机粘土（OMMT）
三元纳米复合材料，利用红外光谱（FTIR）、透射电镜（TEM）表征了其共固化过程和微观
结构，测试了力学性能。结果表明，有机粘土（OMMT）的加入不影响CE/EP的固化过程，OMMT片层在三元纳米复合材料中呈现良好的插层/解离结构。当OMMT质量分数为3%时，少量CE（5 phr）改性的三元纳米复合材料的冲击强度可达42.4 kJ/m2，相对于纯EP提高32%，弯曲强度和热稳定性也可以得到提高。

航天器服役期间受到各种空间环境因素的强烈作用，会导致聚合物材料性能下降，
影响航天器可靠性和寿命。采用综合（电子/质子）辐照试验设备，在模拟空间辐射条
件下，研究了环氧改性氰酸酯浇铸体的力学性能、表面形貌以及质量损失等性能的变化规律
，对改性氰酸酯在电子/质子辐照条件下的失效机理进行了初步探讨。研究结果表明：随着
辐照剂量的增加改性氰酸酯浇铸体的质量损失增大；拉伸强度、弯曲强度和压缩强度先增后降；通过红外光谱分析对辐照与力学性能间的关系进行了讨论。

研究2种不同管路布置方法对风机叶片灌注时间以及灌注效果的影响，并对灌注过
程中孔隙的形成进行了分析。实验表明，采用先开启叶片壳体主管道，再开启叶根铺层上方
管路的方法，节约壳体灌注时间，同时也避免了叶根白斑的产生。

用端氨基聚醚D400固化环氧树脂CYD128，在固化体系中加入小分子稀释剂XY678，并采用D400/D2000-混合固化剂固化环氧树脂CYD128/XY678混合体系。分析研究XY678和D2
000对材料的阻尼性能的影响。结果表明，XY678的含量的增加对体系损耗因子的影响不显著
，有效阻尼范围稍有增加，但玻璃化转变温度降低。随着D2000含量的增加，固化物的损耗
峰逐渐向低温移动，损耗峰的高度先增加后减小，有效阻尼范围稍有增加。环氧树脂浇注体
损耗因子达到了1.43，玻璃化转变温度为26.7 ℃，且阻尼温度范围提高到27.3 ℃，在14.2
2～41.52 ℃范围内均有较高的阻尼性能。

磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支，由于其解决了磁流变液易沉降、稳定性
差、颗粒易磨损等问题，正越来越多的受到学术界和工业界的普遍关注。但目前多数研制的
磁流变弹性体存在机械性能不够好和磁致效应不够强的问题，这制约了基于磁流变弹性体器
件的设计和应用。该文采用了机械性能较好的柔性环氧树脂作基体，使用微米的羰基铁粉填
充的方法制备出在固定外加磁场下，绝对磁致模量达到2 356 MPa，相对磁效应达58%的各向
同性磁流变弹性体，并得出以环氧树脂作基体添加微米级羰基铁粉制备磁流变弹性体的最佳
配比方案。

以PEPA封端的聚酰亚胺低聚体PI-1和PI-2为基体树脂，以平纹石英布为增强材料，通过树脂传递模塑成型工艺（RTM）成功制备了2种石英布增强聚酰亚胺复合材料C-1和C-2。
C-1和C-2表现出突出的耐热稳定性、优异的高温力学性能、低的孔隙率(<1%)以及良好的介
电性能。由于在分子结构中引入了低摩尔极化率的C-F键和非极性的含氟基团，C-2比C-1具
有更低的介电常数和损耗因子。由于综合性能优异，上述2种石英布/聚酰亚胺复合材料C-1
和C-2有望在航天航空领域中的耐高温结构部件和透波部件中得到应用。

复合材料传动轴增强材料采用三维玻璃纤维编织物，其壁厚较厚且内部形状复杂，无
法通过VARTM工艺一次整体成型，提出利用气囊代替刚性芯模结合VARTM工艺制造。设计了该
产品的成型模具，并对其成型工艺进行了较详细的分析和研究。对整体制备出的复合材料传
动轴的性能测试表明，与VARTM工艺相比，气囊/真空辅助RTM工艺能通过气囊膨胀的挤胶作
用，降低制品的胶含量和孔隙率，提高制品的力学性能。

在200 ℃高温下热引发制备了邻苯二甲酸二烯丙酯 (DAP) 预聚液。与过氧化物引发剂制备
的预聚液相比，该预聚液单体转化率、黏度及预聚体分子量更高，分子量分布更窄，碘值几
乎不变。另外，预聚液能在室温下长期贮存，黏度符合Arrhenius规律，流动活化能为4
6.05 kJ/mol。该预聚液具有更佳的工艺性能，可适于手糊及真空辅助成型工艺制作玻璃钢(
FRP)。与过氧化二苯甲酰为引发剂制备的预聚液相比，利用该预聚液制作的玻璃钢具有更优
异的力学性能。

针对航空航天工业领域的复合材料回转体类构件，研究了回转体自动铺丝轨迹规划
和覆盖性问题。应用一般回转体的数学模型，建立了基于解析解的自动铺丝轨迹规划模型。
在此基础上，基于测地线建立了相邻铺丝轨迹中心线之间距离与丝数的对应关系，提出了一
种覆盖性分析方法以处理可能出现的丝带重叠和空隙。开发了CATIA V5R18环境下的软件模
块，并进行了数值验证。结果表明：生成的铺丝轨迹效果较好，剪裁后的丝带均匀覆盖在构
件表面，能够满足工艺设计要求和工程需要。

LSP8020B树脂体系是一种复合材料风电叶片专用低粘度不饱和聚酯树脂体系。
采用DSC热分析技术和黏度实验方法，研究了树脂体系的固化特性和流变特性，建立了与实
验数据较为吻合的修正双阿累尼乌斯流变模型。模型可揭示树脂体系在不同工艺条件下的黏
度变化规律，定量预报树脂体系的低粘度平台工艺窗口，为该树脂真空导入模塑工艺参数优
化和保证大型复合材料风电叶片整体成型质量提供一定的科学依据。

建立了某兆瓦级风电叶片各截面沿其法向拉伸后的壳体模型和实体模型，采用有
限元分析方法计算出该模型沿集中载荷方向下的位移并代入材料力学方程中，计算出该叶片
各截面的弯曲刚度。将2种不同模型的计算结果与国外技术文件所提供的风电叶片截面刚度
进行比较、综合评价。结果表明，实体单元结合简支梁边界条件计算出各截面刚度结果相对
最为接近国外技术文件所提供的数据。

建立了某兆瓦级风电叶片的三维模型并采用有限软件ANSYS的壳单元shell99对风电叶片进行
了模态分析和静力分析。结果表明：风电叶片flapwise和edgewise 2个方向上一阶
固有频率以及2种载荷工况下的位移分析结果与实测结果基本吻合，从而证明了该方法的可
行性。该方法缩短了建模时间，提高了工作效率，对工程上叶片结构校核及新产品开发具有
一定的指导意义。

对非对称复合材料层压板的固化变形模拟进行了研究。模拟采用有限元方法，对
于中温固化环氧复合材料体系，预测了不同尺寸、不同铺层顺序和不同厚度的非对称复合材
料层压板的固化变形，并采用高温固化环氧复合材料体系进行了验证。研究结果表明，对于
非对称中温固化环氧复合材料层压板的固化变形，采用有限元方法的模拟结果与实验结果吻
合良好，模拟结果能够反映各种因素对变形的影响；同时，对于非对称高温固化环氧复合材
料层压板的变形，模拟结果与实测值也相当吻合，进一步验证了模拟方法的可行性。

在VARI工艺成型过程中，树脂的流动前沿形状对充模过程至关重要，建立了注
入线分段控制系统，将注入线分成多个独立可控制的分段注入线。模拟分析了分段注入对含
有高渗透区域模型流动前沿的影响，结果表明高渗透区域长度、宽度、位置是影响注入线分
段设计的重要因素。