第一篇：氰酸酯預浸料力學性能及介電性能研究論文

摘要：雷達天線罩能提高雷達天線的使用壽命，簡化天線的結(jié)構(gòu)，需求量不斷增加。以改性的熱固性氰酸酯樹脂為基體，石英纖維為增強材料制成預浸料產(chǎn)品，并測試相關(guān)性能。測試結(jié)果表明：石英纖維/氰酸酯樹脂的力學性能優(yōu)異，介電常數(shù)小，介質(zhì)損耗角正切值低，具備在高性能寬頻天線雷達罩上應用的條件。

關(guān)鍵詞：氰酸酯；石英纖維；復合材料；天線罩

隨著新能源材料的快速發(fā)展，先進復合材料在航空航天、國防科技、風力發(fā)電、汽車制造、建筑工程等領(lǐng)域的應用越來越廣[1]，尤其是在國防科技軍工領(lǐng)域。先進復合材料已經(jīng)成為衡量國家武器裝備先進性的主要指標[2]，很多發(fā)達國家已經(jīng)把復合材料作為戰(zhàn)略物資儲備，而我國也把復合材料的研究列為國防重點的科研項目。隨著國防應用的多元化，產(chǎn)品需求也逐漸向輕質(zhì)化、高端化、功能化的方向發(fā)展[3]。目前，由于國際新形勢的變化，國內(nèi)外市場對雷達的需求量不斷增加，激烈的競爭環(huán)境要求正確合理地使用雷達。雷達天線罩作為雷達系統(tǒng)的重要零部件，具有保護雷達天線正常工作，抵抗外界環(huán)境干擾的作用，先進的雷達罩更要具備優(yōu)異的電絕緣性、高頻透波性、耐熱性和耐環(huán)境性等性能[4]。

1天線罩材料

1.1增強材料

雷達天線罩是航空航天領(lǐng)域的重要裝備，天線罩的材料選擇除了需考慮結(jié)構(gòu)質(zhì)量、壽命、工藝性要求外，更需要滿足介電性能、力學性能等指標[5]。芳綸力學性能優(yōu)異，但易吸潮，影響其介電性能；高模量聚乙烯纖維、玻璃纖維介電性能優(yōu)異，但聚乙烯纖維與樹脂結(jié)合性差，玻璃纖維的力學性能低[6]；石英纖維具有較高的力學性能及優(yōu)異的介電性能，但價格相對較高[7]。幾種增強纖維的具體性能數(shù)據(jù)見表1。

1.2樹脂基體

由于高端雷達天線罩對全頻帶、高溫環(huán)境、介電性能(介電常數(shù)≤3.5、介質(zhì)損耗角正切值≤0.01)等指標要求嚴格，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂無法同時滿足要求[8]。氰酸酯樹脂的分子結(jié)構(gòu)官能團(—OCN)在固化過程中生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有極低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，且對外界的頻率及溫度變化不敏感，具有耐熱、吸濕性低、加工工藝性好等優(yōu)勢，適合于天線雷達罩的制作。具體的樹脂數(shù)據(jù)對比見表2。

2試驗及結(jié)果

2.1樹脂簡介

氰酸酯樹脂因具有優(yōu)異的性能指標及廣闊的應用前景，已成為國內(nèi)外研究的熱點。本試驗中采用了威海光威復合材料股份有限公司研發(fā)的一種使用熱熔法生產(chǎn)的熱固性雙酚A型氰酸酯樹脂(16423CE)[9]。16423CE是一種基于180℃中高溫固化的增韌樹脂體系，Tg≥230℃，適用于注塑、模壓、纏繞、熱壓罐、真空袋壓等多種成型工藝，現(xiàn)已成功應用在高溫膠黏劑、高頻電子產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域。

2.2性能數(shù)據(jù)

以16423CE為樹脂基體，分別以石英纖維QW100、玻璃纖維SW100為增強材料制成預浸料，手工鋪貼制作標準的測試樣件，按照特定的固化工藝曲線，使用熱壓罐—真空袋壓固化工藝，固化完成后對產(chǎn)品進行性能測試，結(jié)果見表3．表3測試結(jié)果表明：石英纖維QW100/16423CE的性能指標優(yōu)于玻璃纖維SW100/16423CE，且介電常數(shù)為3.07，介質(zhì)損耗角正切值為0.006，完全符合高性能雷達天線罩的材料指標要求[10]。

3結(jié)語

(1)氰酸酯樹脂(16423CE)采用中高溫固化體系，耐熱性好(Tg≥230℃），具有良好的流動性、黏性及優(yōu)異的介電性能。(2)石英纖維/氰酸酯樹脂產(chǎn)品的透波性好，介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切值低，力學性能優(yōu)異，完全符合雷達罩的指標要求，適合制作寬頻天線雷達罩等航空航天產(chǎn)品。

第二篇：復合材料實驗6 預浸料制備及檢驗

實驗六 預浸料制備及質(zhì)量檢驗

一、實驗目的

1、掌握預浸料的制備方法。

2、掌握預浸料的質(zhì)量檢驗方法。

二、實驗內(nèi)容

1、預浸料的制備。

2、預浸料揮發(fā)分含量測定。

3、預浸料中不可溶性樹脂含量測定。

4、固化后的樹脂固化度比較。

三、實驗原理

預浸料是復合材料工藝過程中一種非常重要的階段材料。預浸料的“質(zhì)量”對最終復合材料制品的質(zhì)量有極大影響。所謂預浸料質(zhì)量就是指預浸料的本征性能，這些能夠表征復合材料預浸料性能的主要指標是揮發(fā)分、樹脂含量、不可溶性樹脂含量、凝膠時間和樹脂流動度等。它們絕大多數(shù)都與樹脂相關(guān)。預浸料中樹脂交聯(lián)反應程度較高。樹脂分子變得很大，則該預浸料在模壓時就不易流動，會造成制品形狀缺陷；如果樹脂交聯(lián)反應程度低，則剛加熱時樹脂流動性太大，在升溫加壓時。樹脂流失過多，使制品產(chǎn)生樹脂不足現(xiàn)象。因此，預浸料的質(zhì)量檢測就是測量預浸料中樹脂的狀態(tài)。樹脂的狀態(tài)直接與預浸工藝參數(shù)相關(guān)，質(zhì)量檢測又可反饋去選定最佳的工藝條件。

表征預浸料質(zhì)量所采用的幾個物理量是我國復合材料工作者在長期工作中篩選出來的能較好反映預浸料后續(xù)生產(chǎn)制品質(zhì)量的幾個指標，且屬于工程性質(zhì)。揮發(fā)分含量依樹脂品種不同而不同，而且處理條件規(guī)定也有差異。“已固化”復合材料不是預浸料，將這一方法編放在本實驗中的原因是因為它與預浸料樹脂含量和不可溶樹脂含量有關(guān)聯(lián)。

四、實驗材料及儀器

樹脂及固化劑、增強玻璃纖維、乙醇、丙酮、金屬托盤、電子天平、烘箱、馬福爐、坩堝、表面皿、脫模劑、硬度計。

五、實驗步驟

1、預浸料的制備

（１）配置不飽和聚酯樹脂膠液（含膠量６０％～６５％），取一定量的玻璃長纖維將其剪成20mm~40mm的短纖維（如是玻璃布可剪成20mm×20mm的碎布片）在托盤內(nèi)混合，又稱捏合。

（２）戴上乳膠手套在托盤內(nèi)揉搓，使玻璃纖維充分浸潤，然后將纖維撈出晾干。

（３）將已疏松的浸上樹脂的亂纖維攤在鋼盤中于８０℃溫度烘３０min，即可達到不發(fā)粘。

（４）將預浸料裝塑料口袋封嚴待用。

（5）也可以做成SMC：注意在膠液中加入適量增稠劑，然后在兩層脫模紙中壓成片狀。再進行處理。

2、預浸料揮發(fā)分含量測定

〔1）取出預浸料。棄去最外層部分進行取樣;

（2）預浸料按不同位置各取取祥4g-5g。

（3)準確稱其質(zhì)量W1，精確到0.0005g;

（4）將試樣放于涂有脫模劑的鋼盤中，置于烘箱中在135℃下處理15分鐘。

(5)取出在干燥器中冷卻至室溫，稱其質(zhì)量W2, 精確到0.0005g；(6)揮發(fā)分V按下式計算:

計算算術(shù)平均值，取三位有效數(shù)字。

3、預浸料不可溶樹脂含量測定

（1）按本實驗中測定預浸料揮發(fā)分含量的取樣方法取樣。（2）迅速稱量試樣質(zhì)量w1。

（3）按乙醇：丙酮-1:1配混合溶劑600g，分成三杯。

（4）取試樣放入第一杯中浸泡溶解3min，并可輕輕搖動幫助溶解。（5）用干凈不銹鋼鑷子將樣品移入第二杯中浸泡溶解3min。

（6）用上述方法將試樣移入第三杯中漂洗4min，取出放入干凈表面皿中，在180℃下烘15min，除去表面附著的溶劑和滲入不可溶樹脂中的溶劑。（7）取出放入干燥器中冷卻至室溫，迅速稱量殘余試樣W2。（8）將它放入650℃已恒重的坩堝W。中，再移入650℃馬福爐中灼燒30min，取出放入干燥器中冷卻至室溫，連坩堝一起稱量w3。（9）不可溶樹脂含量C按下式計算:

4、預浸料固化后的樹脂固化度比較

取不同預浸料試樣進行熱處理固化，冷卻后分別用硬度計測試復合材料硬度，通過硬度值的比較可以反應固化度的不同。

對比較結(jié)果進行分析。

第三篇：鋰離子電池論文：磷酸亞鐵鋰-硬碳鋰離子電池的工藝及電化學性能研究

鋰離子電池論文：磷酸亞鐵鋰/硬碳鋰離子電池的工藝及電化學性能研究

【中文摘要】自從鋰離子電池被成功研制并商業(yè)化以來,鋰離子電池以其循環(huán)壽命長、工作電壓高、安全性好、無記憶效應等特點越來越受到人們的青睞和重視。然而,鋰離子電池電化學性能的好壞與其所使用的正負極材料、導電劑、粘結(jié)劑、電解液、隔膜等有著密切的關(guān)系。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)因其具有原料豐富、比容量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性好等優(yōu)點成為了一種比較有潛力的鋰離子電池正極材料。同時,可以作為鋰離子電池負極材料的硬碳(hard carbon, HC),由于其無規(guī)則的排序具有較高的容量、優(yōu)良的循環(huán)性能和較低的造價等特性,使得人們對其產(chǎn)生了極大的興趣。本文將LiFePO4與硬碳組合成LiFePO4/HC電池,從正極材料所用的導電劑和粘結(jié)劑等工藝方面對LiFePO4/Li半電池及LiFePO4/HC全電池的電化學性能影響進行研究,并將LiFePO4/HC電池和LiFePO4/石墨(AGP-3)電池的電化學性能進行比較,得出如下結(jié)論：1.對于LiFePO4/Li半電池,使用Super P Li做導電劑時,電池的電阻相對更小,在0.2 C和1 C的放電倍率下,電池的放電平臺都比使用乙炔黑做導電劑時更為平穩(wěn),且比容量更大。在1 C放電倍率下經(jīng)過150個循環(huán)后,電池容量的保持率要相對更穩(wěn)定。循環(huán)伏安測試表明所使用的LiFePO4材料本身的循環(huán)可逆性較好,這與LiFePO4顆粒間存在的碳納米管提高了其導電性可能有很大的關(guān)系。2.對于LiFePO4/HC全電池,同樣我們得出使用Super P Li

做導電劑時,電池的電阻相對更小且比容量更大。倍率性能測試顯示,使用Super P Li做導電劑時電池的倍率性能更加優(yōu)越,但是,可能由于所使用的粘結(jié)劑PVDF粘結(jié)性能不夠好,使得電池在10 C的放電倍率下比容量很低。同時,與LiFePO4/Li半電池相比,全電池的電阻值要小,放電曲線沒有出現(xiàn)平臺且在1 C放電倍率下循環(huán)150次后電池的容量保持率要高。3.使用水性粘結(jié)劑SBR和油性粘結(jié)劑PVDF制得LiFePO4極片,將其與金屬鋰片組合成LiFePO4/Li電池。在0.2 C的放電倍率下,使用兩種粘結(jié)劑體系電池的放電平臺(約3.38 V)都較為平穩(wěn),放電比容量基本相等,其中水性粘結(jié)劑SBR體系其比容量稍低一些,當電池放電倍率為1 C時,使用水性粘結(jié)劑SBR時,電池的首次和第2次放電比容量都比使用油性粘結(jié)劑PVDF時要高。從交流阻抗和循環(huán)壽命測試我們得知,使用水性粘結(jié)劑時電池的阻抗值更小,其Rct值為89.68Ω,在1 C的放電倍率下,經(jīng)過150個循環(huán)后,電池容量的保持率要相對更穩(wěn)定,其保持率為65%。4.使用兩種粘結(jié)劑后,LiFePO4/HC電池在0.2 C的放電倍率下,油性粘結(jié)劑體系的LiFePO4/HC電池的首次放電比容量要高于水性粘結(jié)劑體系,但隨著循環(huán)的進行油性粘結(jié)劑體系的放電比容量會呈下降趨勢,而水性粘結(jié)劑體系則會呈現(xiàn)一定的上升趨勢。當電池在1 C的放電倍率下進行放電時,與半電池測試結(jié)果相同,水性粘結(jié)劑體系電池的放電比容量要高于油性粘結(jié)劑體系且容量保持率要好,保持率為97.9%。倍率性能測試顯示,水性粘結(jié)劑體系電池的大倍率性能要好于油性粘結(jié)劑體系。此外,使用水性粘結(jié)劑時電池的阻抗值更小,其Rct值為5.08Ω,且無

論哪種粘結(jié)劑全電池的阻抗值都要比半電池小。5.使用硬碳做負極時電池的倍率性能要好,電池在1 C的充放電倍率下進行充放電時,LiFePO4/AGP-3和LiFePO4/HC電池的放電比容量值分別為0.2 C倍率下的84.3%和91.0%,在1 C和2 C的放電倍率下,LiFePO4/AGP-3電池的放電比容量要稍高于LiFePO4/HC電池,但是當電池的放電倍率為5 C和10 C時,LiFePO4/HC電池的放電比容量值卻要高于LiFePO4/AGP-3電池。6.電池使用硬碳和石墨材料做負極時阻抗值相差不大,LiFePO4/HC電池的Rct值稍小一些。1 C的放電倍率下,LiFePO4/HC電池的循環(huán)壽命要比LiFePO4/AGP-3電池長。此外,與正負極材料的半電池相比,在10 C的放電倍率下,LiFePO4/HC全電池的循環(huán)壽命要遠遠長于半電池,經(jīng)過2450個循環(huán)后電池的放電比容量才降為首次的60%。

【英文摘要】Since lithium ion batteries have been successfully investigated and commercialized, they attract people’s attention for their properties such as long cycling life, high voltage, security, no memory effort.However, the electrochemical performance of lithium ion battery is affinitive with its cathode and anode materials, conductive agent, binder, electrolyte, separator et al.Lithium iron phosphate(LiFePO4)has been considered as a promising lithium ion battery because of its rich raw materials, high capacity, stable structure, safety et al.As well, hard carbon(HC)with

an inordinance structure which can be used for an anode material of lithium ion battery has been attracted people’s interest for its high capacity, excellent cycling performance and low cost et al.In this thesis, we have developed a lithium ion battery-LiFePO4/HC using LiFePO4 as cathode and hard carbon as anode to study the conductive agent and binder influence of the electrochemical properties of LiFePO4/Li half cell and LiFePO4/HC full cell.In addition, we compared the electrochemical performance of LiFePO4/HC battery and LiFePO4/graphite(AGP-3).Through the experiments, we got the following conclusions:1.For LiFePO4/Li half cell, using Super P Li as conductive agent, the resistance of battery was smaller.At 0.2 C or 1 C rate, the discharge voltage plateau of the cell using Super P Li as the conductive agent was more stable than that of using acetylene black.After 150 cycles at 1 C rate, the capacity retention of the cell using Super P Li as conductive agent was higher.Cyclic voltammetry indicated that the LiFePO4 material has a good cyclic reversibility, which may be caused by the good conductivity results from the carbon fibers among LiFePO4 particles.2.For LiFePO4/HC full cell, we also got the conclusion that using Super P Li as conductive agent, the resistance of the cell was smaller and the capacity

of it was higher.Rate performance test has shown that the cell using Super P Li as conductive had better rate performance, however, the discharge capacity of the cell was small at 10 C rate neither using Super P Li or acetylene black as conductive agent, which maybe due to the the unsatisfactory bond performance of the PVDF binder.Comparing with the LiFePO4/Li half cell, the resistance of the full cell was smaller and the capacity retention was higher after 150 cycles at 1 C rate.3.We have used a water binder(SBR)and an oiliness binder(PVDF)to make LiFePO4 cathode electrode, and assembled with lithium metal composing to LiFePO4Li lithium ion battery.Both of the water-based binder system and the oil-based binder system, the discharge voltage plateau(about 3.38 V)of the cell were stable and the discharge capacity were almostly the same at 0.2 C discharge rate, however, the water-based binder system was a little lower.While at the discharge rate of 1 C, in the water-based binder system, the first and second discharge capacity of the cell was higher than that of the oil-based binder system.From the results of the EIS and cycle life tests demonstrated that the cell with water-based binder system had a smaller resistance with Rct equates to 89.68Ωand had better capacity retention which was 65% after 150 cycles at 1 C

discharge rate.4.We had used two binders to assemble LiFePO4/HC full batteries, the initial discharge capacity of the cell with oil-based binder system was higher than the water-based binder system in the charge-discharge process at 0.2 C rate.However, as cycles proceed, the discharge capacity of the cell with oil-based binder system was decreased, while, the discharge capacity of the cell with water-based binder system had a little increased.As the same as the results of LiFePO4/Li half cell tests, the discharge capacity of the cell with water-based binder system was higher than the cell with oil-based binder system, and its capacity retention was higher which was 97.9%.Rate performance test indicated that the cell with water-based binder system had a better rate performance.In addition, the water-based binder system had smaller resistance whose Rct was 5.08Ω, however, whatever the binder we used, the resistance of the LiFePO4/HC full cell was smaller than the LiFePO4/Li half cell.5 The rate performance of the cell using hard carbon as anode was better.When the cells charge-discharge cycling at 1 C rate, the initial discharge capacity of the LiFePO4/AGP-3 and LiFePO4/HC was 84.3% and 91.0% of the discharge capacity at 0.2 C rate.The discharge capacity of LiFePO4/AGP-3 cell was a little higher than

LiFePO4/HC cell at 1 C rate or 2 C rate, however, on the contrary, the discharge capacity of LiFePO4/HC was higher when charge-discharged at 5 C or 10 C rate.6.The resistance was almost the same when using hard carbon or graphite as anode, and the resistance of LiFePO4/HC was a little lower.The cycle life of LiFePO4/HC cell was longer than that of LiFePO4/HC cell, besides, the cycle life of the LiFePO4/HC full cell was longer than the LiFePO4/Li and HC/Li half cell, with its discharge capacity retention of 60% after 2450 cycles at 10 C rate.【關(guān)鍵詞】鋰離子電池 磷酸亞鐵鋰 硬碳 導電劑 粘結(jié)劑 【英文關(guān)鍵詞】lithium ion battery lithium iron phosphate hard carbon conductive agent binder 【目錄】磷酸亞鐵鋰/硬碳鋰離子電池的工藝及電化學性能研究摘要3-511-3911-12

ABSTRACT5-7

第1章 緒論1.1 引言111.2 鋰離子電池的發(fā)展歷程

1.4 1.3 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理12-14鋰離子電池正極材料的研究進展14-32極材料的選擇要求15-17料19-22材料23-32

14-15

1.4.1 鋰離子電池正

1.4.2 鈷系正極材料

1.4.4 錳系正極材1.4.6 鐵系正極1.4.3 鎳系正極材料17-191.4.5 釩系正極材料22-23

1.5 鋰離子電池負極極材料的研究進展

32-3534-351.5.1 碳材料32-341.5.2 金屬氧化物

1.7 1.6 鋰離子電池導電劑的研究進展35-36鋰離子電池粘結(jié)劑的研究進展36-37目的和內(nèi)容37-38

1.8 本論文的主要研究

第2

1.9 本論文的創(chuàng)新之處38-39

2.1 實驗試劑章 實驗試劑與方法及原理39-4839-40組裝40-42備4142-442.2 實驗主要儀器40

2.3 電極的制備及電池的2.3.2 負極的制

2.3.1 正極的制備40-412.3.3 電池的組裝41-422.4.1 掃描電子顯微鏡分析

2.4 物理性能表征42-43

2.4.2 透射

2.4.4 粒2.5.1 恒流

2.5.3 電子顯微鏡分析43徑分析43-44

2.4.3 X射線衍射測試432.5 電化學性能測試

44-48充放電池測試44-46交流阻抗測試47-48

2.5.2 循環(huán)伏安測試46-47第3章 導電劑對LiFePO_4/Li及

3.1 引言483.2.1 負極極片的制備LiFePO_4/HC電池性能的影響48-61極片的制備及電池的組裝48-494849

3.2 3.2.2 正極極片的制備48-493.3 LiFePO_4材料的表征49-51

3.2.3 電池的組裝3.3.1 掃描電子顯

3.3.3 3.4.1 不同

3.4.2 微鏡分析49-50XRD測試50-51

3.3.2 透射電子顯微鏡分析503.4 電化學性能測試51-59導電劑對LiFePO_4/Li半電池電化學性能的影響51-56不同導電劑對LiFePO_4/HC全電池電化學性能的影響56-593.5 本章小結(jié)59-61

第4章 粘結(jié)劑對

LiFePO_4/Li及LiFePO_4/HC電池性能的影響61-74614.2 極片的制備及電池的組裝

61-62

4.1 引言4.2.1 負極極4.2.3 電池片的制備61-62的組裝6263-72

4.2.2 正極極片的制備624.3 材料的表征62-634.4 電化學性能測試4.4.1 不同粘結(jié)劑對LiFePO_4/Li半電池電化學性能

4.4.2 不同粘結(jié)劑對LiFePO_4/HC全電池電化

4.5 本章小結(jié)

72-74

第5章 的影響63-68學性能的影響68-72LiFePO_4/HC及LiFePO_4/AGP-3電池的電化學性能研究74-8574-765.1 引言74

5.2 材料的表征

74-75

5.2.2 透射5.3 電化學5.3.2 循環(huán)5.3.4 倍5.4 本5.2.1 掃描電子顯微鏡分析電子顯微鏡分析75-76性能測試76-83伏安測試79-80率性能測試81-82章小結(jié)83-8585-8688-100

5.2.3 粒徑分析76

76-79

5.3.1 充放電測試

5.3.3 交流阻抗測試80-815.3.5 循環(huán)壽命測試82-83第6章 結(jié)論與展望

85-87

6.1 結(jié)論參考文獻6.2 展望86-87致謝87-88

攻讀學位期間的研究成果