第一篇：氰酸酯预浸料力学性能及介电性能研究论文
摘要：雷达天线罩能提高雷达天线的使用寿命，简化天线的结构，需求量不断增加。以改性的热固性氰酸酯树脂为基体，石英纤维为增强材料制成预浸料产品，并测试相关性能。测试结果表明：石英纤维/氰酸酯树脂的力学性能优异，介电常数小，介质损耗角正切值低，具备在高性能宽频天线雷达罩上应用的条件。
关键词：氰酸酯；石英纤维；复合材料；天线罩
随着新能源材料的快速发展，先进复合材料在航空航天、国防科技、风力发电、汽车制造、建筑工程等领域的应用越来越广[1]，尤其是在国防科技军工领域。先进复合材料已经成为衡量国家武器装备先进性的主要指标[2]，很多发达国家已经把复合材料作为战略物资储备，而我国也把复合材料的研究列为国防重点的科研项目。随着国防应用的多元化，产品需求也逐渐向轻质化、高端化、功能化的方向发展[3]。目前，由于国际新形势的变化，国内外市场对雷达的需求量不断增加，激烈的竞争环境要求正确合理地使用雷达。雷达天线罩作为雷达系统的重要零部件，具有保护雷达天线正常工作，抵抗外界环境干扰的作用，先进的雷达罩更要具备优异的电绝缘性、高频透波性、耐热性和耐环境性等性能[4]。
1天线罩材料
1.1增强材料
雷达天线罩是航空航天领域的重要装备，天线罩的材料选择除了需考虑结构质量、寿命、工艺性要求外，更需要满足介电性能、力学性能等指标[5]。芳纶力学性能优异，但易吸潮，影响其介电性能；高模量聚乙烯纤维、玻璃纤维介电性能优异，但聚乙烯纤维与树脂结合性差，玻璃纤维的力学性能低[6]；石英纤维具有较高的力学性能及优异的介电性能，但价格相对较高[7]。几种增强纤维的具体性能数据见表1。
1.2树脂基体
由于高端雷达天线罩对全频带、高温环境、介电性能(介电常数≤3.5、介质损耗角正切值≤0.01)等指标要求严格，传统的环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂无法同时满足要求[8]。氰酸酯树脂的分子结构官能团(—OCN)在固化过程中生成稳定的网状结构，具有极低的介电常数和介质损耗，且对外界的频率及温度变化不敏感，具有耐热、吸湿性低、加工工艺性好等优势，适合于天线雷达罩的制作。具体的树脂数据对比见表2。
2试验及结果
2.1树脂简介
氰酸酯树脂因具有优异的性能指标及广阔的应用前景，已成为国内外研究的热点。本试验中采用了威海光威复合材料股份有限公司研发的一种使用热熔法生产的热固性双酚A型氰酸酯树脂(16423CE)[9]。16423CE是一种基于180℃中高温固化的增韧树脂体系，Tg≥230℃，适用于注塑、模压、缠绕、热压罐、真空袋压等多种成型工艺，现已成功应用在高温胶黏剂、高频电子产品、航空航天等领域。
2.2性能数据
以16423CE为树脂基体，分别以石英纤维QW100、玻璃纤维SW100为增强材料制成预浸料，手工铺贴制作标准的测试样件，按照特定的固化工艺曲线，使用热压罐—真空袋压固化工艺，固化完成后对产品进行性能测试，结果见表3．表3测试结果表明：石英纤维QW100/16423CE的性能指标优于玻璃纤维SW100/16423CE，且介电常数为3.07，介质损耗角正切值为0.006，完全符合高性能雷达天线罩的材料指标要求[10]。
3结语
(1)氰酸酯树脂(16423CE)采用中高温固化体系，耐热性好(Tg≥230℃），具有良好的流动性、黏性及优异的介电性能。(2)石英纤维/氰酸酯树脂产品的透波性好，介电常数、介质损耗角正切值低，力学性能优异，完全符合雷达罩的指标要求，适合制作宽频天线雷达罩等航空航天产品。
第二篇：复合材料实验6 预浸料制备及检验
实验六 预浸料制备及质量检验
一、实验目的
1、掌握预浸料的制备方法。
2、掌握预浸料的质量检验方法。
二、实验内容
1、预浸料的制备。
2、预浸料挥发分含量测定。
3、预浸料中不可溶性树脂含量测定。
4、固化后的树脂固化度比较。
三、实验原理
预浸料是复合材料工艺过程中一种非常重要的阶段材料。预浸料的“质量”对最终复合材料制品的质量有极大影响。所谓预浸料质量就是指预浸料的本征性能，这些能够表征复合材料预浸料性能的主要指标是挥发分、树脂含量、不可溶性树脂含量、凝胶时间和树脂流动度等。它们绝大多数都与树脂相关。预浸料中树脂交联反应程度较高。树脂分子变得很大，则该预浸料在模压时就不易流动，会造成制品形状缺陷；如果树脂交联反应程度低，则刚加热时树脂流动性太大，在升温加压时。树脂流失过多，使制品产生树脂不足现象。因此，预浸料的质量检测就是测量预浸料中树脂的状态。树脂的状态直接与预浸工艺参数相关，质量检测又可反馈去选定最佳的工艺条件。
表征预浸料质量所采用的几个物理量是我国复合材料工作者在长期工作中筛选出来的能较好反映预浸料后续生产制品质量的几个指标，且属于工程性质。挥发分含量依树脂品种不同而不同，而且处理条件规定也有差异。“已固化”复合材料不是预浸料，将这一方法编放在本实验中的原因是因为它与预浸料树脂含量和不可溶树脂含量有关联。
四、实验材料及仪器
树脂及固化剂、增强玻璃纤维、乙醇、丙酮、金属托盘、电子天平、烘箱、马福炉、坩埚、表面皿、脱模剂、硬度计。
五、实验步骤
1、预浸料的制备
（１）配置不饱和聚酯树脂胶液（含胶量６０％～６５％），取一定量的玻璃长纤维将其剪成20mm~40mm的短纤维（如是玻璃布可剪成20mm×20mm的碎布片）在托盘内混合，又称捏合。
（２）戴上乳胶手套在托盘内揉搓，使玻璃纤维充分浸润，然后将纤维捞出晾干。
（３）将已疏松的浸上树脂的乱纤维摊在钢盘中于８０℃温度烘３０min，即可达到不发粘。
（４）将预浸料装塑料口袋封严待用。
（5）也可以做成SMC：注意在胶液中加入适量增稠剂，然后在两层脱模纸中压成片状。再进行处理。
2、预浸料挥发分含量测定
〔1）取出预浸料。弃去最外层部分进行取样;
（2）预浸料按不同位置各取取祥4g-5g。
（3)准确称其质量W1，精确到0.0005g;
（4）将试样放于涂有脱模剂的钢盘中，置于烘箱中在135℃下处理15分钟。
(5)取出在干燥器中冷却至室温，称其质量W2, 精确到0.0005g；(6)挥发分V按下式计算:
计算算术平均值，取三位有效数字。
3、预浸料不可溶树脂含量测定
（1）按本实验中测定预浸料挥发分含量的取样方法取样。（2）迅速称量试样质量w1。
（3）按乙醇：丙酮-1:1配混合溶剂600g，分成三杯。
（4）取试样放入第一杯中浸泡溶解3min，并可轻轻摇动帮助溶解。（5）用干净不锈钢镊子将样品移入第二杯中浸泡溶解3min。
（6）用上述方法将试样移入第三杯中漂洗4min，取出放入干净表面皿中，在180℃下烘15min，除去表面附着的溶剂和渗入不可溶树脂中的溶剂。（7）取出放入干燥器中冷却至室温，迅速称量残余试样W2。（8）将它放入650℃已恒重的坩埚W。中，再移入650℃马福炉中灼烧30min，取出放入干燥器中冷却至室温，连坩埚一起称量w3。（9）不可溶树脂含量C按下式计算:
4、预浸料固化后的树脂固化度比较
取不同预浸料试样进行热处理固化，冷却后分别用硬度计测试复合材料硬度，通过硬度值的比较可以反应固化度的不同。
对比较结果进行分析。
第三篇：锂离子电池论文：磷酸亚铁锂-硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究
锂离子电池论文：磷酸亚铁锂/硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究
【中文摘要】自从锂离子电池被成功研制并商业化以来,锂离子电池以其循环寿命长、工作电压高、安全性好、无记忆效应等特点越来越受到人们的青睐和重视。然而,锂离子电池电化学性能的好坏与其所使用的正负极材料、导电剂、粘结剂、电解液、隔膜等有着密切的关系。磷酸亚铁锂(LiFePO4)因其具有原料丰富、比容量高、结构稳定、安全性好等优点成为了一种比较有潜力的锂离子电池正极材料。同时,可以作为锂离子电池负极材料的硬碳(hard carbon, HC),由于其无规则的排序具有较高的容量、优良的循环性能和较低的造价等特性,使得人们对其产生了极大的兴趣。本文将LiFePO4与硬碳组合成LiFePO4/HC电池,从正极材料所用的导电剂和粘结剂等工艺方面对LiFePO4/Li半电池及LiFePO4/HC全电池的电化学性能影响进行研究,并将LiFePO4/HC电池和LiFePO4/石墨(AGP-3)电池的电化学性能进行比较,得出如下结论：1.对于LiFePO4/Li半电池,使用Super P Li做导电剂时,电池的电阻相对更小,在0.2 C和1 C的放电倍率下,电池的放电平台都比使用乙炔黑做导电剂时更为平稳,且比容量更大。在1 C放电倍率下经过150个循环后,电池容量的保持率要相对更稳定。循环伏安测试表明所使用的LiFePO4材料本身的循环可逆性较好,这与LiFePO4颗粒间存在的碳纳米管提高了其导电性可能有很大的关系。2.对于LiFePO4/HC全电池,同样我们得出使用Super P Li
做导电剂时,电池的电阻相对更小且比容量更大。倍率性能测试显示,使用Super P Li做导电剂时电池的倍率性能更加优越,但是,可能由于所使用的粘结剂PVDF粘结性能不够好,使得电池在10 C的放电倍率下比容量很低。同时,与LiFePO4/Li半电池相比,全电池的电阻值要小,放电曲线没有出现平台且在1 C放电倍率下循环150次后电池的容量保持率要高。3.使用水性粘结剂SBR和油性粘结剂PVDF制得LiFePO4极片,将其与金属锂片组合成LiFePO4/Li电池。在0.2 C的放电倍率下,使用两种粘结剂体系电池的放电平台(约3.38 V)都较为平稳,放电比容量基本相等,其中水性粘结剂SBR体系其比容量稍低一些,当电池放电倍率为1 C时,使用水性粘结剂SBR时,电池的首次和第2次放电比容量都比使用油性粘结剂PVDF时要高。从交流阻抗和循环寿命测试我们得知,使用水性粘结剂时电池的阻抗值更小,其Rct值为89.68Ω,在1 C的放电倍率下,经过150个循环后,电池容量的保持率要相对更稳定,其保持率为65%。4.使用两种粘结剂后,LiFePO4/HC电池在0.2 C的放电倍率下,油性粘结剂体系的LiFePO4/HC电池的首次放电比容量要高于水性粘结剂体系,但随着循环的进行油性粘结剂体系的放电比容量会呈下降趋势,而水性粘结剂体系则会呈现一定的上升趋势。当电池在1 C的放电倍率下进行放电时,与半电池测试结果相同,水性粘结剂体系电池的放电比容量要高于油性粘结剂体系且容量保持率要好,保持率为97.9%。倍率性能测试显示,水性粘结剂体系电池的大倍率性能要好于油性粘结剂体系。此外,使用水性粘结剂时电池的阻抗值更小,其Rct值为5.08Ω,且无
论哪种粘结剂全电池的阻抗值都要比半电池小。5.使用硬碳做负极时电池的倍率性能要好,电池在1 C的充放电倍率下进行充放电时,LiFePO4/AGP-3和LiFePO4/HC电池的放电比容量值分别为0.2 C倍率下的84.3%和91.0%,在1 C和2 C的放电倍率下,LiFePO4/AGP-3电池的放电比容量要稍高于LiFePO4/HC电池,但是当电池的放电倍率为5 C和10 C时,LiFePO4/HC电池的放电比容量值却要高于LiFePO4/AGP-3电池。6.电池使用硬碳和石墨材料做负极时阻抗值相差不大,LiFePO4/HC电池的Rct值稍小一些。1 C的放电倍率下,LiFePO4/HC电池的循环寿命要比LiFePO4/AGP-3电池长。此外,与正负极材料的半电池相比,在10 C的放电倍率下,LiFePO4/HC全电池的循环寿命要远远长于半电池,经过2450个循环后电池的放电比容量才降为首次的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.【关键词】锂离子电池 磷酸亚铁锂 硬碳 导电剂 粘结剂 【英文关键词】lithium ion battery lithium iron phosphate hard carbon conductive agent binder 【目录】磷酸亚铁锂/硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究摘要3-511-3911-12
ABSTRACT5-7
第1章 绪论1.1 引言111.2 锂离子电池的发展历程
1.4 1.3 锂离子电池的结构与工作原理12-14锂离子电池正极材料的研究进展14-32极材料的选择要求15-17料19-22材料23-32
14-15
1.4.1 锂离子电池正
1.4.2 钴系正极材料
1.4.4 锰系正极材1.4.6 铁系正极1.4.3 镍系正极材料17-191.4.5 钒系正极材料22-23
1.5 锂离子电池负极极材料的研究进展
32-3534-351.5.1 碳材料32-341.5.2 金属氧化物
1.7 1.6 锂离子电池导电剂的研究进展35-36锂离子电池粘结剂的研究进展36-37目的和内容37-38
1.8 本论文的主要研究
第2
1.9 本论文的创新之处38-39
2.1 实验试剂章 实验试剂与方法及原理39-4839-40组装40-42备4142-442.2 实验主要仪器40
2.3 电极的制备及电池的2.3.2 负极的制
2.3.1 正极的制备40-412.3.3 电池的组装41-422.4.1 扫描电子显微镜分析
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 电子显微镜分析43径分析43-44
2.4.3 X射线衍射测试432.5 电化学性能测试
44-48充放电池测试44-46交流阻抗测试47-48
2.5.2 循环伏安测试46-47第3章 导电剂对LiFePO_4/Li及
3.1 引言483.2.1 负极极片的制备LiFePO_4/HC电池性能的影响48-61极片的制备及电池的组装48-494849
3.2 3.2.2 正极极片的制备48-493.3 LiFePO_4材料的表征49-51
3.2.3 电池的组装3.3.1 扫描电子显
3.3.3 3.4.1 不同
3.4.2 微镜分析49-50XRD测试50-51
3.3.2 透射电子显微镜分析503.4 电化学性能测试51-59导电剂对LiFePO_4/Li半电池电化学性能的影响51-56不同导电剂对LiFePO_4/HC全电池电化学性能的影响56-593.5 本章小结59-61
第4章 粘结剂对
LiFePO_4/Li及LiFePO_4/HC电池性能的影响61-74614.2 极片的制备及电池的组装
61-62
4.1 引言4.2.1 负极极4.2.3 电池片的制备61-62的组装6263-72
4.2.2 正极极片的制备624.3 材料的表征62-634.4 电化学性能测试4.4.1 不同粘结剂对LiFePO_4/Li半电池电化学性能
4.4.2 不同粘结剂对LiFePO_4/HC全电池电化
4.5 本章小结
72-74
第5章 的影响63-68学性能的影响68-72LiFePO_4/HC及LiFePO_4/AGP-3电池的电化学性能研究74-8574-765.1 引言74
5.2 材料的表征
74-75
5.2.2 透射5.3 电化学5.3.2 循环5.3.4 倍5.4 本5.2.1 扫描电子显微镜分析电子显微镜分析75-76性能测试76-83伏安测试79-80率性能测试81-82章小结83-8585-8688-100
5.2.3 粒径分析76
76-79
5.3.1 充放电测试
5.3.3 交流阻抗测试80-815.3.5 循环寿命测试82-83第6章 结论与展望
85-87
6.1 结论参考文献6.2 展望86-87致谢87-88
攻读学位期间的研究成果
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