题目：复合材料预浸料固化行为的表征与分析

热固性树脂基复合材料的力学性能在很大程度上取决于制造工艺过程，树脂基体的固化控制是其中的关键因素之一。掌握树脂基体或预浸料的固化特性、固化机制以及固化过程中相关性能（包括与工艺性相关的和最终使用要求相关的性能）的变化规律，是实现固化控制的前提。目前针对固化反应的研究方法尚不完善，不能充分全面地掌握固化过程的内在机制，难以对固化过程中的性能变化进行准确地预测，使得复合材料制造过程中的固化控制往往停留在半经验的层面上。本论文基于动态力学分析法（DMA），建立预浸料固化过程的测试表征方法，提出了预浸料物理化学转变及固化程度的准确表征方法，在此基础上考察了固化体系动态力学性能的变化规律，建立了相应的动力学模型，并对固化中动态力学性能变化进行预测，为热固性树脂基复合材料成型过程中的固化控制提供了理论和实验依据。首先，建立了预浸料固化过程的DMA测试方法，确定了适合于预浸料固化过程的测试模式，考察了影响预浸料固化过程测试结果的主要因素——测温环境、振动频率、夹具尺寸、试样的夹持力、试样尺寸、预浸料层数、纤维铺层方式等，在误差分析的基础上确定了适用于预浸料固化过程的测试条件。其次，采用DMA的多频测试技术，考察了预浸料在不同转变阶段动态力学性能曲线的典型特征，揭示了温度、贮存、预固化等因素对动态力学性能的影响机制，结合DSC分析、偏光显微镜观测，提出了对预浸料的软化、熔融、固化反应、凝胶及玻璃化转变等物理化学转变点的表征方法。基于储能模量 的变化规律，提出了两种评价预浸料固化程度的力学表征方法——高温后固化法、模量微分法，能有效的表征预浸料在固化末期的力学转变率，同时能较好地评价不同固化程度样品的力学转变率和最大玻璃化转变温度Tg∞以下非完全固化恒温过程中力学转变率的变化。分析了两种方法的主要误差因素及其影响机制，通过与DSC、Tg法对比证明，微分法弥补了DMA对固化后期Tg测量的局限性，能得到固化后期固化程度的变化，而高温后固化法对固化后期固化程度的细微变化更为敏感。在准确表征预浸料各转变点及固化程度的基础上，揭示了温度、升温速率和频率对玻璃纤维/环氧树脂预浸料和碳纤维/双马树脂预浸料的熔融、固化反应、凝胶以及玻璃化转变点的影响规律，同时考察了两种预浸料在恒温固化过程中力学转变率的变化规律，建立了反映预浸料固化特性的温度-时间-转变（TTT）图和连续升温转变（CHT）图。最后，基于对固化过程模量增长的力学转变率的计算，考察了自催化模型、扩散效应模型、非平衡热力学涨落理论、Avrami方程以及等转变率非模型法等多种动力学方法对预测两种预浸料不同恒温固化过程模量增长的适用性，实现了对Tg∞以下非完全固化恒温过程模量增长的动力学分析，建立了相应的动力学模型，并对预浸料恒温固化的力学转变率进行预测和验证。