非连续湿热作用下树脂基复合材料性能变化及机理的研究

为研究非连续湿热作用对树脂基复合材料性能的影响及其湿热老化机理,对碳纤维增强环氧树脂基复合材料T700/TR1219B进行了湿热环境因素对比实验及循环吸湿实验,对比了经历不同吸湿-脱湿历程试样的弯曲和层间剪切性能及微观断口形貌。结果表明,单一湿度因素使T700/TR1219B体系力学性能降低,单一温度因素使其弯曲性能降低,层间剪切性能增强,湿热耦合作用会加剧材料性能的劣化;材料的吸湿和脱湿过程均满足Fick定律;随着循环次数的增加,材料的吸湿和脱湿速率均有所加快;吸湿后T700/TR1219B体系力学性能降低,出现树脂脱落等现象,脱湿后弯曲性能无法恢复未老化状态,但层间性能略有增加,且界面脱黏情况得以改善,层间裂纹不再明显。     

树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料压缩性能的影响

制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性树脂增韧剂含量,探索增韧剂含量对树脂浇注体拉伸弹性模量的影响规律,并进一步研究增韧剂含量对碳纤维增强环氧树脂基复合材料纵向压缩性能的影响。结果表明,随着树脂基体中增韧剂含量的升高,环氧树脂浇注体拉伸弹性模量降低,其对应碳纤维增强复合材料单向层合板泊松比升高。增韧剂含量对单向复合材料压缩模量的影响不明显,但复合材料纵向压缩强度会随着增韧剂含量的升高而降低。     

E51环氧树脂基碳纤维复合材料力学性能研究

以2种碳纤维为原料制成E51环氧树脂基碳纤维复合材料,研究了复合材料的力学性能,结果表明,C-1107碳纤维布增强的树脂复合材料拉伸性能明显优异,平均拉伸强度达到599.52 MPa,平均拉伸模量达到66 728.89 MPa。而A100碳纤维布增强的环氧树脂层间剪切强度稍高,平均层间剪切强度达到45.96 MPa。     

阳极氧化处理对PAN基碳纤维性能的影响

利用阳极氧化技术对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面进行改性处理,研究了处理前后PAN基碳纤维表面润湿性能及力学性能的变化,分析了阳极氧化处理时电流强度对PAN基碳纤维及其增强环氧树脂基复合材料性能的影响。结果表明:阳极氧化处理后,PAN基碳纤维的润湿性提高,其中碳纤维与水、乙醇的接触角分别由处理前的64.6°,50.9°降至处理后的24.6°,28.1°,其表面能由未处理的37.4 m N/m提高到处理后的83.3 m N/m,经水洗干燥处理后,碳纤维润湿性及表面能有所降低;阳极氧化过程中,随着电流强度的提高,PAN基碳纤维的线密度及拉伸强度出现先升高后降低现象;阳极氧化处理后,碳纤维表面活性提高,碳纤维/环氧树脂基复合材料层间剪切强度较未处理时的最大增幅达到86%;阳极氧化处理PAN基碳纤维的最佳电流强度为14 A。     

单向碳纤维增强复合材料的力学性能分析(英文)

本文主要研究了单向碳纤维增强复合材料的力学性能。以聚酰胺6和环氧树脂作为基体,以经过热熔工艺的单向碳纤维预浸料以及层压预浸料毡片作为增强体,通过热压工艺制成碳纤维增强复合材料板件物。通过拉伸实验,研究0°和90°取向的碳纤维增强复合材料样品的力学性能和界面性能,并通过扫描电子显微镜观察试样断面。研究发现,对于0°方向排列的样品,碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和模量均高于碳纤维/聚酰胺复合材料。同时90°方向的样品也展现出与0°方向一致的结果。通过断面观察发现,碳纤维/环氧树脂展现出比碳纤维/聚酰胺6更优异的性能与断裂时断面出现更多纤维的断裂和拔出相对应。     

碳纤维增强树脂基复合材料性能的研究

以不同含量的二乙烯三胺(DETA)固化的环氧树脂为基体,制备了碳纤维增强树脂基复合材料。通过扫描电镜和红外光谱分析了T-300型碳纤维表面形貌和基团组成。通过拉伸实验、冲击实验对复合材料的力学性能进行了表征;通过紫外老化实验对复合材料的耐候性进行了表征;通过扫描电镜和热重分析对复合材料的断面形貌和耐热性进行了表征。结果表明:碳纤维增强树脂基复合材料具有良好的耐候性、力学性能、而且还具有质量轻、高比强度等一系列优异的性能。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及性能

采用二苯甲基二异氰酸酯(MDI)和硅烷偶联剂(KH550)对碳纤维进行表面改性,将改性后的碳纤维(MDI/KH550-CFs)与环氧树脂(EP)复合,制备了不同碳纤维添含量的环氧树脂基复合材料,通过扫描电镜、拉伸测试、抗冲测试、磨损测试等研究改性碳纤维含量对环氧树脂基复合材料力学性能的影响。扫描电镜结果表明,采用MDI和KH550改性后的碳纤维与环氧树脂具有较好的界面粘结性能;力学及摩擦磨损性能测试结果显示,加入碳纤维有利于改善材料的拉伸性能及耐磨性能,能够延长材料的使用寿命,并且不影响材料的抗冲击性能。当MDI/KH550-CFs含量为4%时,拉伸强度为25.862 4 MPa,与纯环氧树脂相比增强了62.4%;当其含量为2%时,最低磨损率为0.7×10^-4mm³/(N·m)。     

基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究

纤维与树脂的界面对复合材料的整体力学性能有着显著的影响。基于NOL环的宏观力学测试一般被用来反映复合材料的界面粘结性能,因此适用于评价纤维与树脂之间的宏观力学性能匹配性。为了探究高性能碳纤维T700SC、T800HB及高强玻璃纤维与环氧树脂的宏观力学性能匹配性,本研究首先根据GB/T 1458—2008国家标准制备NOL环试样,再借助NOL环的拉伸和层间剪切强度测试分析了高性能纤维与环氧树脂不同匹配组合宏观力学性能差异的原因,并寻找出最佳匹配组合。结果表明:玻璃纤维与环氧树脂的界面存在最佳的粘结强度,而且不同粘结强度导致拉伸强度和破坏机理不同,而碳纤维复合材料界面性能较差,容易分层破坏;T800HB与环氧树脂的宏观力学匹配性优于T700SC,环氧树脂力学性能、碳纤维的表面微观结构与性质以及环氧树脂与碳纤维之间的相互作用关系是影响界面粘结性能的根本原因。该研究在高性能纤维单向复合材料的材料选择与设计方面具有现实意义。     

单向碳纤维/环氧树脂复合材料疲劳裂纹扩展的研究

为了模拟单向碳纤维／环氧树脂复合材料在拉－拉疲劳实际工作条件下疲劳裂纹扩展的情况，利用单向碳纤维增强环氧树脂复合材料制成的拉伸试样（CTS），在应力强度因子比R为0.5的条件下，就加载频率、应力强度因子幅△κ对Ⅰ型裂纹的扩展速度及裂纹扩展机理的影响作了较系统的研究，为材料的安全可靠使用条件及作用周期提供参考依据。     

碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体

设计了一系列针对碳纤维湿法缠绕的环氧树脂基体,测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能,研究了树脂基体对碳纤维复合材料界面性能的影响.试验结果表明,对韧性树脂体系,树脂基体的模量是发挥纤维强度的关键因素,模量的提升将大幅提高复合材料的综合性能.经复配和优化的树脂体系兼具高模量和高韧性,其T700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2480MPa,T800碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2780MPa,玻璃化温度(Tg)超过200℃,具有优异的界面性能和耐热性能.     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

碳纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟手段，构建了碳纤维氧化表面及其增强的环氧树脂基复合材料模型。系统研究了碳纤维表面含氧官能团演变与碳纤维表面张力的作用关系，构建了碳纤维的不同氧化表面增强的环氧树脂模型，并进一步升温固化，获得最终的热固性复合材料。揭示了不同碳纤维表面化学结构对复合材料的剪切、拉伸及弯曲性能的影响。研究结果表明：—C=O和—COOH的含量提升有利于碳纤维表面能的提高，这主要归因于—C=O双键可弥补—C=C—破坏损失的表面共价键能，也提高了表面非键相互作用能。此外，一定含量含氧官能团的引入对复合材料力学性能均有不同程度的提高，但过量的含氧基团则削弱了力学性能。当电流密度为0.69 A/m²时，对应碳纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切应力、拉伸强度和弯曲强度均为最优，进一步提升的电流密度使得复合材料的力学强度均逐渐降低。     

超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合性能,采用超临界CO2对碳纤维表面进行处理.结果表明:在处理后碳纤维的单丝拉伸强度下降2.81％,碳纤维/环氧树脂界面剪切强度和层间剪切强度在处理后分别提高25.19％和17.11％.通过对碳纤维原子力显微镜(AFM)观察,经过处理的碳纤维表面粗糙度增加明显,同时对复合材料层间剪切断口端面用扫描电子显微镜(SEM)观察,经过超临界CO2处理后的碳纤维与环氧树脂的复合性能得到改善.     

表面处理对玻纤/碳纤增强橡胶基密封复合材料性能的影响

采用压延成张工艺制备碳纤维和玻璃纤维混杂增强非石棉橡胶基密封复合材料(NAFC),以横向抗拉强度作为表征混杂增强橡胶基密封材料中纤维与橡胶界面粘结性能的指标.通过扫描电镜(SEM)对材料横向拉伸试样断口进行形貌分析,及对材料的耐油、耐酸、耐碱性能进行测试,探讨了不同表面处理工艺对纤维与基体界面粘结效果的影响.研究结果表明,对玻璃纤维采用偶联剂KH-550浸渍后涂覆环氧树脂涂层,对碳纤维在空气氧化后涂覆环氧树脂涂层,可有效增强纤维、基体的界面粘结,所制得的混杂纤维增强复合材料具有较好的机械性能和耐介质性能.     

连续纤维增强聚醚砜复合材料制备及性能研究

碳纤维增强热塑性树脂基复合材料由于具有轻质、高强、加工周期短、可回收循环使用等优异性能逐渐受到航空航天、汽车工业等多个领域的关注,也成为未来复合材料增材制造的重要发展方向。本文以高性能热塑性树脂聚醚砜(PES)为基体,通过溶液浸渍-相转化法制备树脂含量可控,柔韧性好,有可能用于三维编织和自动铺放成型的热塑性预浸纱。将其经过热压成型制成单向带试样,与常用环氧树脂及其复合材料热性能和力学性能进行对比。研究发现PES基复合材料具有优异的耐热性能,其热分解温度(T_(5%))为576℃,800℃残碳率(N_2)为90%,其单向带纵向拉伸强度可达1781 MPa,拉伸模量为60.17 GPa,虽然略低于相同树脂含量的环氧树脂基复合材料,但PES基复合材料是一种很有发展潜力的高性能热塑性复合材料。     

热固性树脂基复合材料结构电阻焊接研究

采用碳纤维增强环氧树脂复合材料层压板与热塑性粘接剂共固化工艺,制备层压板焊接面覆有粘接剂的复合材料结构试件,利用粘接剂作为焊接介质对热固性环氧树脂基碳纤维复合材料结构试件进行电阻焊接。粘接剂与环氧树脂基体界面形成了半互穿网络聚合物(S-IPN)结构,有利于提升粘接剂与环氧树脂基体界面粘接性能,提高接头强度。对焊接试件的接头力学性能表征表明:采用AX8900粘接剂作为焊接介质的试件接头强度最高;单搭接剪切强度(LSS)可以达到7.35MP;编织碳纤维和金属网作为加热电阻可以使接头强度较单向碳纤维加热电阻分别提高60%和73%;[0°/90°]编织碳纤维加热电阻焊接的AX8900试件的平均层间断裂韧性可达1880J/m2。根据[0°/90°]编织碳纤维加热电阻焊接AX8900试件的LSS建立了基于焊接时间和功率密度的焊接工艺窗口。     

纳米SiO2改性环氧树脂碳纤维体育材料及性能试验

针对传统体育器材环氧树脂碳纤维复合材料脆性大、耐冲击性能差的问题,提出用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VATRM)制备用于体育器材的纳米二氧化硅改性环氧树脂碳纤维复合材料,借助电子万能试验机和落锤式冲击实验机研究了该复合材料的横向拉伸性能和抗冲击性能。结果表明:当纳米二氧化硅质量分数为1%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的横向拉伸性能最佳,断裂伸长率为0.5%;横向拉伸强度为41.7 MPa,拉伸模量为79.9 GPa,比纯环氧树脂碳纤维复合材料的横向拉伸强度、拉伸模量分别提高124.2%和12.5%。经纳米二氧化硅改性的环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力为2 216 N,比纯环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力提高了37.2%左右。     

界面改性剂对聚苯硫醚/碳纤维复合材料力学和热力学性能的影响

采用耐高温环氧树脂四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯醚涂覆碳纤维,通过熔融共混制备界面性能得到改善的碳纤维增强聚苯硫醚复合材料。用不同浓度的环氧丙酮溶液浸泡处理碳纤维,并对制得的复合材料力学性能和断面形貌进行表征。结果表明,在实验范围内,2%的环氧丙酮溶液处理碳纤维后,材料的性能最好,拉伸和冲击强度分别达到150.5 MPa和40.2 kJ/m2。并通过动态力学和差示扫描量热等手段研究了碳纤维表面环氧含量不同对复合材料的动态力学性能和熔融结晶行为的影响。结果表明:在实验范围内,2%的环氧溶液处理碳纤维制得的复合材料的储能模量和结晶温度均最高。     

碳纤维-环氧树脂复合材料的制备及力学性能表征

用低温等离子体技术对碳纤维针织物进行处理,将E-44环氧树脂基体与碳纤维织物进行复合,在温度为40℃、模压压力1.5 MPa条件下,采用模压成型法,加热1 h,保温2 h后,制备出碳纤维复合材料。测试了复合材料的拉伸性能、弯曲性能及压缩性能,得出经过等离子体处理后,碳纤维复合材料的纵向拉伸强度比改性处理前提高了31.12%,横向拉伸强度提高了40.61%;纵向弯曲强度提高了26.42%,横向弯曲强度提高了23.41%;纵向抗压强度提高了40.41%,横向抗压强度提高了29.74%。等离子体处理有利于碳纤维与树脂的结合,使得制备出的碳纤维复合材料的力学性能得到提高。     

连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料增韧改性的研究进展

从环氧树脂增韧、复合材料界面改性和层间增韧三个方面综述了连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料的增韧机理及增韧效果,总结了国内外连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料增韧技术的发展趋势。