碳纤维增强环氧树脂基复合材料低温改性研究进展

随着航天、应用超导技术和大型低温工程等高科技的迅猛发展,高性能碳纤维增强环氧树脂基复合材料在低温下的应用愈来愈受到人们的重视。论文综述了近年来碳纤维增强环氧树脂基复合材料低温改性的研究进展,并展望了其未来的发展方向。     

碳纤维/改性环氧树脂复合材料的制备与表征

采用手糊成型工艺制作碳纤维复合材料(CFRP),选用T-700碳纤维为增强体,用气相氧化法对其进行表面处理,选用双马来酰亚胺(BMI)改性的耐高温环氧树脂为树脂基体。结果表明,碳纤维经过表面处理后,其表面与基体树脂的接触角由116.8°下降到50.5°,并且表面出现条纹沟槽,改善了碳纤维表面对基体树脂间的界面性能。同时,玻璃化转变温度提高了4.0%,热分解温度提高了1.9%。     

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)。     

短切碳纤维增强环氧树脂复合材料的研究

采用冷模压成型工艺制备了短切碳纤维增强环氧树脂(SCFRER)复合材料,并对复合工艺参数进行了讨论。借助于金相显微镜研究了SCFRER复合材料的微观结构特征;较全面地研究了短碳纤维(SCF)含量对复合材料的热、电性能和力学性能(拉伸、弯曲和压缩强度)的影响。     

碳纤维/环氧树脂冲击性能研究

本文通过橡胶改性环氧树脂基体对提高碳纤维复合材料的层剪强度和冲击强度的影响进行了研究。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性,分析了该固化体系浇铸体的性能;并以碳纤维(T-700S)为增强材料,采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-3/T-700S复合材料,研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能,并对弯曲断面进行分析。研究结果表明,WBS-3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好,适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺;由此制得的WBS-3/T-700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能,其弯曲强度为1434MPa,拉伸强度为1972MPa,剪切强度为76.1MPa,玻璃化温度(Tg)超过210℃;该WBS-3/T-700S复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。     

硝酸处理对碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能影响

以用浓硝酸处理改性后的碳纤维为增强体,用乙二胺(DBP)为固化剂,邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂,以低分子量环氧树脂(E-51)为基体制备碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)。SEM测试表明用酸处理碳纤维后,碳纤维表面的极性和粗糙度得到了提升。DMA测试表明储能模量和玻璃化温度都得到了显著提升。控制酸处理时间,可以明显改善碳纤维和环氧树脂之间的结合力,提高复合材料的力学性能。     

碳纤维复合材料用环氧树脂体系研究进展

介绍了碳纤维增强环氧树脂复合材料的优点及其主要成型工艺,在分析不同成型工艺对环氧树脂性能要求的基础上总结了研究热点。重点讨论了近年来预浸料、RTM、缠绕成型等工艺所用环氧树脂体系在力学性能、功能性及可加工性能方面的技术突破,并对未来碳纤维复合材料用环氧树脂体系的发展进行了展望。     

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。     

碳纤维/环氧树脂复合材料连续抽油杆的研制

介绍了碳纤维／环氧树脂连续抽油杆的生产方法。以碳纤维和玻璃纤维带为增强材料，以E－51、METHPA和DMP－30组成的树脂体系为基体树脂，以HBT－8为内脱模剂，采用拉挤成型工艺，研制了碳纤维／环氧树脂复合材料连续抽油杆。研究表明，纤维排布、原料配比、固化湿度和牵引速度是生产工艺的关键控制因素。下井实验表明，与常规钢制抽油杆相比，碳纤维／环氧树脂连续抽油杆可节电1／3以上，产油量为前者的1．3倍以上，经济效益显著，且耐磨，耐腐独性好，使用寿命长，运输、安装方便。     

碳纤维/环氧复合材料界面优化研究进展

从界面粘合理论、碳纤维表面改性、树脂基体改性等方面对碳纤维/环氧复合材料界面性能的研究进展进行了综述。表明界面对碳纤维/环氧复合材料充分发挥其优异性能起关键作用,其界面优化设计主要从碳纤维表面改性和树脂增韧改性入手,研究已取得一定进展;但亟需在界面作用机理、界面改善处理的工业化生产、纳米材料改性的技术难题等方面期待突破。     

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。     

玉米秸秆纤维/环氧树脂复合材料的制备与性能研究

以缩二脲改性的环氧树脂为粘胶剂,玉米秸秆纤维为增强材料,多异氰酸酯为相容剂,丁基缩水甘油醚为稀释剂制备玉米秸秆纤维/环氧树脂复合材料。利用FTIR对其进行结构分析,万能试验机进行力学分析,并研究了玉米秸秆纤维用量对复合材料力学性能和耐水性的影响。结果表明,当粘胶剂质量分数为15%,相容剂与秸秆纤维质量比为1∶3时所制备的复合材料具有良好的力学性能,厚度溶胀率和吸水率较低,是一种性能较为优良的新型环保型复合材料。     

填料在碳纤维/环氧拉挤成型工艺中的应用研究

比较了高岭土和超细碳酸钙两种填料对环氧树脂粘度和拉挤工艺性的影响,并着重研究了高岭土的粒径、用量和存放环境相对湿度对环氧树脂粘度和碳纤维拉挤制品性能的影响。结果表明:高岭土作填料更加适合环氧树脂;高岭土粒径应选择在5~7μm为宜;在保证产品性能的前提下,高岭土质量分数越少越好;高岭土应在相对湿度50%的环境下保存。     

环氧/碳纤维复合材料性能研究

本文主要分析了碳纤维帘子布复合材料的性能,并与T300单向碳纤维复合材料性能进行对比。结果表明,碳纤维帘子布复合材料性能低于T300单向碳纤维复合材料性能。     

微脱黏法在碳纤维/环氧树脂界面性能评价中的应用

利用微脱黏法测定碳纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度,并分析了造成测试结果分散的影响因素.结果表明:在脱黏过程中,最大脱黏力随碳纤维埋人环氧树脂内长度的增加而线性递增,当埋人长度超过一定值后最大脱黏力趋于稳定:碳纤维与环氧树脂间的接触角对复合材料界面剪切强度有一定影响,接触角越大,界面剪切强度越高;测试结果的分散性与树脂微球的半月板区域、钳口区等因素有关;未经表面处理的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面剪切强度仪为39.4 MPa,低于处理后的复合材料(60.6 MPa).     

环氧树脂改性及其涂层性能研究

通过硅溶胶来改善环氧树脂E-44的性能,以改性环氧树脂为基料,制备了富锌防腐涂料。应用电化学交流阻抗法研究了涂料涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀过程。实验结果表明,添加硅溶胶可明显改善环氧树脂性能,当硅溶胶与环氧树脂E-44质量比5∶3防腐性能最好,同时该涂层具有较好的力学性能、耐热性和耐候性。根据交流阻抗谱图(E IS)响应特征,涂层在浸泡过程可分为3个主要阶段且涂层电阻变小。     

环氧树脂上浆剂对PAN基碳纤维性能的影响

分别以KD-213,YD-128环氧树脂、复合环氧树脂及油酸酰胺改性的复合环氧树脂(改性环氧树脂)为主体的上浆剂对聚丙烯腈基碳纤维(PANCF)进行上浆,对上浆纤维的加工性能、表面形貌及其界面剪切强度(IFSS)进行了研究。结果表明:上浆剂改善了PANCF的耐磨性、毛丝量、耐水性及其复合材料的IFSS。其中改性环氧树脂上浆剂为最佳,可在PANCF表面形成一层完整的柔韧性光滑薄膜,上浆后的PANCF的耐磨次数为1887,毛丝量为0.14mg,吸水率小于等于0.005%,复合材料IFSS较未上浆纤维提高38.5%,达87.26GPa。     

SCRIMP用环氧树脂体系及其复合材料的性能研究

采用粘度、凝胶时间及力学性能测试以及示差扫描量热分析和扫描电镜研究了上纬环氧树脂2511-A体系的工艺性能,固化反应行为及其采用西曼树脂浸渍膜塑成型工艺(Seeman Composites Infusion Molding Process,SCRIMP)制成的环氧玻璃纤维复合材料的性能。结果表明:2511-A体系在25～35℃下粘度保持在600 mPa.s以下的时间长达120 min,满足SRCIMP成型工艺要求,其玻璃化转变温度为112℃。复合材料的孔隙率仅为0.19%,且具有良好的力学性能。