碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

二氧化双环戊二烯改性树脂基复合材料的制备与性能

采用双酚A型环氧树脂(E-51)改性二氧化双环戊二烯树脂(CDR-0122),以改善其力学性能。首先根据复合材料力学性能选择较好的稀释剂,然后比较树脂基体在改性前后的玻璃纤维(Gf)和炭纤维(Cf)复合材料的基本力学性能和耐热性能。结果表明,环己二醇二缩水甘油醚(CDX-1180)是优于丙酮的一种稀释处理剂。同时用CDX-1180做稀释剂处理时,树脂基体经改性后,所制得的Gf层合板拉伸强度和拉伸模量分别提高了19.1%和16.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了20.5%和12.6%;所制得的Cf层合板拉伸强度和拉伸模量分别提高了9.7%和8.7%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了26.2%和7.0%;E-51改性CDR-0122树脂复合材料相比纯的CDR-0122树脂复合材料的玻璃化转变温度和热稳定性都略有提高。     

纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料性能研究

先采用机械搅拌和超声分散方式在环氧树脂中分散纳米SiO2微粒,通过扫描电镜表征断面的形貌来分析纳米SiO2分散效果,再采用力学性能测试,研究纳米SiO2对环氧树脂及其玻璃纤维增强复合材料性能的影响,结果表明,超声分散效果明显优于机械搅拌分散;纳米SiO2含量对分散效果、环氧树脂及其复合材料力学性能具有显著影响;采用超声分散的1%(质量分数)纳米SiO2改性环氧树脂浇铸体的弯曲强度比未改性的提高了21.2%,其玻璃纤维增强复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了9.7%和7.9%,但层间剪切强度则降低了10.6%。     

国产CCF300碳纤维单向织物液体成型工艺性及其复合材料力学性能

选取国产碳纤维CCF300所制备的2种单向织物,单向无纬织物U3160及单向无屈曲织物KUC160,分别对其预成型体进行压缩特性和渗透特性测试,以研究2种单向织物的液体成型工艺性,并采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备2种单向织物/双马来酰亚胺树脂基复合材料,测试并对比其面内力学性能。结果表明:预成型体压缩试验中,嵌套效应受压力及织物层数影响较大,压力越高、层数越多,嵌套效应越显著。U3160织物的嵌套效应较KUC160织物更为明显,在较高压力下,KUC160织物预成型体的纤维体积分数较U3160织物的下降了约20%。渗透率测试结果表明:相比U3160织物,KUC160织物0°方向的渗透率较高,而90°方向的渗透率有所降低;这是由于经编线的绑缚作用能促进0°方向的宏观流动,而阻碍90°方向的微观渗透。此外,KUC160织物的经编线与U3160织物的纬向纱线的导流作用也对渗透率有影响。力学性能试验结果表明:相比U3160织物增强复合材料,KUC160织物增强复合材料0°方向的拉伸、弯曲和压缩性能均有所下降,拉伸强度和弯曲模量降幅最大,分别约为11%和21%;而层间剪切强度有小幅提高,增幅约为8%。      

单向连续竹青纤维填充量对不饱和聚酯树脂力学性能及微观形貌的影响

以单向连续竹青纤维（OBF）和不饱和聚酯树脂（UP）制备了单向OBF/UP复合材料,研究了OBF含量对OBF/UP复合材料纵向静态力学性能及动态力学性能的影响,并采用SEM观察了复合材料拉伸断面处界面结合情况。结果表明:随着OBF含量的增加,OBF/UP复合材料静态力学性能呈先增加后减小趋势,当OBF含量为50wt%时,复合材料拉伸、弯曲性能最优,拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别达到285.52 MPa、16.06 GPa、359.80 MPa、27.32 GPa;OBF/UP复合材料存储模量随OBF含量增加呈先增加后减小趋势,当OBF含量为50wt%时,OBF/UP复合材料存储模量最大,且随着OBF含量的增加,OBF/UP复合材料玻璃化转变温度向低温方向移动,损耗峰变宽;断面处微观形貌表明,OBF含量为50wt%时,复合材料界面结合强度较好。制备的OBF/UP复合材料力学性能优良,有潜力取代玻璃纤维增强树脂复合材料在风电叶片材料、公路防护栏材料、船舶材料等领域的应用。      

高模量树脂基体及高抗压复合材料的研究

以高密度的环氧树脂 TDE-85作为基体,选择不同的固化剂,研制出了三种高模量高强度的树脂体系,并对其力学性能、微观结构、自由体积进行了研究。论文取得了如下创造性的研究成果:(1)制备了拉伸模量大于5.0GPa,压缩模量大于6.0GPa,拉伸强度大于80MPa 的树脂体系,并对其力学性能进行了测试,系统研究了模量与密度之间的关系,同时对其微观断口形貌进行了观察。(2)研究了高模量基体对玻璃纤维增强复合材料单向板各项性能的影响。结果表明,随着基体模量的提高,复合材料的拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、剪切性能显著提高。玻璃纤维复合材料的压缩强度达1337.5MPa,弯曲强度达2324.6MPa。(3)利用纳米材料 SiO_2、TiO_2、α-Al_2O_3、改性双酚 A 型环氧树脂,解决了纳米柱子均匀分散的技术难题。系统研究了纳米拉子对环氧树脂拉伸模量、强度、冲击韧性、热变形温度的影响。以纳米 SiO_2、高强玻璃纤维共同增强环氧树脂,制备了纳米纤维环氧树脂复合材料。这一研究在国内尚未见报道。(4)利用正电子淹没技术测试了自由体积,首次用实验验证了模量与自由体积的密切关系。对于 TDE-85/胺体系,在环氧基/胺摩尔比相同的条件下,浇铸体密度降低,自由体积的尺寸与浓度增大,浇铸体的模量与玻璃化温度降低。纳米粒子的加入,使自由体积尺寸增大,自由体积浓度降低,模量与玻璃化温度升高。     

纳米Al2O3改性玻璃纤维增强复合材料低温力学性能研究

简述了纳米Al2O3改性玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备,并对其常温、低温力学性能进行实验。结果表明,常温、低温下,复合材料的力学性能随着纳米Al2O3含量的增加都呈现先增强后减弱的趋势。低温处理使复合材料的力学性能得到提升,并且低温下Al2O3的引入对复合材料强度的改善效果比常温下明显,Al2O3含量为1%(质量分数)时,拉伸强度提高比例高达16.61%。其原因是低温下基体强度增大,另外基体热膨胀系数大,收缩明显,界面粘接强度增大,纳米Al2O3颗粒在界面处与树脂基体结合更深入,从而使纳米粒子阻碍微裂纹扩展的能力更强。     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

Using response surface methodology for modeling and optimizing tensile and impact strength properties of fiber orientated quaternary hybrid nano composite

In current study, weight percentage of nano silica and nano clay and also fiber orientation have been chosen as independent variables and the affect of these variables on tensile and izod impact strength of epoxy/glass fiber/SiO₂/clay hybrid laminate composite has been investigated. Central composite design (CCD) which is subset of response surface methodology has been employed to present mathematical models as function of physical factors to predict tensile and impact behavior of new mentioned hybrid nano composite and also optimizing mentioned mechanical properties. Totally 20 experiments were designed with 6 replicates at center point. The maximum and minimum value of tensile strength were 450.90 MPa and 158.16 MPa which occurred in design levels 1 and 14 respectively, also the maximum and minimum of izod impact strength were 10.47 kJ/m² and 2.56 kJ/m² which occurred in design levels 13 and 14 respectively. The optimization results using optimization part of Minitab software showed that the best tensile strength was obtained 488.53 MPa and occurred in 3.5 wt% of nano silica, 1.1 wt% of nano clay and 9° of fiber orientation and after preparing and testing five samples average value of tensile strength was obtained about 480 MPa. Also the results showed that the best impact strength obtained from software was 11.35 kJ/m² and occurred in 4.03 wt% of nano clay, 5 wt% of nano silica and 0° of fiber orientation. The optimization results also showed that tensile and impact strength at optimum values improved up to 6.4% and 203.5% compared to level 1 and 14 and 6.02% and 303.6% compared to level 13 and 14 respectively. In addition, the fracture surface morphologies of the quaternary nano composites were investigated by scanning electron microscopy (SEM).     

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

Fabrication and characterization of carbon fiber reinforced clay/epoxy composite

In this study, dynamic mechanical analysis (DMA), thermogravimetric analysis (TGA), and flexural tests were performed on unfilled, 1, 2, 3, and 4 wt% clay filled SC-15 epoxy to identify the effect of clay weight fraction on thermal and mechanical properties of the epoxy matrix. The flexural results indicate that 2.0 wt% clay filled epoxy showed the highest improvement in flexural strength. DMA studies also revealed that 2.0 wt% system exhibit the highest storage modulus and T _g as compared to neat and other weight fraction. However, TGA results show that thermal stability of composite is insensitive to the clay content. Based on these results, the nanophased epoxy with 2 wt% clay was then utilized in a vacuum assisted resin transfer molding set up with carbon fabric to fabricate laminated composites. The effectiveness of clay addition on thermal and mechanical properties of composites has been evaluated by TGA, DMA, tensile, flexural, and fatigue test. 5 °C increase in glass transition temperature was found in nanocomposite, and the tensile and flexural strengths improved by 5.7 and 13.5 %, respectively as compared to the neat composite. The fatigue strength was also improved significantly. Based on the experimental result, a linear damage model combined with the Weibull distribution function has been established to describe static failure processing of neat and nanophased carbon/epoxy. The simulated stress–strain curves from the model are in good agreement with the test data. Simulated results show that damage processing of neat and nanophased carbon/epoxy described by bimodal Weibull distribution function.     

Introducing cellulose nanocrystals in sheet molding compounds (SMC)

The mechanical properties of short glass fiber/epoxy composites containing cellulose nanocrystals (CNC) made using sheet molding compound (SMC) manufacturing method as well as the rheological and thermomechanical properties of the CNC-epoxy composites were investigated as a function of the CNC content. CNC up to 1.4 wt% were dispersed in the epoxy to produce the resin for SMC production. The addition of CNC in the resin increased its viscosity and slightly reduced the heat of reaction during the polymerization without altering the curing time and temperature and the effective pot life of the resin. The incorporation of 0.9 wt% CNC in the SMC composite resulted in increases in elastic modulus and tensile strength by ∼25% and ∼30% and in flexural modulus and strength by ∼44% and ∼33% respectively. Concentrations of CNC up to 0.9 wt% in the SMC composite did not alter the impact energy.     

复合微胶囊填充型环氧树脂自修复复合材料的老化性能

采用浇注成型法制备新型环氧树脂-脲醛树脂@2-甲基咪唑复合微胶囊(E-51-UF@2-MI复合微胶囊)/环氧树脂自修复复合材料,研究湿热老化(65℃去离子水)、化学腐蚀(40%硫酸溶液、40%氢氧化钠溶液)、395nm紫外线老化对新型自修复复合材料拉伸强度、弯曲强度和自修复性能的影响。结果表明,新型自修复复合材料在65℃去离子水中浸泡8h后,吸湿率达到稳定状态,最大吸湿率为0.15%;在40%硫酸溶液中浸泡4d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为25.7%和21.6%;在40%氢氧化钠溶液中浸泡5d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为22.5%和19.8%;经紫外线老化4d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为26.1%和46.1%;在40%硫酸溶液和395nm紫外线老化条件下,修复率呈现下降趋势,而在40%氢氧化钠溶液腐蚀条件下,其修复率先略有上升后不断下降。自修复性能下降原因在于:基体老化、微胶囊老化,以及微胶囊与基体的脱离。     

Effect of particle size and weight fraction on the flexural strength and failure mode of TiO2 particles reinforced epoxy

Effect of inclusions size and weight fraction on flexural strength and failure mode of composite containing SC-15 epoxy resin and TiO₂ particles has been studied in this investigation. The sizes of particles varied from macro (0.02 mm) to nano (5 nm) scale, and these particles were infused into the part-A of SC-15 through sonic cavitations and then mixed with part-B of SC-15 by using a high speed mechanical agitator. Three-point bending tests were performed on unfilled, 0.5 wt.%, 1.0 wt.% and 1.5 wt.% particles filled SC-15 epoxy to identify the loading effect on mechanical properties of the composites. Results show that 1.0 wt.% nanoparticles reinforced epoxy exhibit the highest mechanical performance. Higher than 1.0%, strength of composite decreased because of poor dispersion. Experimental results also shown that micro-sized particles have little effect on strength of epoxy at such low loading, and strength of composite increased as the size of particles decreased to nano scale. However, degradation in strength was found in 5 nm TiO₂/epoxy system due to agglomeration.     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

纳米TiO2改性环氧涂层对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料紫外-凝露老化特性的影响

通过紫外-凝露加速老化试验,考察了纳米TiO₂改性环氧涂层对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料各种性能的影响。研究了紫外-凝露环境中不同纳米TiO₂含量的纳米TiO₂改性环氧涂层的颜色及硬度变化。并研究了未涂覆涂层、涂覆环氧涂层及2wt%TiO₂改性环氧涂层的玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料的颜色变化、质量变化、弯曲性能及剪切性能变化规律。发现紫外-凝露环境下老化90天后未涂覆涂层、涂覆环氧涂层及2wt% TiO₂改性环氧涂层玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料弯曲强度分别下降了14.7%、10.0%和9.2%,弯曲模量分别下降了5.9%、5.4%和3.2%。考虑紫外、湿度、温度共同作用,对古尼耶夫剩余强度公式进行修正,预测了纳米 TiO₂改性环氧涂层玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料的寿命。      

不同秸秆增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

秸秆具有生物降解、绿色环保等特性,且来源丰富,在绿色纺织复合材料领域受到广泛关注。本文采用真空辅助法制备了长芦苇秆、麦秆、高粱秆、稻草秆增强环氧树脂复合材料,研究了芦苇秸秆在整体和劈裂状态下复合材料的力学性能,并比较了在劈裂状态下芦苇秸秆和其他3种秸秆增强复合材料的力学性能及形态特征,分析了4种秸秆的红外光谱、表面润湿性、表面元素及微观结构。结果表明:4种秸秆均有相似的振动吸收峰位置,且它们表面微观结构差异较大,但其相同之处是表面均有硅元素、氧元素以及碳元素。同时4种秸秆都具有疏水性,芦苇秆、高粱秆、麦秆和稻草秆与水的接触角依次降低。在力学性能上,由于纤维素纤维在秸秆内合理有效分布使其出现结构物效应,秸秆增强复合材料的弯曲性能较拉伸性能具有明显的优势,同时芦苇秆劈材增强环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度比芦苇秆复合材料高165.07%、55.72%。在4种秸秆劈材复合材料中,芦苇秆劈材复合材料的拉伸、弯曲性能最好,其次是稻草杆、高粱杆、麦秆复合材料。秸秆增强复合材料的开发有利于提高秸秆资源利用率,为复合材料的开发利用提供了新路径。     

T-ZnO晶须增强环氧树脂复合材料的力学行为

研究了以四脚状氧化锌（T-ZnO）晶须为增强剂，环氧树脂复合材料的力学行为。结果表明，由具有三维空间结构的T-ZnO晶须为增强剂所制备的环氧树脂复合材料具有各向同性的力学性能，T-ZnO晶须填加质量分数为6%时，就可使材料的力学性能改善；拉伸强度提高到169%，拉伸功几乎提高了100%，冲击强度提高到300%，抗弯的断裂功提高到158%，而压缩强度略有下降。