激光参数对碳纤维复合材料质量烧蚀率的影响

为了研究激光参数对碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料质量烧蚀率的影响规律, 选用不同激光参数、采用高强度CO₂激光器对该复合材料进行了激光辐照试验。分别分析了入射激光的辐照时间、强度和光斑直径对碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料质量烧蚀率的影响规律。研究结果表明: 激光辐照时间对该复合材料的质量烧蚀率的影响不大, 而该复合材料的质量烧蚀率随入射激光强度和光斑直径的增大而增大。      

Nd:YAG激光辐照碳纤维复合材料的质量烧蚀

通过实验研究了连续Nd:YAG激光辐照下碳纤维环氧树脂复合材料的质量烧蚀规律.结果表明:当激光功率密度大于10 kW/cm2时,材料烧蚀质量与激光辐照能量成正比关系;在同样激光辐照能量下,半径为0.65 mm的激光辐照引起的复合材料的质量烧蚀率比半径为5.5 mm的激光辐照的结果大一倍;激光功率在燃烧阈值附近时,燃烧现象引起质量烧蚀率的波动.     

片状石墨增强树脂基复合材料的耐激光烧蚀性能研究

采用刷涂的方法制备了一种新型的片状石墨增强钡酚醛树脂基复合材料, 并采用重频激光辐照的方法, 对其耐烧蚀性能进行了研究. 研究结果表明: 片状石墨增强钡酚醛树脂基复合材料在平均功率密度为1700 J/cm²的重频激光辐照下的热烧蚀率为32.8 μg/J, 耐激光烧蚀性能明显高于碳纤维增强的钡酚醛树脂基复合材料和钡酚醛树脂; 片状石墨增强钡酚醛树脂基复合材料中的片状石墨呈近平行的层状分布方式, 在激光辐照过程中能对入射激光起到平面反射作用, 从而有效地降低激光辐照的能量沉积; 片状石墨的片型对复合材料的耐烧蚀性能有影响, φ0.5 mm的片状石墨增强的复合材料的耐激光烧蚀性能最好.     

Nd∶YAG激光辐照碳纤维复合材料的质量烧蚀

 通过实验研究了连续Nd：YAG激光辐照下碳纤维环氧树脂复合材料的质量烧蚀规律。结果表明：当激光功率密度大于 10 kW/cm2 时,材料烧蚀质量与激光辐照能量成正比关系;在同样激光辐照能量下,半径为0.65mm的激光辐照引起的复合材料的质量烧蚀率比半径为5.5mm的激光辐照的结果大一倍;激光功率在燃烧阈值附近时,燃烧现象引起质量烧蚀率的波动。     

激光辐照下二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的烧蚀特征

开展了光纤激光对二维编织碳纤维/环氧复合材料的烧蚀试验研究,获得了不同入射热流条件下编织复合材料的烧蚀特征,分析了激光烧蚀机制。结合非接触测温和接触测温两种方法开展试验,采用高温红外热像仪测试了复合材料前表面的瞬态温度场演变过程,通过热电偶获得了复合材料后表面的温升数据。试验结果表明,当入射激光功率密度在102 W·cm-2量级时,二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的环氧树脂发生了明显的质量迁移,而碳纤维形貌变化不大;在强激光辐照过程中,二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的前后表面温差较大,前表面最高温度接近2 000℃,而后表面最高温度在200~500℃之间。     

碳纤维丝束结构对碳纤维/酚醛复合材料烧蚀性能的影响EI北大核心CSCD

以酚醛树脂为基体,以平纹碳布和短切碳纤维两种结构形式的碳纤维为增强剂,制备碳纤维增强的碳/酚醛复合材料。采用氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的耐烧蚀性能进行了对比性研究,采用电子拉力试验机对复合材料的弯曲性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料烧蚀形面进行观察,并通过固体火箭发动机对复合材料的烧蚀性能进行考核验证。研究结果表明:以这两种结构形式的碳纤维为增强剂制备的碳/酚醛复合材料,其氧乙炔质量烧蚀率的大小与碳纤维丝束的大小具有正相关的特性,碳纤维丝束越小碳纤维质量烧蚀率越低,当碳纤维增强剂处于单丝状态时,复合材料的氧乙炔质量烧蚀率达到最低为0.046 g/s,并且碳纤维的型号规格对复合材料氧乙炔质量烧蚀率的影响变小。固体火箭发动机实验表明,单丝状态下的碳纤维/酚醛复合材料的抗烧蚀冲刷性能明显优于束状碳纤维/酚醛复合材料。     

薄层化碳布缝合碳/碳复合材料制备与性能

为获得高性能、低成本碳/碳复合材料,以商用级T700大丝束薄层化碳纤维展宽平纹布和航空航天级T300小丝束碳纤维缎纹布为原材料制备缝合预制体,采用化学气相沉积工艺方法制备了一系列缝合碳/碳复合材料,对材料的气相致密化特征、微观结构特征和力学性能进行了测试与分析。研究结果表明,碳布规格和缝合间距对材料气相致密化效果和力学性能有较大影响。当选用T700-12 K、展宽16 mm大丝束纤维编织的面密度100 g/m2的平纹布为原材料且预制体缝合间距为5 mm×5 mm时,制备的密度为1.781 g/cm3薄层化碳布缝合碳/碳复合材料表现出良好的气相沉积工艺适应性和优异的力学性能,材料拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和层间剪切强度高达342.9 MPa、285.5 MPa、328.4 MPa和15.2 MPa。通过商用级大丝束薄层化碳纤维的应用,大幅降低了高性能碳/碳复合材料的原材料成本,且制备的碳/碳复合材料性能达到了国际先进水平。      

乙烯基含磷树脂的合成及阻燃环氧树脂

以甲基丙烯酰氯和含磷酚醛树脂为反应原料,在缚酸剂三乙胺的作用下反应合成了乙烯基含磷树脂.以乙烯基含磷树脂为阻燃剂,通过与DCPD-苯酚环氧树脂和活性酯固化剂共混配胶,然后对玻璃纤维布上胶并在真空压机上制备了玻璃纤维布增强的环氧树脂/活性酯固化剂/乙烯基含磷树脂复合材料.采用红外光谱和热失重表征了乙烯基含磷树脂的化学结构...     

碳前驱体对LiFePO_4/C复合材料的形貌及电化学性能的影响

采用葡萄糖、环氧树脂、酚醛树脂为碳源制备了LiFePO4/C复合材料。利用X射线衍射、扫描电镜等方法对复合材料进行研究。结果表明,葡萄糖获得了碳包覆复合材料,而环氧树脂、酚醛树脂则得到了碳芯结构复合材料。碳芯结构复合材料的电化学性能优于碳包覆复合材料,电流密度为15mA/g时,试样C、D的放电容量分别为165、167mAh/g;电流密度为600mA/g时,试样C、D的放电容量分别为139.4、145.5mAh/g,经过50循环后容量保持率分别高达99.2%、99.5%。     

碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响

采用γ射线辐照法、电化学聚合法改性碳纤维表面,研究了以三缩四乙二醇为接枝单体,在不同的辐照剂量下辐照处理碳纤维,以及电化学聚合衣康酸改性碳纤维。利用扫描电子显微镜、X光电子能谱仪、电子万能试验机研究了处理前后的碳纤维的表面形貌、复合材料的断面形貌、表面化学组成及复合材料层间剪切强度(ILSS)的变化。研究结果表明,2种处理方法都能有效提高碳纤维表面活性,与环氧树脂的浸润性提高,复合材料断面纤维拔出明显减少。在200kGy的辐照剂量下处理得到的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度最大,达到31.2%。同时经电聚合处理后的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度要大于经γ射线辐照处理后的试样,达到40%。     

高性能CFRP增强纤维表面状态分析及性能研究

为研究高性能炭纤维的表面特征及炭纤维与环氧树脂基体之间的界面结合,获得高性能的结构型炭纤维/环氧树脂复合材料(CFRP).采用红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱仪、单向板、NOL环、Φ150 mm压力容器等方法,对炭纤维/环氧树脂复合材料(CFRP)3种高性能炭纤维表面状态及复合材料性能进行了系统研究.结果表明,3种炭纤维表面涂层均能参与环氧基团固化反应在界面上形成化学键;UT500系列炭纤维表面轴向沟槽可与树脂基体通过物理"机械啮合"作用形成更强的界面结合;UT500-12K炭纤维/E-51单向板剪切强度为91.46 MPa,NOL环剪切强度为77.16 MPa,分别比T700-12K/E-51体系高约40%.CFRP复合材料中炭纤维的微观结构、表面活性是决定复合材料界面结合的重要因素,直接影响复合材料制品的含胶量,进而影响其综合力学性能.     

γ射线辐照对碳纤维表面接枝改性的影响

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面粘结性能, 采用γ射线共辐照接枝方法对碳纤维表面改性, 利用X光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电子万能材料试验机, 研究了在缩乙二醇丙酮溶液和环氧氯丙烷丙酮溶液中经200 kGy剂量的γ射线辐照接枝后, 碳纤维的表面化学元素及官能团组成、 表面形貌、 复合材料剪切断面形貌及其层间剪切强度(ILSS)的变化。研究表明, 缩乙二醇类接枝液的接枝效果较理想, 碳纤维接枝率达7%; 辐照处理碳纤维表面O/C比值和含氧官能团含量增加, 以此制备的碳纤维/环氧复合材料的ILSS提高, 最大提高率达31.2%; 同时还发现辐照接枝后的碳纤维表面粗糙度增大。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

阳极氧化对高聚物基碳纤维复合材料界面性能的影响

采用阳极氧化法对Ｔ－３００高强度碳纤维和Ｍ－４０高模量碳纤维进行了表面处理。发现该方法能剥除Ｔ－３００碳纤维表面的高涂层，涂覆耐热涂层后可提高Ｔ－３００／聚酰亚胺复合材料界面的抗热氧化性能，并且可使基体改性的珠Ｍ－４０／酚醛环氧复合材料界面强度和冲击强度同时获得提高。     

炭纤维物理性能对C/C复合材料氧化性能的影响

用相同牌号的T700炭布长纤维和炭毡短纤维交替叠层作为坯体，通过化学气相沉积（CVD）法生产二维C／C复合材料，尽管两种纤维具有很相近的结构和石墨化度，并经历相同的热处理过程，但同一C／C试样在随后的变温氧化和等温氧化过程中存在两个主要的氧化方向，一个是热解炭基体优先于炭布氧化，另一个是炭毡纤维优先于炭基体氧化。研究表明，两种纤维的物理性能（如表面积、孔径分布和总孔体积）有显著差别，即两种纤维的微孔结构和孔径分布有很大差别，从3－10nm，炭毡纤维的分布峰值比炭布纤维大得多，炭毡纤维的累积吸附孔体积的增长也比炭布纤维快，而且炭毡纤维的最大孔径比炭布纤维的大得多。正是这些因素使得炭布纤维比炭毡纤维具有更强的抗氧化性，导致了其抗氧化和氧化活性的明显不同。因此，即使炭布纤维和炭毡纤维具有相同的结构，并经过同样的热处理过程，在被用作坯体生产C／C复合材料前，应仔细考虑其物理性能。     

碳纤维/铝/环氧复合板的初步研究

本文揭示了碳纤维/铝/环氧复合板的显微结构,比重、热胀性能与碳纤维含量的关系,探讨了增强组份的表面处理、碳纤维/铝的叠层结构设计、碳纤维含量、纤维混杂对复合板力学性能的影响。试验表明:碳纤维/铝/环氧复合板具有轻质、低热胀、高强度等特点,当碳纤维增强环氧的含量为55vol%时,它的拉伸,弯曲与剪切强度达到或超过芳纶纤维或玻璃纤维/铝/环氧复合板的相应值。     

土木工程应用中碳纤维/环氧树脂界面在环境影响下退化的分子模拟研究进展

在土木工程领域,碳纤维增强复合材料 (CFRP) 由于有着优异的力学性能而被越来越多地用在建筑结构中。碳纤维与环氧树脂之间粘结界面的性能对于 CFRP 内部应力的有效传递极为关键,并很大程度上决定了复合材料的长期耐久性能。然而,纤维/树脂粘结界面易受到湿热、盐雾及海水等恶劣环境的侵蚀,导致界面脱粘及最终的复材破坏。为了确保复材的长期耐久性能,需要全面认识界面在环境侵蚀下的退化行为。分子动力学模拟可以“自底向上”地描述界面在环境侵蚀下的行为,有利于探究界面的退化和失效机制。本文综述了不同环境因素影响下碳纤维/环氧树脂界面退化的分子模拟研究进展,包括界面模型的建立,界面在潮湿、盐雾等环境中结构、性能的退化及其背后的机制。最后,提出了未来界面退化的研究方向,例如纤维/树脂粘结界面模型的进一步完善。