碳纤维布/玻纤布增强聚氨酯复合材料的研究

以聚氨酯为基体树脂,分别以碳纤维布、玻璃纤维布和这两种纤维布交替铺叠作为增强材料,采用真空辅助灌注成型工艺制备了4种复合材料.考察了纤维布的铺层结构对复合材料的弯曲、拉伸和冲击性能的影响.结果显示,复合材料的拉伸模量和弯曲模量随碳纤维含量增加而增加,冲击强度则降低.分别采用TGA、DMA和SEM对复合材料的热性能、界面...     

法向载荷下含金属预埋件碳纤维层合板强度分析

建立了含圆柱形金属预埋件和阶梯形金属预埋件碳纤维/环氧树脂层合板的三维分析模型,单层板简化为三维正交各向异性材料。采用有限元方法对法向载荷下含金属预埋件四边简支层合板进行了应力分析,给出了发生初始损伤单层板各材料主方向应力分布和金属预埋件的VON MISES应力分布。基于复合材料单层板的最大应力强度准则给出了两种分析模型的极限载荷。分析结果表明,含圆柱形预埋件层合板初始损伤发生在45°铺层靠近孔边的2点钟方位,破坏模式为基体剪切破坏;含阶梯型预埋件层合板初始损伤发生在-45°铺层靠近孔边的10点钟方位,破坏模式为基体拉伸破坏。法向载荷作用下,阶梯型预埋件结构比圆柱形预埋件结构具有更大的传力面积,大部分纤维处于适宜的受拉状态,其极限载荷比圆柱形预埋件结构提高了40.36%。     

国产高强高模PAN基碳纤维预浸料的制备及性能研究

以国产CNI QM55高强高模聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、氰酸酯树脂为原料,利用热熔法制备高强高模PAN基碳纤维预浸料,通过纤维面密度、树脂含量、挥发分含量等来评价预浸料的物理性能,结合单向板的微观形貌与层间剪切强度分析单向板的界面结合性能,并对预浸料铺制单向板的力学性能进行表征。结果表明：CNI QM55碳纤维预浸料的纤维面密度为145 g/m²,树脂质量分数为35.5%,挥发分质量分数为0.164%,预浸料的物理性能满足复合材料的性能要求;以CNI QM55碳纤维预浸料制备的单向板0°拉伸强度为2 429 MPa, 0°拉伸模量为328.4 GPa,弯曲强度为1 171 MPa,弯曲模量为280 GPa,压缩强度为783 MPa,压缩模量为257 GPa,层间剪切强度为65.2 MPa,具有较好的界面黏接性能和力学性能,可满足加工应用要求。     

缝合复合材料的制备与力学性能分析

采用新型的锥管针刺技术,将铺层平纹碳布在厚度方向上进行缝合,通过控制针距和行距,得到缝合密度不同的缝合预制体,再采用RTM工艺将预制体与环氧树脂进行复合,得到三维缝合复合材料。通过拉伸、弯曲和层间剪切试验,探究缝合密度对缝合复合材料力学性能的影响。结果表明,与未缝合碳纤维/环氧树脂复合材料相比,加入缝合线后,复合材料的拉伸性能降低,拉伸强度降低了3. 1%～12. 4%;缝合复合材料弯曲强度,随缝合密度的增加呈现先下降后上升再下降的趋势,其中密度为5 mm×5 mm的缝合复合材料弯曲强度提高了2. 2%;缝合复合材料层间剪切性能较未缝合复合材料均出现了不同程度提高,当缝合密度为5 mm×5 mm时,提高率达到最大值,为41. 6%。对试样的断口形貌进行讨论,结果表明,缝合线是影响材料破坏模式的重要因素。     

T700／3234层合板力学性能的研究

研究了T700／3234层合板力学性能,T700／3234层合板铺层45°／-45°／0°／90°／0°／0°／90°／0°／-45°／45°.T700／3234中温固化环氧碳纤维单向预浸料适应于热压罐成型工艺方法.测试了23℃、60℃、80℃、100％下,T700／3234层合板拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、层间剪切强度及层合板的拉伸剪切强度,得出不同温度下层合板各项力学性能的保持率,表明：T700／3234复合材料使用温度不大于80℃.     

弹性固化环氧树脂体系及其复合材料研究

制备了一种体育用品用弹性固化EP(环氧树脂)体系,并着重探讨了其与碳纤维制成的复合材料的相关性能。研究结果表明:弹性固化EP体系的相对最佳固化温度为113.5~147.0℃,95~110℃时固化度超过90%;复合材料的横向拉伸强度60.00 MPa、拉伸弹性模量≥8.20 GPa、弯曲强度≥1.50 GPa、弯曲弹性模量110.00 GPa和层间剪切强度82.00 MPa,经98℃水煮48 h后,复合材料的弯曲性能和层间剪切强度与国内外同类产品(150℃固化40 min)的性能相当;纤维表面有树脂附着,并且有部分树脂浸润纤维,说明该弹性固化EP体系与碳纤维之间的浸润效果良好。     

浅谈碳纤维预浸料中铺放纤维非织造网布的适用性

选取了两种纤维非织造网布,分别在进口单向碳纤维预浸料和国产单向碳纤维预浸料层与层之间进行铺放,采用预浸料成型工艺制备不同性能的层合板,并通过测试层合板试样的力学性能和孔隙率,表明纤维非织造网布在碳纤维预浸料成型技术中的适用性。对比测试数据结果发现:纤维非织造网布经向纤维纤度、纬向纤维纤度、面密度选材合适时,在碳纤维预浸料层合板中表现出了优异的适用性;纤维非织造网布经向纤维纤度及纬向纤维纤度较小、面密度选择较大时,在碳纤维预浸料层合板中虽然也表现出良好的工艺适用性,但是碳纤维预浸料层合板的力学性能会降低,孔隙率会偏大。     

共聚酯无纺布定型-增韧碳纤维复合材料的制备及力学性能

针对真空辅助树脂灌注工艺(VARI)成型纤维增强复合材料纤维体积含量较低、厚度难以控制、层间韧性较差的问题,将共聚酯无纺布引入碳纤维织物预成型体中,对其进行真空袋热压定型预处理,最后采用VARI工艺制得了碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板。对比研究了共聚酯无纺布改性前后复合材料的厚度变化规律、Ⅰ型层间断裂韧性、短梁剪切性能和三点弯曲性能。结果表明,经共聚酯无纺布改性后层合板的厚度降低,纤维体积含量由改性前的57.9%提高至62.2%,其Ⅰ型层间断裂韧性G_(ⅠC)值提高了144.7%,短梁剪切强度和弯曲性能基本持平。Ⅰ型层间断裂韧性提升的主要机制:一是层间断裂面之间的纤维桥联作用;二是层间界面处弥散分布的热塑性颗粒阻碍了裂纹的扩展;三是层间的界面相因发生剪切塑性变形而需耗散额外的断裂能量。     

汽车复合材料层合板准静态力学性能的试验测定

以应用于某新能源电动汽车的复合材料层合板为研究对象,利用万能试验机和静态应变测试分析系统等提出了可靠的复合材料层合板准静态拉伸和压缩力学性能试验测定方法,从而为复合材料结构在汽车轻量化中的设计和应用提供了试验依据。该层合板结构采用±45°交叉铺层方法,由2层碳纤维、1层芳纶纤维和2层玻璃纤维层叠构成。试验结果表明,该复合材料层合板在准静态拉伸时呈现沿±45°方向和层间分离挤压的断裂失效模式,这与其内部纤维铺层方向是一致的。同时,由于在复合材料板材中加入了增韧和板材失效时起连接作用的芳纶纤维和玻璃纤维铺层,该复合材料层合板的整体力学性能较常见碳纤维增强复合材料板材,其弹性模量和强度性能均有所降低。     

碳纤维/石英纤维混杂树脂基复合材料力学性能研究

研究了石英纤维与T700级碳纤维层间混杂树脂基复合材料的拉伸、压缩和面内剪切性能。研究结果表明,对于单向铺层的材料,相较纯石英纤维树脂基复合材料,混杂工艺能够使石英纤维树脂基复合材料的拉伸模量,从41.5 GPa增大到86.7 GPa,性能提升约109%,拉伸破坏强度保持相对稳定;压缩模量从40.1 GPa增大到77.1 GPa,压缩破坏强度保持相对稳定;对于材料的面内剪切性能没有明显影响。对于试验设计的多向铺层的材料,拉伸模量也提升了约55%,压缩模量提升了约50%,层合板的剪切模量提升60%。研究表明纤维混杂工艺能够明显改善石英纤维复合材料的刚度性能。     

针刺炭纤维预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响

采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响.结果表明,两种C/C复合材料的热学（垂直方向导热系数）、电学性能及石墨化度基本相当;而针刺6K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料的拉伸、弯曲、压缩、层间剪切强度分别为127MPa,189MPa,263MPa,24.6MPa;其平行方向导热系数为54.6W/m＆#183;K,比常规针刺12K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料相应提高了38％,32.2％,32.8％,38.9％,21％,彰显了细化针刺预制体结构单元对C/C复合材料力学性能的显著影响.     

三维针刺C/SiC复合材料的结构特征和力学性能

采用化学气相渗透法制备了在厚度方向上具有纤维增强的三维针刺碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料,复合材料的密度和气孔率分别为2.15 h/cm3和16%.三维针刺C/SiC复合材料中的针刺纤维将各层紧密结合在一起,其层间抗剪切强度显著提高,为95MPa,比二维碳布叠层C/SiC复合材料的剪切强度(35MPa)高171.4%.三维针刺C/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为159MPa和350MPa,断裂模式为非脆性断裂,包括:裂纹扩展、偏转,碳纤维的拉伸断裂和逐步拔出.     

TDE-85/AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析

选用两种耐高温多官能团环氧树脂TDE-5和AG-80为基体,T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板,纤维体积含量均为60％。实验测得TDE-85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74．26GPa,弯曲强度为1061．4MPa,层间剪切强度（ILSS）为54．05MPa;AG-80树脂基体复合材料单向板弯曲模量为55．73GPa,弯曲强度为840．52MPa,层间剪切强度（ILSS）为44．84MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度也分别高出后者26．3％、33．2％与20．5％。实验对弯曲试样断口微观形貌的受压部分和受拉部分进行了SEM和高倍数码显微镜观察。结果显示,AG-80树脂基与碳纤维的界面结合情况较差,纤维成束被拔出,纤维表面几乎没有树脂。TDE-85树脂基与碳纤维界面结合情况较好,纤维与树脂结合比较紧密,断面较为平整,只有少量纤维拔出,表面粘附大量树脂。     

聚丙烯腈基碳纤维用环氧树脂上浆剂的比较

用两种环氧树脂上浆剂对国产聚丙烯腈基碳纤维进行上浆,测试和比较了两种环氧树脂上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维耐磨性、与水接触角、表面能等性能以及拉伸强度、伸长率、层间剪切强度(ILSS)等力学性能的影响。上浆剂中主体成分环氧树脂相对分子质量不是影响碳纤维层间剪切强度的决定性因素。     

国产CCF300碳纤维4轴向无屈曲织物层合板力学性能对比研究

设计制备了两种4轴向碳纤维无屈曲织物(NCF):第一种织物全部采用东丽公司T700 12k碳纤维,第二种织物中66.7%碳纤维采用国产CCF300 3k碳纤维(与东丽T300 3k碳纤维相当)。对该两种织物层合板0°、90°和±45°4个方向的抗拉伸、抗弯曲和抗层间剪切性能进行了测试与对比研究。结果表明:在现有生产条件下,国产CCF300 3k碳纤维最多可以代替4轴向NCF中66.7%的进口T700 12k碳纤维;国产碳纤维NCF层合板各方向归一化后的抗拉伸强度比进口碳纤维NCF层合板低18.7%～26.1%,而其他性能没有显著差别;两种NCF层合板的抗拉伸和抗层间剪切破坏模式相似。     

电子束辐射接枝对PAN基碳纤维的表面改性

采用电子束加速器辐射接枝方法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,研究了接枝单体种类对接枝率及其环氧树脂基复合材料力学性能的影响,分析了辐射接枝前后PAN基碳纤维的表面形貌与化学结构以及其复合材料界面断口的形貌变化。结果表明:电子束辐射接枝改性的PAN基碳纤维表面粗糙度增加,表面活性官能团增多,与树脂的机械锲合作用增强,其树脂基复合材料断口表而较为平整;乙二胺/水溶液体系是辐射接枝改性的理想溶液,在200 kGy的电子束辐射下,PAN基碳纤维表面的接枝率为6.66%,复合材料的层间剪切强度提高了45.1%。     

快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的性能

利用差示扫描量热分析仪研究了一种快速固化环氧树脂体系的固化工艺参数,确定了以真空辅助树脂灌注工艺制备快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的成型方法,并与常规固化环氧树脂体系制备的碳纤维复合材料进行对比,采用傅里叶变换红外光谱仪对两种材料的树脂基体进行了分析,考察了两种复合材料的纤维含量、孔隙率及力学性能,最后通过扫描电子显微镜观察了快速固化树脂基体与碳纤维的界面结合性。结果表明,快速固化树脂在99℃下固化6 min后固化度可达96%,能够大幅缩减碳纤维复合材料的成型时间,以其制备的碳纤维复合材料拉伸强度比常规固化环氧树脂复合材料高11.20%,弯曲强度高16.92%,纵横剪切强度高7.44%,快速固化树脂与碳纤维界面结合性良好。     

Polyester composites reinforced with noncrimp stitched carbon fabrics: Mechanical characterization of composites and investigation on the interaction between polyester and carbon fiber

The primary purpose of the study is to investigate the anisotropic behavior of different noncrimp stitched fabric (NCF) reinforced polyester composites. Carbon fiber composite laminates were manufactured by vacuum infusion of polyester resin into two commonly used advanced noncrimp stitched carbon fabric types, unidirectional and biaxial carbon fabric. The effects of geometric variables on composite structural integrity and strength were illustrated. Hence, tensile and three‐point bending flexural tests were conducted up to failure on specimens strengthened with different layouts of fibrous plies in NCF. In this article an important practical problem in fibrous composites, interlaminar shear strength as measured in short beam shear tests, is discussed. The fabric composites were tested in three directions: at 0°, 45°, and 90°. Extensive photomicrographs of multilayered composites resulting from a variety of uniaxial loading conditions were presented. It was observed that broken fibers recede within the matrix in composites with weak interfacial bond. Another aim of the present work was to investigate the interaction between carbon fiber and polyester matrix. The experiments, in conjunction with scanning electron photomicrographs of fractured surfaces of composites, were interpreted in an attempt to explain the instability of polyester‐resin–carbon‐fiber interfaces. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 102: 4554–4564, 2006     

Interfacial improvement of carbon fiber-reinforced methylphenylsilicone resin composites with sizing agent containing functionalized carbon nanotubes

A liquid sizing agent containing multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) was prepared for carbon fiber (CF) reinforced methylphenylsilicone resin (MPSR) composite applications. In order to improve the dispersion of MWCNTs in the sizing agent and interfacial adhesion between CF and MPSR, MWCNTs and CF were functioned by the chemical modification with tetraethylenepentamine (TEPA) used as a MPSR curing agents. The CF before and after the sizing treatment-reinforced MPSR composites were prepared by a compression molding method. The microstructures, interfacial properties, and impact toughness of CF were systematically investigated. Experimental results revealed that a thin layer of MPSR coating containing functionalized MWCNTs (MWCNT-TEPA) was uniformly grafted onto the surface of CF. The sized CF-reinforced MPSR composite showed simultaneously remarkable enhancement in the interlaminar shear strength and impact toughness. Meanwhile, the tensile strength of CF had no obvious decrease after sizing treatment. In addition, the interfacial reinforcing and toughening mechanisms were also discussed. We believe that the facile and effective method in preparing multifunctional fibers provides a novel interface design strategy of carbon fiber composites for different applications.