碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。     

复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测

本文研究了湿热老化环境对复合材料吸湿性能的影响,分析了材料弯曲强度、弯曲模量随老化时间的变化关系.研究结果表明,在湿热老化初期,材料吸湿变化满足Fickian扩散定律,在湿热老化后期材料增重率出现偏离Fickian定律的现象;随湿热老化时间的增加,复合材料的弯曲强度、弯曲模量均有不同程度的下降,并且在湿热老化后期复合材料弯曲强度受界面性能的影响显著.建立了复合材料力学性能与湿热老化时间的定性/定量关系,在耐久性预测模型中引入界面参数的概念,拟合结果与实测值较为接近.     

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。     

苎麻/玻璃纤维混杂复合材料的老化研究及寿命预测

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强乙烯基树脂制备复合材料,结合船舶在服役环境下的实际情况,通过人工加速老化的方法,对苎麻纤维/玻璃纤维混杂复合材料进行水浸泡老化、盐雾老化和紫外老化实验,研究混杂复合材料的拉伸强度及弯曲强度等随老化时间、老化温度等的变化情况及性能退化趋势,并根据剩余强度模型对混杂复合材料进行寿命预测。研究表明,老化初期阶段试样吸湿趋势主要以浓度梯度推动的菲克扩散为主。老化环境不同,试样强度的衰减程度不同,水浸泡老化对试样影响最大,盐雾老化次之,紫外老化影响相对较少。根据剩余强度模型预测10年后盐雾试样弯曲强度保留率为78.0%,紫外老化弯曲试样强度保留率为81.89%。     

PMI泡沫夹芯复合材料湿热老化性能研究

通过对夹芯结构复合材料湿热老化性能的研究,探究环境对夹芯结构复合材料性能的影响。实验中采用了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、玻璃纤维增强环氧树脂(SW110C/608)复合材料面板制备了PMI泡沫夹芯结构复合材料,研究了PMI泡沫夹芯结构复合材料的耐湿热老化特性,并讨论了湿热对PMI泡沫夹芯结构复合材料的压缩性能以及弯曲性能的影响。结果发现,PMI泡沫夹芯结构复合材料浸泡在水中时的饱和吸湿时间为30d,饱和吸水率为4.08%,通过Fick第二扩散定律发现水分子在PMI泡沫中的扩散系数为水分子在面板扩散系数的29.29倍,由于水分子的增塑作用以及浓度梯度扩散的影响,湿热处理后的PMI泡沫夹芯复合材料的平压强度下降了32.86%,侧压强度下降了16.73%,弯曲强度下降了23.94%。     

表面改性对竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料湿热老化影响

采用碱处理以及碱-偶联剂处理竹纤维,利用非织造和热压工艺制备了竹纤维(BF)与聚丙烯纤维(PP)混杂毡平铺复合材料。研究了改性前后竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料的湿热老化行为的变化,并用SEM研究了复合材料界面结合状况。结果表明:竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料的吸湿规律符合Fick吸湿定律,和竹纤维含量无关,复合材料的吸湿行为不仅与竹纤维含量有关,还与材料内部孔洞密切相关。湿热老化对复合材料拉伸性能影响不显著,经过碱处理或者碱-偶联剂处理后,竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料耐湿热老化性能有较明显的提升效果,综合考虑湿热老化后复合材料的性能,碱-偶联剂处理后复合材料耐湿热老化性能最优,当湿热老化60 d后,复合材料的弯曲和拉伸强度分别为60.55、33.10 MPa,较未处理分别提高了49.51%、18.06%,弯曲和拉伸模量分别为3.91、3.58 GPa,较未处理分别提高了64.7%、7.28%。SEM结果显示:经过碱-偶联剂处理后,竹纤维与聚丙烯树脂之间的黏结得到了提升,复合材料内部孔隙减少,阻碍了水分在材料内的扩散,从而提升了复合材料的耐湿热老化性能。     

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料耐湿热性能

采用改性双马来酰亚胺树脂与碳纤维制备了耐热及耐湿热性能优异的复合材料。通过红外光谱分析、不同温度下力学性能测试及动态力学性能测试分析等,考察了该复合材料耐热及耐湿热性能;从吸湿特性、物理、化学特性及热应力等方面分析了湿热处理前、后复合材料高温环境下力学性能衰减机理。结果表明,复合材料吸湿初始阶段符合Fick第二定律,平衡吸湿率为0.97%~1.32%;湿热处理对复合材料基体化学结构和玻璃化转变温度基本无影响;界面处不断增大的热应力削弱界面结合强度,这是高温环境下力学性能下降的关键因素;与国内外同类复合材料相比,该复合材料湿热处理前、后在高温下弯曲性能和层间剪切强度保持率较高,耐热及耐湿热性能出众。     

PP/PA6/APP/OMMT复合材料的湿热老化性能研究

采用熔融挤出插层制备聚丙烯(PP)/尼龙6(PA6)/聚磷酸铵(APP)/有机蒙脱土(OMMT)阻燃复合材料,研究温度80℃、湿度93.1%的湿热老化条件对复合材料性能的影响.结果表明,随着湿热老化时间的延长,复合材料的表面形貌变得很差,产生大量的粗糙白斑.当OMMT含量较低时,复合材料的拉伸强度随湿热老化时间的延长先上升后下降.而当OMMT含量较高时,复合材料的拉伸强度随着湿热老化时间的延长而下降.弯曲强度的变化规律与拉伸强度相似.缺口冲击强度则随着老化时间的延长而提高.引起复合材料破坏的主要原因并非是湿热老化反应导致的分子链断裂,而是复合材料内积聚的水泡和水分子渗入到各相界面引起界面粘结强度下降导致的结果.     

两种玻璃纤维增强复合材料体系的湿热老化研究

玻璃纤维增强复合材料在湿热环境下性能的退化是工程研究中待解决的问题,而实验室人工加速老化则是较好地研究该问题的常用方法。通过人工加速老化方法,结合露天储水环境,研究两种玻璃纤维增强复合材料在35℃水浸泡、65℃水浸泡及盐雾三种环境下的吸水率、巴氏硬度和弯曲强度的变化,并运用两种模型预测材料的使用寿命。研究表明:不同湿热环境下,材料的巴氏硬度前期变化明显,后期趋向稳定;吸水率基本符合Fick定律;温度对弯曲强度保留率影响显著,盐雾影响次之;中值老化公式比经验公式拟合度高7.6%。     

GFRP层合板在湿热环境和碱性腐蚀介质中的老化行为

研究了玻璃纤维增强环氧乙烯基酯树脂基复合材料(GFRP层合板)在湿热和碱性腐蚀介质中的老化行为,测试了不同老化时间后材料的吸湿率和抗弯强度,通过扫描电子显微镜观察了复合材料的表面、纤维和弯曲断口形貌在不同老化时间下的变化,并且通过红外光谱和热重分析仪分析了复合材料在介质老化中的化学变化和初始分解温度的变化。结果表明:在湿热环境和碱性腐蚀介质中,复合材料吸湿率均随老化时间延长而增大,纤维/基体界面结合紧密度随吸湿率的增加而下降,碱溶液下的吸湿率高于湿热条件下的吸湿率;树脂基体的水解、玻璃纤维的腐蚀降解、纤维/基体脱黏、树脂大分子链间结合力的破坏和树脂交联密度的降低是材料性能下降的主要原因。     

PA6/海泡石复合材料的制备及性能研究

将海泡石酸活化后经熔融共混制备了聚酰胺(PA)6/海泡石复合材料,研究了复合材料的微观结构、吸湿性能、结晶行为及力学性能.结果表明,海泡石在PA6树脂中分散均匀;当海泡石质量分数为25%时,复合材料的饱和吸水率由纯PA6的11.0%下降到8.3%,吸湿性能得到改善,拉伸强度和弯曲强度则分别提高了13.5%和35.0%;复合材料中PA6的晶体尺寸变小,结晶温度升高,海泡石起到了异相成核的作用.     

吸湿介质对碳纤维增强铸型尼龙复合材料的吸湿行为及力学性能的影响

本文对碳纤维增强铸型尼龙(CF／MC 尼龙)复合材料在不同吸湿介质中的吸湿行为进行了研究。结果表明，对于纤维体积分数为10％的碳纤维增强铸型尼龙复合材料(10％CF／MC尼龙复合材料)，随着吸湿介质的PH值减小，它的吸湿率增大。同时，经过吸湿后，10％CF／MC尼龙复合材料的弯曲强度有明显的下降。随着吸湿介质的PH值减小，试样的弯曲强度下降。使用环境扫描电子显微镜观察在10％HCl溶液中吸湿的试样的剪切断口形貌，得到的结果与吸湿实验的结果一致。     

高性能碳纤维增强尼龙10T复合材料制备与性能

以半芳香族尼龙聚对苯二甲酰葵二胺(PA10T)为基体树脂,采用碳纤维(CF)增强改性的方式制备高性能CF增强PA10T复合材料,研究不同质量分数的CF对PA10T/CF复合材料力学性能的影响。通过扫描电子显微镜对PA10T/CF复合材料的断面形貌进行分析,结合X射线衍射分析和差式扫描量热分析对复合材料的熔融、结晶过程和晶体结构进行分析,采用热重分析测试了复合材料的热稳定性。结果表明,CF的加入显著提高了PA10T/CF复合材料力学性能,当CF质量分数为30%,PA10T/CF复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量分别达到253,360 MPa和20.1 GPa,比纯PA10T的性能分别提高216%,323%和675%。CF在复合材料结晶过程中起到异相成核作用,为结晶过程提供大量晶核,CF诱导α晶型PA10T晶态结构发生变化;同时也对分子链的运动折叠产生阻碍,导致晶粒生长不完善出现晶粒细化现象。加入CF后,复合材料结晶温度提高,结晶度随CF含量提高呈先下降后上升的变化趋势,同时热稳定性提高,当CF质量分数为10%时,复合材料热分解起始温度及失重50%的温度分别比纯PA10T提高10....     

混杂纤维增强环氧树脂复合材料电缆芯湿热老化性能研究

高温高湿条件下对玻璃纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料电缆芯进行加速湿热老化试验,比较了两种直径的复合材料电缆芯在相同老化条件下的力学性能,并从微观角度分析了湿热老化后力学性能下降的原因。结果表明,该复合材料电缆芯耐湿热老化性能较好,在80℃及RH95%下老化1750h后其弯曲强度保留率大于65%,层间剪切强度保留率大于58%。     

玻纤增强环氧树脂复合材料的酸雨循环老化性能与机理

针对潮湿和酸雨多发地域的航空器复合材料老化问题,模拟酸雨和湿热(普通热水)环境,研究了单向玻纤增强环氧树脂复合材料(UGFREC)在酸雨和湿热环境下的吸湿-干燥循环老化行为;分析了不同循环次数下的UGFREC的吸水动力学;采用力学测试装置、热力学分析装置和扫描电镜,分别表征酸雨和湿热循环老化前后UGFREC的弯曲性能、层间剪切性能、冲击强度、动态粘弹性、玻璃化转变温度和冲击破坏形貌;初步给出反映酸雨和湿热循环过程中基体树脂与纤维间的界面应力变化模型。     

碳纤维增强尼龙66复合材料的制备及性能

采用双螺杆挤出机熔融共混法制备了碳纤维(CF)增强尼龙66复合材料(PA66/CF),对其结构进行了表征,并研究了其力学性能。扫描电镜照片显示,在PA66/CF复合材料中,CF与PA66基体充分粘结在一起,其微观形貌表明,体系中碳纤长度为0.5~0.7 mm。力学性能测试发现,与尼龙66相比,PA66/CF复合材料各项力学性能指标均有大幅度提高。当加入4束碳纤维时,PA66/CF复合材料力学性能最佳,该复合材料的拉伸强度为200.2 MPa,与PA66相比提高了113.2 MPa;弯曲强度为280.2 MPa,比PA66提高了190.3 MPa;弯曲模量为13560.8 MPa,比PA66提高了10628.7 MPa;冲击强度为14.8 kJ/m^2,比与PA66提高了6.3 kJ/m^2。该PA66/CF复合材料密度较小、力学性能优良,可以广泛应用于风电叶片、发动机罩盖、仪表盘、车尾门等产品当中。     

CE/EP/CF复合材料的湿热性能研究

采用溶液预浸渍法分别制备了两种碳纤维(CF)增强环氧树脂(EP)改性氰酸酯树脂(CE)(CE/EP/CF)复合材料,研究了该复合材料的吸湿行为及湿热环境对其力学性能和微观结构的影响。结果表明,CE/EP基体具有比EP更小的吸湿能力;湿热环境对CE/EP/CF复合材料的纵向拉伸强度影响不大,但对其层间剪切强度的影响较为显著。     

无机颗粒/碳纤维共增强聚酰胺6复合材料的制备与力学性能研究

采用熔融挤出法制备出无机颗粒(IP)增强聚酰胺6(PA6)复合材料,使用叠层模压法制备了IP/碳纤维(CF)共增强PA6复合材料(PA6/IP/CF)。利用场发射扫描电子显微镜、万能试验机等研究了IP的形貌和含量对复合材料性能的影响。结果表明,当滑石粉(TALC)的添加量达到10%(质量分数,下同)时,PA6/CF/TALC复合材料的各项力学性能达到最大值,弯曲强度为374.6 MPa、剪切强度为58.7 MPa、冲击强度为76.9 kJ/m~2;当玻璃微珠(GB)的添加量达到15%时,PA6/CF/GB复合材料的各项力学性能达到最大值,弯曲强度为404.4 MPa、剪切强度为66.7 MPa、冲击强度为86.5 kJ/m~2;GB相较于TALC对复合材料的增强效果更好,使复合材料的综合力学性能得到进一步提高。     

湿热老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

分别利用材料万能试验机和DMA研究了湿热老化时间对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学性能的影响。结果表明,在湿热环境下加速老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和模量、弯曲强度和模量并未发生明显变化;压缩强度和层间剪切强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为14.4%和9.5%;湿热老化使得PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性有所提高,当老化时间为30d时,混杂复合材料的T_g从127.6℃升高到136.3℃,随着老化时间进一步延长,混杂复合材料的T_g降低,E'和E″向低温方向移动,表明混杂复合材料的耐热性又开始下降。