热氧环境对单向碳纤维增强聚合物基复合材料的影响

用热压罐制备了单向碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料(5429/T700),对复合材料进行了最长90 d的150℃热氧环境处理,观察和测试了不同处理时间的复合材料的红外光谱、质量变化、表面形貌、断口形貌、动态力学性能、弯曲强度和面内压缩强度。研究结果表明:在热氧环境处理90 d后,复合材料的红外峰值未显示新特征峰,可能是因为树脂基体中未形成新的基团;树脂基体的玻璃化转变温度、复合材料的弯曲强度和面内压缩强度均发生变化,总体上有所升高,且变化规律具有分形特征,其分形维数分别为1.04和1.02。     

湿法缠绕成型T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料力学性能研究

研究了湿法缠绕成型的T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环及单向板力学性能。测试了树脂配方的粘度-温度特性,T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环的拉伸及剪切性能,采用SEM对NOL环拉伸试样破坏形貌进行了观察。测试了T700碳纤维/氰酸酯树脂单向板复合材料的常温拉伸性能、弯曲性能、层间剪切性能和高温弯曲性能。结果表明,树脂配方在25℃下的粘度为800 cps,可以直接在室温条件下用于复合材料湿法缠绕成型,并具有充分的使用期。NOL环的拉伸强度为2220 MPa,剪切强度为56. 8 MPa,树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维氰酸酯树脂单向板复合材料的高温力学性能优异,200℃下弯曲强度保留率高达60. 4%,250℃下弯曲强度保留率高达45. 0%。     

碱处理对不饱和聚酯树脂/苎麻布复合材料力学性能及界面形貌的影响

本文以氢氧化钠(NaOH)溶液处理苎麻布,采用模压工艺制备不饱和聚酯(UP)树脂/苎麻布复合材料,研究碱液处理对苎麻布、复合材料力学性能及表面、界面形貌的影响.实验结果表明,经适当碱液处理后,苎麻布的拉伸断裂强力及拉伸断裂伸长率均增加,苎麻布的表面形貌更加光滑蓬松,复合材料的拉伸强度及弯曲强度均下降,但冲击强度及弯曲模量得到提高.30wt%NaOH溶液处理可使复合材料的弯曲模量达到最大值,166.38MPa,比未经碱液处理所制得复合材料的弯曲弹性模量提高了110%.碱处理后,复合材料的冲击断面上纤维被树脂紧紧包裹,纤维裸露拔出现象远不如未处理复合材料那样明显.     

低成本中温固化湿法缠绕用树脂基体及其国产碳纤维复合材料

针对国产T700碳纤维、中温固化及湿法缠绕的特点,制备了一种适合国产T700碳纤维湿法缠绕用的低成本树脂基体,研究了树脂基体热性能、力学性能、使用期和成本,测试了该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料的力学性能。结果表明:该树脂体系耐热性良好且力学性能优异,适宜中温固化,粘度和使用期满足湿法缠绕工艺要求,成本降低超过65%;该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料力学性能优异,0°拉伸强度为1988.15 MPa,0°压缩强度为821.02 MPa,弯曲强度为1839.94 MPa,剪切强度为89.51 MPa。     

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。     

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。     

不饱和聚酯树脂／大麻纤维复合材料的热氧老化

采用模压工艺制备不饱和聚酯(UP)树脂/大麻纤维复合材料,研究了105℃下热氧老化600h前后复合材料力学性能的变化;采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对老化前后复合材料的结构进行对比分析,并通过SEM技术观察复合材料的断面形貌.结果表明,偶联剂KH570处理对复合材料力学性能的总体改善效果最佳.老化600h后,偶联剂处理复合材料具有的最佳力学性能如拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量及冲击强度分别为19.06MPa、5.78GPa、52.988MPa、1.01GPa和3.881kJ/m2.红外分析显示,偶联剂处理得到的复合材料在老化前后的红外图形变化不明显,有些吸收峰甚至得到了加强.SEM结果表明,老化600h后,偶联剂处理的复合材料中纤维仍能较均匀地分散在树脂基体中,两者间的界面粘结良好.     

洋麻纤维的表面改性及其在聚丙烯基复合材料中的应用

采用碱处理、偶联剂处理以及碱–偶联剂复合处理对洋麻纤维进行表面改性,然后将其与聚丙烯(PP)纤维复合,采用非织造–模压工艺制备了PP/洋麻纤维复合材料。研究了上述3种表面改性方法对洋麻纤维强度及其复合材料弯曲与剪切性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了洋麻纤维表面改性前后的形貌变化及其与PP基体之间的界面结合状况。结果表明,表面改性后洋麻纤维的拉伸强度均降低,但复合材料的弯曲强度及层间剪切强度均提高,表明这3种改性方法均提高了洋麻纤维与PP之间的界面结合强度;碱处理可去除纤维表面的果胶成分,使纤维束变得松散,使复合材料的弯曲强度及层间剪切强度分别较未表面改性时提高了21%和169%,但弯曲弹性模量降低了21%;偶联剂处理则使复合材料的弯曲强度,弯曲弹性模量和层间剪切强度较未表面改性时提高了23%,7%和160%;碱–偶联剂复合处理兼顾了碱处理和偶联剂处理的优点,使复合材料弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别较未表面改性时提高了26%,18%和572%,综合性能最佳。SEM结果表明,碱–偶联剂复合处理后,复合材料中纤维与树脂之间的界面结合较好。     

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。     

连续碳纤维增强PPBES基复合材料的力学性能

以共聚型二氮杂萘联苯结构聚醚砜(PPBES)树脂为基体、连续碳纤维(CF)为增强体,通过溶液预浸、热压成型工艺制备单向复合材料.通过对树脂溶液黏度、复合材料纤维体积含量测试,复合材料样条三点弯曲、层间剪切试验,研究了纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,并借助SEM断面形貌分析了复合材料受力破坏模式.结果表明:CF/PPBES复合材料的弯曲强度随纤维体积含量的增加呈现先增大后减小的趋势,极值出现在CF体积分数60％时;弯曲模量和层间剪切强度随纤维体积含量的增加呈现逐渐增大的趋势;复合材料受力破坏模式以树脂基体内部破坏为主.     

Interfacial improvement of carbon fiber/epoxy composites using a simple process for depositing commercially functionalized carbon nanotubes on the fibers

An aqueous suspension deposition method was used to coat the sized carbon fibers T700SC and T300B with commercially carboxylic acid-functionalized and hydroxyl-functionalized carbon nanotubes (CNTs). The CNTs on the fiber surfaces were expected to improve the interfacial strength between the fibers and the epoxy. The factors affecting the deposition, especially the fiber sizing, were studied. According to single fiber-composite fragmentation tests, the deposition process results in improved fiber/matrix interfacial adhesion. Using carboxylic acid-functionalized CNTs, the interfacial shear strength was increased 43% for the T700SC composite and 12% for the T300B composite. The relationship between surface functional groups of the CNTs and the interfacial improvement was discussed. The interfacial reinforcing mechanism was explored by analyzing the surface morphology of the carbon fibers, the wettability between the carbon fibers and the epoxy resin, the chemical bonding between the fiber sizing and the CNTs, and fractographic observation of cross-sections of the composites. Results indicate that interfacial friction, chemical bonding and resin toughening are responsible for the interfacial improvement of nanostructured carbon fiber/epoxy composites. The mechanical properties of the CNT-deposited composite laminate were further measured to confirm the effectiveness of this strategy.     

碳纤维表面性能对界面黏结强度的影响浅析

为了解碳纤维表面性能对纤维-树脂界面黏结强度的影响,使用扫描电镜、原子力显微镜与X射线光电子能谱仪(XPS),对国产T-300级碳纤维、台丽TC36S碳纤维、东丽T700S碳纤维的表面进行物理与化学表征,得出:国产碳纤维与TC36S碳纤维表面形貌相近,而T700S表面比较光滑;XPS定量分析技术表明3种碳纤维表面的活性差异较大,碳纤维与树脂的界面黏结强度随纤维粗糙度和表面活性官能团而变化。     

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%。     

真空热循环对T700/5224复合材料力学性能的影响

为了揭示T700/5224复合材料在真空热循环作用下的力学性能演化规律,本文在10-5Pa,-140～140℃条件下,对T700/5224复合材料的质损率和力学性能进行了表征,并采用SEM分析方法对试样表面形貌、断口特征及表层化学结构进行了研究。研究结果表明,随真空热循环次数的增加,T700/5224复合材料的质损率升高,经29次真空热循环后上升幅度降低,而经157次真空热循环后趋于平缓。随着真空热循环次数的增加,T700/5224复合材料90°拉伸强度首先降低,48次热循环后开始升高,198次热循环后趋于平缓;弯曲强度在48次真空热循环前变化不明显,48次真空热循环后开始上升,95次真空热循环后开始降低,经198次真空热循环后趋于平缓;层剪强度变化不明显。     

杂环芳纶表面ZnO纳米界面相的构筑及其界面强化作用

为了改善杂环芳纶(F3)与环氧树脂黏结性差以及不耐紫外辐射的缺点,首先对纤维进行功能化预处理,然后通过溶胶-凝胶法和水热法分别在芳纶表面生长了氧化锌纳米颗粒和氧化锌纳米线界面层。采用X成、形貌、与环氧树脂的黏结性以及抗紫外性能进行了研究。结果表明:纳米颗粒状和纳米线形态的ZnO纳米界面相能够显著提高纤维与树脂基体的黏结性能,与未处理的纤维相比,单纤维复合材料的界面剪切强度分别提高了14.1%和27.0%;同时ZnO的破坏,经过168 h紫外辐射试验后,纤维强度保持率从79.1%提高到96.7%。     

Fabrication of C/C-SiC composites using high-char-yield resin

Carbon fiber reinforced ceramic matrix composites (C/C-SiC composites) were fabricated using a type of high-char-yield phenolic resin with the char yield of 81.17 wt.%. Firstly, the fabric prepreg was prepared by spreading the phenolic resin solution onto the two dimensional carbon fiber plain weave fabric and dried consequently. Afterward, the resin was cured and then the carbon fiber reinforced polymer (CFRP) was pyrolyzed to get amorphous carbon. Finally, C/C-SiC composites were obtained through liquid silicon infiltration (LSI) process. SEM micrographs showed that the Si/SiC area was homogeneously dispersed in the matrix, and during the siliconization process, a layer of SiC was formed along the surface of carbon fibers or carbon matrix. The fiber volume of CFRP was about 40 vol.%, which was much lower than other studies. XRD result indicated that only β-SiC type was formed. The result of X-ray computed tomography clearly showed the structure changes before and after the melt infiltration process. Mechanical property test showed that the composites had fracture strength of 186 ± 23 MPa, and a flexural modulus of 106 ± 8 GPa.     

基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究

纤维与树脂的界面对复合材料的整体力学性能有着显著的影响。基于NOL环的宏观力学测试一般被用来反映复合材料的界面粘结性能,因此适用于评价纤维与树脂之间的宏观力学性能匹配性。为了探究高性能碳纤维T700SC、T800HB及高强玻璃纤维与环氧树脂的宏观力学性能匹配性,本研究首先根据GB/T 1458—2008国家标准制备NOL环试样,再借助NOL环的拉伸和层间剪切强度测试分析了高性能纤维与环氧树脂不同匹配组合宏观力学性能差异的原因,并寻找出最佳匹配组合。结果表明:玻璃纤维与环氧树脂的界面存在最佳的粘结强度,而且不同粘结强度导致拉伸强度和破坏机理不同,而碳纤维复合材料界面性能较差,容易分层破坏;T800HB与环氧树脂的宏观力学匹配性优于T700SC,环氧树脂力学性能、碳纤维的表面微观结构与性质以及环氧树脂与碳纤维之间的相互作用关系是影响界面粘结性能的根本原因。该研究在高性能纤维单向复合材料的材料选择与设计方面具有现实意义。     

T700碳纤维/环氧树脂复合材料热降解实验研究

针对T700碳纤维增强环氧树脂复合材料的热降解行为以及回收所得碳纤维的力学性能进行了研究。研究结果表明,碳纤维的存在增加了环氧树脂降解时所需的活化能,热降解反应的温度、时间和气氛等因素对环氧树脂基体降解效果以及回收碳纤维力学性能均有影响。在空气条件下500℃处理30 min后碳纤维表面没有残留物,但其回收纤维的拉伸强度保留率仅为77.6%。通过首先在氮气气氛高温短时热处理,再在空气气氛下450℃进行30 min热降解的两步法处理后,碳纤维表面残炭得到去除,回收碳纤维的拉伸强度保留率达到了90.4%,由其制备单向复合材料的层间剪切强度保留率可达到75.8%。     

碳纤维表面处理的新方法

碳纤维表现处理是为了改善表面形态结构和表面化学环境,提高表面能,强化与基体树脂两相界面之间的粘接,从而达到提高复合材料层间剪切强度（ILSS）的目的。     

Surface modification of aramid fibers with γ‐ray radiation for improving interfacial bonding strength with epoxy resin

Co⁶⁰ γ‐ray radiation as a simple and convenient method for surface modification of Armos aramid fibers was introduced in this article. Two kinds of gas mediums, N₂ and air, were chosen to modify aramid fiber surface by γ‐ray irradiation. After fiber surface treatment, the interlaminar shear strength values of aramid/epoxy composites were enhanced by about 17.7 and 15.8%, respectively. Surface elements of aramid fibers were determined by XPS, the analysis of which showed that the ratio of oxygen/carbon was increased. The crystalline state of aramid fibers was determined by X‐ray diffraction instrument. The surface topography of fibers was analyzed by atomic force microscopy and scanning electron microscope. The degree of surface roughness and the wettability of fiber surface were both enhanced by γ‐ray radiation. The results indicated that γ‐ray irradiation technique, which is a suitable way of batch process for industrialization, can significantly improve the surface properties of aramid fibers reinforced epoxy resin matrix composites. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 2007