聚乙二醇改性环氧乳液碳纤维上浆剂的研制

用聚乙二醇(PEG)在催化剂过硫酸钾作用下与环氧树脂反应, 制得自乳化环氧树脂乳液。通过红外光谱表征改性环氧的结构, 并比较不同实验方案下乳液的稳定性, 探讨了反应原料、合成工艺等因素对实验结果的影响, 确定了最佳实验方案; 用热分析实验表征上浆剂的热稳定性, 接触角测试表征上浆剂乳液的浸润性, 单丝碎裂实验测定界面剪切强度。结果表明, 使用双酚A环氧树脂及PEG1000在80~120 ℃反应制得的乳液稳定性最好, 上浆剂的热稳定性和浸润性良好。用实验制得的乳液对碳纤维上浆, 单丝界面剪切强度比上浆前提高33.48%, 碳纤维毛丝量减少。      

碳纤维复合材料发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究

在综合考虑粘度-力学性能-耐热性能的基础上,开发了一种适用于碳纤维复合材料固体火箭发动机壳体湿法缠绕成型的韧性环氧树脂基体。用DSC,FT-IR等分析手段对该树脂基体的固化反应动力学参数、树脂基体固化物性能和复合材料性能进行了系统研究。结果表明,该树脂基体粘度小、适用期长、韧性高,与碳纤维界面粘接好,所制得的复合材料壳体纤维强度转化率高。     

环氧／碳纳米管复合材料获突破

Nano—Proprietary宣布，该公司旗下子公司Applied Nanotech（ANI）在环氧树脂基材料开发中取得突破性进展。制造商们正尝试加入富勒烯和碳纳米管以使环氧树脂材料具备刚性、轻质以及更高的强度。这些应用于工业中的环氧树脂材料常常是以纤维增强塑料的形式存在。一般而言，环氧树脂／碳纳米管复合材料的性能并不能转移至纤维增强塑料，但采用新型复合材料后，ANI使最终纤维增强塑料产品的弯曲强度提高了23％，同样压缩强度也有类似的提高。     

不同热塑性树脂基体对单向碳纤维复合材料吸湿行为的影响

采用溶液浸渍和热压成型分别制备了以聚醚砜和聚醚砜/聚苯硫醚为基体的单向连续碳纤维增强复合材料,研究了不同成型温度下复合材料的层间剪切强度和湿热环境下对水分的吸湿过程。结果表明,添加了聚苯硫醚的复合材料在较佳的加工工艺窗口下可以保持原有的层间剪切强度,同时大幅度地增强复合材料的抗水分侵蚀能力。这是由于聚苯硫醚在热压成型过程中,以聚醚砜为晶核在碳纤维表面结晶,形成较为致密的结构。同时红外分析表明,混合树脂极性较小。二者共同作用,可以提高复合材料在使用过程中的安全性和结构的完整性。性能较好的复合材料吸湿过程符合Fick第二定律。     

碳纤维及其复合材料的付立叶变换红外光声光谱的研究

本文用付立叶变换红外光声光谱(FTIR-PAS)技术研究了碳纤维及其复合材料的光声光谱,例如,聚丙烯腈碳纤维(PAN),碳纤维—聚苯硫醚(CF-PPS),碳纤维—聚醚醚酮(CF-PEEK),碳纤维—环氧树脂(CF-epoxyresin)等复合材料。此外,研究了不同氧化程度的PAN预氧丝,实验发现随着PAN氧化程度加深,C-H伸展振动谱带(2920cm-1)与C≡N伸展振动谱带(2250cm-1)和强度逐渐减弱,并与元素分析结果一致。最后还研究了碳纤维—环氧树脂复合材料氧化前后的光声光谱,结果令人满意。      

环氧／碳纳米管复合材料获突破

Nano—Proprietary目前宣布，旗下子公司Ap—pliedNanotech（ANI）在环氧树脂基材料开发中取得突破性进展。制造商们正尝试加入富勒烯和碳纳米管以使环氧树脂材料具备刚性、轻质以及更高的强度。这些应用于工业中的环氧树脂材料常常是以纤维增强塑料的形式存在。一般而言，环氧树脂／碳纳米管复合材料的性能并不能转移至纤维增强塑料，但采用新型复合材料后，     

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

环氧／碳纳米管复合材料获突破

Nano—Proprietary日前宣布，旗下子公司Applied Nanotech（ANI）在环氧树脂基材料开发中取得突破性进展。制造商们正尝试加入富勒烯和碳纳米管以使环氧树脂材料具备刚性、轻质以及更高的强度。这些应用于工业中的环氧树脂材料常常是以纤维增强塑料的形式存在。     

碳纳米管加入方式对碳纤维/环氧树脂复合材料层间性能的影响

针对碳纤维/环氧树脂预浸料,对比了直接在树脂中加入碳纳米管(CNTs)后制备预浸料以及将CNTs喷涂在预浸料表面2种CNTs加入方式对CNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料层合板I型与II型层间断裂韧性及层间剪切强度的影响。通过对树脂黏度、固化反应以及玻璃化转变温度的考察,分析了CNTs含量对树脂性能的影响,考察了添加方法对CNTs长度与形态的影响。分析了2种CNTs加入方式对CNTs-碳纤维/环氧树脂层合板断裂韧性及层间剪切强度的改善效果与作用规律。结果表明:CNTs的加入使树脂的黏度提高,固化反应程度下降;2种分散方法对CNTs的长度与形态无明显影响;直接在树脂中加入CNTs对CNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料I型与II型层间断裂韧性的提高效果低于在碳纤维/环氧树脂预浸料表面喷涂CNTs的方式,后者的CNTs利用率较高;由于CNTs团聚及对树脂固化反应的影响,CNTs含量过高会使得其对CNTs-碳纤维/环氧树脂层合板的增韧效果下降。     

碳纳米管/碳纤维环氧树脂复合材料的制备及力学性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性处理,得到表面接枝1,3,5-苯三甲酸的碳纳米管(B-MWCNTs)。分别将MWCNTs和B-MWCNTs分散在环氧树脂基体及上浆剂中,通过缠绕成型法制备含有MWCNTs的碳纤维增强环氧树脂预浸料,并采用热压成型工艺制备MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板。结果表明,B-MWCNTs在环氧树脂基体和上浆剂中的分散状态明显优于MWCNTs。添加B-MWCNTs后复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和失重5%时对应的温度均有所提高。而且,添加B-MWCNTs可以明显提高碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs含量为0.5%(质量分数)时,B-MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板的压缩强度、层间剪切强度和冲击后压缩强度(CAI)分别提高了14.3%,37.1%和23.4%。     

纳米黏土改性碳纤维复合材料的研究进展

本文就碳纤维/黏土/环氧树脂复合材料的制备方法、成型工艺及性能的研究进展进行了综述,指出了目前黏土在环氧树脂中的分散方法以及碳纤维/黏土/环氧树脂复合材料的成型工艺研究中存在的问题。     

单螺栓修复对含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力的影响

开展了单钉修复对含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力影响的试验研究。测试了三种不同能量冲击后碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的压缩承载能力及失效模式,测定了单螺栓对碳纤维/环氧树脂复合材料层合板压缩承载能力的修复效率,并借助数字图像相关技术(DIC)表征手段揭示了单螺栓修复对含冲击损伤结构失效行为的影响。结果表明:冲击后碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的压缩承载能力随着冲击能量的增加而降低,冲击损伤破坏了碳纤维/环氧树脂复合材料层合板结构的对称性,并导致结构在加载初期呈非对称的局部屈曲变形特征,局部屈曲诱发并加剧分层损伤扩展;单螺栓修复能有效恢复结构的整体对称性,在一定程度上抑制含冲击损伤碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的局部屈曲,达到可观的修复效率。该研究为复合材料紧固件修理方案的制订及修理损伤容限的定义提供一定的指导意义。      

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响.结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料.由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理.     

聚乙二醇的改性及水性环氧树脂乳液性能研究

采用氧化聚乙二醇(PEG)得到两端为羧基的改性PEG(PEG-COOH),将其与环氧树脂原位反应制得水性环氧树脂乳液。研究了PEG相对分子质量、PEG-COOH用量和环氧树脂对水性环氧树脂乳液的粒径、稳定性等的影响。结果表明,采用PEG相对分子质量为4000的PEG4000合成了PEG-COOH,以PEG-COOH∶环氧树脂E-20的配合比为25%(wt,质量分数)∶100%(wt,质量分数)条件下,制得的水性环氧树脂乳液的平均粒径为97.5nm。静置180d无沉淀,且水性环氧树脂乳液上浆碳纤维后,明显改善了碳纤维表面的沟槽状况。     

碳纤维增强复合材料中改性木质素的应用

目的 解决碳纤维增强环氧树脂复合材料中由双酚A合成的环氧树脂成本高、危害环境与健康、耐化学性差的问题,使木质素代替双酚A合成环氧树脂来制备碳纤维复合材料。方法 通过综述木质素在环氧树脂合成中的改性方法与合成方案的研究进展,分析碳纤维复合材料成型工艺的优缺点。结论 采用不同方法对木质素进行化学改性,可在降低成本的同时提高热稳定性与耐化学性等各项性能。用改性或降解木质素来合成碳纤维复合材料的环氧树脂基体为碳纤维增强材料的研究提供了新的研究方向,对碳纤维增强材料降低成本、提高性能和促进行业发展都具有积极作用。     

填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配结构力学性能的影响

碳纤维/环氧树脂复合材料和铝合金作为主要的航空材料，在飞机结构中存在着大量装配关系，但受成型工艺方法的限制，两种材料在制造和装配偏差的情况下，构件配合面间会产生装配间隙，当间隙超过一定大小时，需要采取填隙补偿措施。本研究基于实际结构抽象出碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配模型，使用装配试验台模拟施加螺栓预紧力，通过应变片实验比较强迫装配及垫片补偿情况下试件局部表面的应变分布，结合三维数字图像相关(3D-DIC)实验测得的试件表面应变场分析变形规律；通过有限元进行层间应力分析，提取内聚力单元各应力分量和损伤情况，研究填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料层间应力和局部损伤的影响。结合实验和仿真分析结果表明:强迫装配时，碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件主要受弯曲变形和螺栓头挤压的影响，且随着装配间隙的增大，各应变值均增大；垫片补偿在改善弯曲变形引起的应变状态的同时，也使中间贴合部位的螺栓头挤压区应变增大，但总体而言，垫片的引入使碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件表面应变分布趋于均匀，降低了碳纤维/环氧树脂复合材料损伤情况，且液体垫片补偿效果略好于可剥垫片。      

T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接的拉伸试验及强度估算

为系统地研究T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的力学性能,首先,对T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接进行了面内准静态拉伸试验,探讨了铺层比例、铺层顺序、螺栓直径以及固化工艺对复合材料螺栓连接刚度和2%偏移挤压强度的影响;然后,根据试验结果得到了T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的应力集中减缓因子;最后,结合相应铺层比例的无缺口层合板的应力集中减缓因子和拉伸强度,建立了复合材料连接最终挤压强度的工程算法。结果表明:当螺栓断裂时,连接的最终挤压强度由螺栓剪切强度和螺栓直径/板厚比决定;连接存在挤压和剪切2种失效形式,与±45°铺层比例有关;工程算法的计算结果与试验结果吻合良好。所得试验结果和工程算法可为T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的初步设计提供理论依据和技术支持。      

无环氧树脂基碳纤维束自监测功能

土木工程领域所用环氧树脂基碳纤维与工业化生产的碳纤维复合材料中的碳纤维存在状态有一定的差别, 即土木工程领域的环氧树脂基碳纤维束内部部分碳纤维实际常处于无环氧树脂基状态。对无环氧树脂基的碳纤维束的力-电性能进行了系统的试验研究, 试验结果表明, 无环氧树脂基碳纤维束的电阻变化率随应变增大而线性增加。对无环氧树脂基的碳纤维束的破坏过程进行了分析, 揭示了断裂碳纤维丝与非断裂碳纤维可能存在搭接和不搭接两种状态, 在单根碳纤维丝强度服从Weibull 概率分布的基础上, 建立了能够描述上述两种状态的变结构碳纤维束的力电本构关系模型。通过计算结果与试验结果的比较, 验证了所建立模型的正确性。      

增强塑料的环境疲劳性能

本文介绍了关于用玻璃纤维、碳纤维和Kevlar-49纤维增强的交叉铺敷(0/90)的环氧树脂层压板之疲劳形为的一系列试验的结果,特别是关于环境调节对疲劳性能的影响。所使用的调节处理包括在进行重复拉伸和弯曲疲劳试验以前的干燥、在相对湿度为65％的大气中储存以及水煮。碳纤维增强塑料(CFRP)的耐疲劳性能不受调节处理和施加应力方式的影响;对玻璃纤维增强塑料(GRP)来说,干燥的材料与65％相对湿度(RH)下调节处理的材料两者在性状上没有显著差异。另一方面,水煮总会降低GRP和KFRP性能,但除了进行拉伸试验的0/90°取向的GRP之外,都影响很小。在0/90°取向的GRP情况下,性能的大幅降低直接原因是预调节处理过程中纤维强度的损失。进行完全干燥处理对KFRP层压板的损坏程度比水煮处理更大。     

连续碳纤维复合材料热压成型工艺条件优化研究

以连续碳纤维为增强体,以聚酰胺(PA)为基体,运用平板硫化机热压成型的方法制备连续碳纤维增强热塑性复合材料。对热压温度、热压压力、热压时间和保温时间等成型工艺参数进行考察,通过正交试验设计,研究热压成型工艺参数对复合材料力学性能的影响并分析各参数的影响程度,确定了较优的生产工艺条件,从而具备制得高性能碳纤维复合材料的热压成型工艺条件。