碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究

本文研究了不同温度下RIM145树脂的粘度和适用期,分析了不同温度下RIM145树脂和碳纤维单丝之间的浸润性;并以碳纤维单向布为增强材料,采用真空辅助灌注成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了复合材料的力学性能,对层间剪切试样剖断面形貌进行了SEM分析,并研究了使用VAP单向透气膜辅助真空灌注成型工艺对CF/EP复合材料厚制件灌注质量的影响。研究结果表明,RIM145树脂基体在50~70℃粘度低、适用期长且树脂与碳纤维单丝之间的浸润性良好,适用于CF/EP复合材料的真空辅助灌注成型工艺;灌注的CF/EP具有良好的力学性能,树脂和纤维具有中等粘结强度界面,采用VAP单向透气膜辅助真空辅助灌注成型工艺可降低CF/EP复合材料的孔隙率。     

环氧树脂/碳纤维复合材料的成型工艺与应用

介绍了环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料的特点及其应用;总结了EP/CF复合材料的成型工艺及每种成型工艺的优缺点。指出随着CF制备技术、表面处理技术,以及EP制备技术和固化工艺的发展,采用环保、简便、快捷且价廉的成型工艺生产性价比更高的EP/CF制品是EP/CF复合材料的发展方向。     

聚吡咯层对碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能的影响

以三氯化铁为氧化剂,采用吡咯液相沉积聚合方法制备聚吡咯-碳纤维(PPy-CF),然后与环氧树脂(EP)复合,制得PPy-CF/EP复合材料,并对其进行拉伸性能测试,研究了聚合温度对PPy-CF/EP复合材料界面剪切强度(IFSS)的影响。结果表明:在CF表面吡咯沉积聚合最佳工艺条件为聚合温度70℃,时间30min,经过吡咯沉积聚合改性后,得到的PPy-CF/EP复合材料的IFSS有所提高;最佳条件下制得的PPy-CF/EP复合材料的IFSS是CF/EP复合材料的1.24倍;在PPy-CF中,PPy与CF之间无化学键作用,PPy-CF/EP复合材料的IFSS与PPy-CF表面含氧基团和粗糙度有关;吡咯化学沉积聚合改性是一种提高纤维与树脂界面粘结性能的有效方法。     

UHMWPE/CF混编三维编织复合材料的弯曲性能

为获得最佳的混编排列方式，基于三维四向编织结构，以碳纤维(CF)和超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维为增强体，以环氧树脂(EP)为基体，采用真空导入工艺设计制备了三维编织UHMWPE/CF/EP复合材料，并研究了不同混编排列方式预制件复合材料的弯曲性能。结果发现：韧性UHMWPE纤维的加入改变了非混杂碳纤维三维编织树脂基复合材料的弯曲破坏模式，破坏模式呈现为塑性破坏特征；基于CF和UHMWPE纤维数量之比为1∶1的情况下，采用逐块排列混编方式的复合材料的弯曲性能最佳，较之逐束排列混编方式的复合材料提高24.28%。     

碳纤维复合材料性能研究及应用

研究了3233环氧树脂(EP)和3233 EP碳/纤维(CF)布复合材料层压板的性能。结果表明,3233 EP是一种粘度较高的130℃固化树脂体系。3233 EP/CF布复合材料层压板的力学性能和耐热性能较好,蜂窝夹层板的滚筒剥离强度高。3233 EP具有韧性且与CF之间的粘接情况良好。     

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。     

热处理对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂转移模塑（VARTM）技术制备了环氧树脂/碳纤维（EP/CF）和环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维毡（EP/CF/GF）复合材料。测试了两种纤维铺层方式中树脂流动距离的平方与流动时间的关系,对两种铺层纤维体系的渗透率进行了研究对比;将两种复合材料进行高温处理,并且对其高温处理前后的力学性能进行分析;利用扫描电子显微镜（SEM）观察了复合材料的拉伸断口形貌。结果表明,EP/CF/GF中GF毡的松散结构使树脂更易流动;高温热处理造成了EP/CF弹性模量和拉伸应变的降低,其中弹性模量降低了9.97 %、拉伸应变降低了11.36 %,但对EP/CF/GF的影响较小;GF毡的加入造成了2种复合材料弯曲性能的下降;未经处理的复合材料断口表面光滑,而热处理后的复合材料断口表面粗糙且有大量基体附着。     

后处理温度对EP/CF复合材料拉伸性能影响

采用模压成型工艺和拉挤工艺制备了加捻碳纤维增强环氧树脂(EP/CF)复合材料,利用微机控制电液伺服万能试验机和扫描电子显微镜研究了不同后处理温度对EP/CF复合材料的拉伸性能和断面微观形貌的影响。研究表明,相对于高温后处理下的EP/CF复合材料,室温后处理下的EP/CF复合材料的拉伸强度较优,其拉伸强度接近890 MPa;而随着后处理温度的升高,EP/CF复合材料的截面和表面显微硬度值呈先上升后下降趋势,当后处理温度为150℃时,其硬度值最优。随着后处理温度的上升,样品的断面形态由撕拉态变为剪切状态,整个断面转变为脆性断面,EP与CF之间的界面变差。较优后处理工艺为低温后处理;同时,常温固化剂下的EP和CF体系选择后处理工艺优化时,后固化温度应接近固化体系温度进行优化处理。     

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.     

多层纤维增强环氧树脂复合材料结构设计与电磁屏蔽效能预测模型

构建渐进导电网络结构是一种降低导电材料电磁波反射率的有效策略。利用芳纶纤维(AF)、还原氧化石墨烯负载芳纶纤维(rGO@AF)与碳纤维(CF),制备多层纤维增强环氧树脂复合材料(AF/rGO@AF/CF/EP),研究CF/EP和AF/rGO@AF/CF/EP的电磁屏蔽性能。通过单层纤维的电磁参数和电导率预测,得到多层纤维增强环氧树脂复合材料电磁屏蔽效能的简化模型。结果表明：单层CF/EP的反射损耗效能(SER)为12.3 dB,总电磁屏蔽效能(SE_T)为40.2 dB,与之相比,AF/rGO@AF/CF/EP的SER降至9.6 dB,SE_T提高至43.6 dB,说明梯度导电网络结构在保证材料屏蔽效能的同时降低复合材料的反射损耗。利用简化模型得到AF/rGO@AF/CF/EP的电磁屏蔽效能为42.6 dB,表明该模型准确预测多层结构复合材料的电磁屏蔽性能。     

X型号滑翔增程弹EP/CF复合材料弹翼的研制工艺探讨

介绍了X型号滑翔增程弹EP/CF复合材料弹翼的研制过程,根据设计指标,分别采用纤维缠绕/模压和手糊/模压两种成型工艺进行了试验.结果表明,在满足弹翼性能指标要求的前提下,手糊/模压成型工艺生产的EP/CF复合材料弹翼周期短、工序少、过程简单、原材料浪费少、质量容易控制,更适合该弹翼的制造.     

碳纳米材料表面改性碳纤维及在环氧树脂中的应用

以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,通过超声的方法分别制备含多壁碳纳米管(MWCNTs)或石墨烯纳米片(GnP)的碳纳米材料表面改性剂,采用浸渍法对预处理碳纤维(CF)(去浆CF)进行改性使碳纳米材料均匀涂覆在纤维表面上,然后采用手糊成型及热压成型工艺制备环氧树脂(EP)/改性CF复合材料,利用扫描电子显微镜和电子万能试验机分析碳纳米材料表面改性剂制备条件对CF表面形貌、复丝拉伸性能的影响,在此基础上,选择各自的最佳表面改性剂制备条件,对比了含MWCNTs或GnP的表面改性剂改性CF对复合材料力学性能的影响。结果表明,碳纳米材料在表面改性剂中的分散状态直接影响CF表面碳纳米材料分布的均匀性和复合材料的性能。超声时间为2h的含MWCNTs表面改性剂和GnP质量分数为0.5%的含GnP表面改性剂对CF的改性效果较好,相应复丝的拉伸强度与去浆CF复丝相比分别提高了59.4%和70.2%,而相应复合材料的弯曲强度相对于EP/去浆CF复合材料分别提高了11.2%和41.1%,层间剪切强度分别提高了35.8%和71.3%。     

硒掺杂对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能及机敏性的影响

以锗硒玻璃(GeSe_4)作为硒源制备一维硒纳米纤维(SeF),将其与碳纤维(CF)按一定体积比混杂,制备硒/碳共混环氧树脂(SeF/CF/EP)复合材料。测量SeF掺杂前后复合材料的体积电阻率变化,分析SeF/CF混杂比对材料导电机敏性的影响。结果表明,SeF掺杂前,碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)体积电阻率随纤维长度的增大而降低,随CF含量的增加呈阶段性减小趋势,2、4和6 mm长度的CF/EP复合材料的渗滤阈值分别为0.9%、0.3%和0.05%,随温度的升高,CF/EP复合材料先后呈现正温度效应(PTC)和负温度效应(NTC),无明显光敏特性;SeF掺杂后,复合材料导电性能显著提高,当SeF/CF体积比为3.06时,材料体积电阻率较掺杂前下降91%,随温度的升高,SeF/CF/EP复合材料的体积电阻率始终保持PTC效应,光敏特性显著增强。     

模压成型工艺参数对CF/PEEK复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料是重要的医疗器械及航空航天热塑性复合材料,可采用模压成型工艺制备层合板及结构,其工艺参数影响复合材料力学性能。本文主要考察了模压成型温度、压力以及降温速率等参数对CF/PEEK复合材料Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)的影响规律,并通过扫描电镜表征复合材料撕裂面的微观形貌,分析材料失效模式。较高的模压成型温度可提高基体分子链流动性,适中的成型压力有利于控制树脂不被过多挤出模具,适中的降温速率可降低结晶度并抑制界面粘结强度的损失,均有利于提高CF/PEEK复合材料的GIC。     

碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂复合材料性能研究

分别采用热重分析(TGA)法、动态力学分析(DMA)法研究了碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂(CE/EP/CF)复合材料的热稳定性、耐热性及动态热力学性能,研究了此种复合材料强力环(NOL环)的力学性能。结果表明,CE/EP/CF复合材料具有优良的耐热性和热稳定性,玻璃化转变温度为226.33℃,NOL环层间剪切强度为48.7MPa。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,CF与CE/EP树脂间的界面粘接良好。     

低密度高导热CF/EP复合材料的制备及性能

将碳纳米管(CNT)和空心玻璃微珠(HGS)添加到环氧树脂(EP)中,利用模压工艺制备碳纤维(CF)/EP复合材料。结果表明：同时添加CNT和HGS可以有效降低CF/EP复合材料的密度,改善复合材料的力学性能,提高复合材料的导热性能,且当CNT和HGS质量比为1∶4时,复合材料综合性能最优,与不添加CNT和HGS的CF/EP复合材料相比,该复合材料的密度下降了8.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了22.0%和30.1%,拉伸强度提高了8.9%,导热系数提高了87.1%。     

加捻工艺对CF增强EP复合材料棒材拉伸性能的影响

通过热模压法制备碳纤维(CF)增强环氧树脂(EP)复合材料棒材,研究CF加捻工艺对复合材料棒材拉伸性能的影响。研究结果表明,适当地加捻能够有效地改善CF单丝脆性大、对应力集中敏感等缺点,提高复合材料棒材的拉伸性能。但是过度加捻使得CF排布过于紧密,树脂难以充分浸渍CF并形成良好的界面,反而使复合材料棒材的拉伸强度有所下降。因此,存在一个临界捻度值使复合材料棒材获得最优的拉伸性能。本实验中,CF的临界捻度为20捻/m,此时,复合材料棒材的拉伸强度提高了11.4%,断裂伸长率提高了9.1%,并探讨了CF加捻增强复合材料棒材拉伸性能的机理。     

混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究

采用热压成型工艺制备单一碳纤维、碳纤维/玻璃纤维(CF/GF)和碳纤维/Kevlar纤维(CF/KF)均质和非均质混杂增强环氧树脂基复合材料,通过三点弯曲、层间剪切、低速冲击及冲后压缩性能测试,研究纤维组分、混杂结构和混杂比对复合材料力学性能及低速冲击性能的影响。结果表明,单一碳纤维复合材料力学性能最佳,其弯曲模量、弯曲强度和层间剪切强度分别达到66.16 GPa、830.35 MPa和42.73 MPa,而CF/GF混杂结构性能总体优于CF/KF混杂结构,内层混杂结构性能优于外层混杂结构;单一碳纤维复合材料低速冲击性能较差,其冲击损伤凹坑深度最高可达混杂结构的3.5倍,对应的分层阈值为2 723.53 N;CF/KF均质混杂结构的剩余压缩强度最大,而单一碳纤维复合材料则最小,对应数值分别为0.92和0.79。     

玻璃钢复合材料拉-拉疲劳性能试验方法及其改进

采用热压成型方法制备连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料(GF/EP/PC),并与GF/PC复合材料进行力学性能测试比较和SEM照片观测分析了影响复合材料力学性能的因素.研究结果表明,GF/EP/PC复合材料的拉伸弹性模量与弯曲弹性模量分别为GF/PC复合材料的16.4倍和8.8倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了1.7倍和3.7倍;结合其力学破坏形貌照片,分析了纤维和树脂的粘接情况和材料的破坏模式以及PC树脂与芯层GF/EP复合材料的粘接情况.     

连续CF增强PEEK复合材料层压板的制备工艺

采用熔融浸渍法制备了连续碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料预浸带,并层压成型制备复合材料层压板。研究了成型温度、成型压力、成型时间、纤维含量等因素对复合材料层压板力学性能的影响。结果表明,在成型温度为370℃、成型压力为12 MPa、成型时间为70 min、纤维含量为61%的工艺条件下,连续CF增强PEEK复合材料层压板的力学性能达到最优值,弯曲强度和弯曲弹性模量分别达到(1 750.76±49.13)MPa和(107.54±6.35)GPa,层间剪切强度达到(100.04±6.88)MPa,缺口冲击强度为(84.44±1.54)k J/m2。随着冷却速率的增大,复合材料层压板的弯曲性能和层间剪切强度下降,而缺口冲击强度提高。SEM分析表明,复合材料层压板的界面粘结良好。