碳纤维增强双马树脂基复合材料微波固化工艺及性能研究

针对改性双马树脂T700级预浸料微波固化成型工艺,研究了保温时间、加压方式、升温速率对复合材料力学性能的影响,获得了不同条件下的微波固化复合材料的性能数据和较优的成型工艺方案;对比研究了不同加热方式对复合材料力学性能的影响。研究表明,微波固化样件的压缩强度、弯曲强度、拉伸模量和150℃干态弯曲性能都达到了热压罐水平,而拉伸强度、层间剪切强度和150℃干态层剪性能低于热压罐水平。微波固化工艺加热均匀,相对于热压罐成型,固化周期缩短50%以上,能有效提升复合材料制造效率,降低能耗。     

成型工艺对中温固化环氧树脂碳纤维复合材料性能影响

对3233中温固化环氧树脂黏度-温度曲线、凝胶时间-温度曲线和DSC进行了分析。采用热熔法制备了其碳布预浸料,通过热压罐法、模压法和真空袋法成型复合材料层合板,进行性能测试并对比。结果表明,3233中温固化树脂固化工艺为(125±5)℃固化90～120 min。采用热熔法制备的3233/CF3052中温固化环氧碳布预浸料具有良好工艺性能。模压成型和热压罐成型的层合板力学性能相当,略高于真空袋成型。3233树脂具有良好的韧性,夹层结构的抗滚筒剥离强度高,其预浸料可与蜂窝直接共固化。     

RTM用双马来酰亚胺树脂及其复合材料的制备与性能研究

采用一种含醚键双马单体对双马来酰亚胺树脂进行改性,制备了一种适用于复合材料树脂转移模塑成型工艺(RTM)的高韧性双马来酰亚胺树脂基体,并研究了其流变特性、耐热性能、力学性能及其复合材料的力学性能。树脂体系的流变性能数据表明树脂在注射温度(100℃)下具有较长的适用期(~3 h),能够满足RTM成型的要求。树脂浇注体的拉伸强度为115 MPa,断裂延伸率为3.1%,弯曲强度为159 MPa,玻璃化转变温度为270℃,表明树脂具有较高的韧性和耐温等级。以本树脂体系作为基体制备得到的碳纤维增强复合材料具有较高的力学性能,同时在230℃下具有较高的力学性能保持率。     

树脂基复合材料热压罐成型加压工艺模拟

针对热压罐成型工艺过程中加压时机不易准确把握的特点,研究了1种确定复合材料热压罐成型加压时机的计算方法。通过两种不同类型的树脂体系5405双马树脂和5284环氧树脂的实验表明,该方法的实验值与理论计算基本一致,该方法简便易行并已成功应用指导了5284/T300复合材料的热压罐成型。     

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。     

双马来酰亚胺改性氰酸酯树脂及其复合材料

制备了一种新型的双马来酰亚胺改性氰酸酯树脂以提高这类树脂的耐热性,力学性能及成型工艺性。对合成的树脂作了流变分析,对其玻纤复合材料进行了力学性能测试和热失重分析,结果表明,当双马树脂达到改性氰酸酯树脂的质量分数的37.5%时,新型改性氰酸酯树脂的5%热失重温度为432℃。改性氰酸酯基复合材料在常温条件下的拉伸强度为492.4 MPa,弯曲强度为526.3 MPa。在200℃时改性氰酸酯基复合材料的拉伸强度为357.3 MPa,弯曲强度为292.7 MPa。该树脂具有良好的加工性,耐热性,力学性能及高温力学保持性。     

环氧树脂/芳纶布复合材料性能研究与应用

研究了3233环氧树脂/796芳纶布复合材料的力学性能。结果表明,3233环氧树脂/796芳纶布复合材料的常规性能和耐热性较好,采用模压法和热压罐法成型的层压板性能相当,夹层板的滚筒剥离强度高,树脂基体具有韧性,扫描电镜观察发现复合材料的界面粘接情况良好。该预浸料已用于直升机次承力结构。     

含碳纳米管上浆剂改性碳纤维及其复合材料的研究

利用上浆法和含多壁碳纳米管(MWCNT)的上浆剂对碳纤维(CF)进行表面改性,采用手糊成型和热压成型工艺制备CF复合材料,借助扫描电子显微镜(SEM)和电子万能试验机研究MWCNT对CF表面形貌及复合材料力学性能的影响。结果表明,MWCNT在上浆剂中的分散状态会直接影响MWCNT在CF表面分布的均匀性、对CF的改性效果及CF复合材料的力学性能。质量分数为0. 5%MWCNT上浆剂对CF的改性效果较好,经0. 5%MWCNT上浆剂改性CF复丝的拉伸强度与去浆CF相比提高了70. 8%,改性CF复合材料的弯曲强度和层间剪切强度与去浆CF复合材料相比分别提高了42. 8%和72. 9%。     

纳米SiO2改性环氧树脂碳纤维体育材料及性能试验

针对传统体育器材环氧树脂碳纤维复合材料脆性大、耐冲击性能差的问题,提出用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VATRM)制备用于体育器材的纳米二氧化硅改性环氧树脂碳纤维复合材料,借助电子万能试验机和落锤式冲击实验机研究了该复合材料的横向拉伸性能和抗冲击性能。结果表明:当纳米二氧化硅质量分数为1%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的横向拉伸性能最佳,断裂伸长率为0.5%;横向拉伸强度为41.7 MPa,拉伸模量为79.9 GPa,比纯环氧树脂碳纤维复合材料的横向拉伸强度、拉伸模量分别提高124.2%和12.5%。经纳米二氧化硅改性的环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力为2 216 N,比纯环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力提高了37.2%左右。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性,分析了该固化体系浇铸体的性能;并以碳纤维(T-700S)为增强材料,采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-3/T-700S复合材料,研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能,并对弯曲断面进行分析。研究结果表明,WBS-3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好,适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺;由此制得的WBS-3/T-700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能,其弯曲强度为1434MPa,拉伸强度为1972MPa,剪切强度为76.1MPa,玻璃化温度(Tg)超过210℃;该WBS-3/T-700S复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。     

木粉增强木质素／环氧树脂复合材料的制备与力学性能

将玉米秸秆酶解木质素和双酚A环氧树脂共混,利用低相对分子质量聚酰胺作为同化剂,采用热压工艺制备了一种木粉增强的交联型木质素,环氧树脂复合材料,研究了热压温度、热压压力以及木粉的加入对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,随着热压温度和热压压力的增加,木粉增强木质素,环氧树脂复合材料的弯曲强度和冲击强度均先升高而后降低,在120℃热压温度、8MPa热压压力下复合材料的力学性能达到最佳。随着木粉含量的增加,复合材料的弯曲强度和冲击强度均升高;木粉的粒径也对复合材料的力学性能有较大影响;综合考虑复合材料的力学性能,优选加入40—80目的木粉,木粉的含量为20％。     

竹纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

采用硅烷偶联剂对竹纤维进行表面改姓,通过热压成型工艺制备了竹纤维增强环氧树脂(EP)复合材料。研究了竹纤维(BF)的长度、竹纤维含量和CaCO3含量对竹纤维/环氧(BF/EP)复合材料力学性能的影响。结果表明,竹纤维增强环氧复合材料,拉伸和冲击强度得到明显改善;当竹纤维含量为20%时,BF/EP复合材料的力学性能最佳,拉伸和冲击强度分别达到37.64MPa、8.30MPa。     

改性氰酸酯的预聚工艺研究

本文研究酚醛环氧改性双酚A氰酸酯,用于制备热熔预浸料.双酚A氰酸酯和酚醛环氧树脂经过适当预聚后在室温下具有一定的粘附性,可制作出具有室温铺敷性的复合材料预浸料.将金属催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)加入改性体系,复合材料成型试验结果表明,DBTDL对树脂体系的预聚工艺有明显的改善作用,树脂体系可用于热熔工艺.     

连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及力学性能

采用自主研发的连续碳纤维/聚醚醚酮热熔法预浸料(HC2110),通过热压成型工艺制备了复合材料层合板。测试了复合材料的力学性能,表征了微观形貌和破坏模式。预浸料热性能测试表明,HC2110预浸料较国外材料(TC1200)的耐热性及成型工艺性较优。微观形貌分析表明,复合材料层合板中纤维分布均匀性对0°拉伸性能影响较小;而纤维和树脂的界面结合较差是导致90°拉伸强度明显偏低的主要原因。     

双马来酰亚胺改性氰酸酯树脂及其复合材料

制备了一种新型的双马来酰亚胺改性氰酸酯树脂以提高这类树脂的耐热性,力学性能及成型工艺性。通过流变分析和热失重分析对合成的树脂进行了研究,对其玻纤复合材料力学性能进行了测试。结果表明,当双马树脂达到改性氰酸酯树脂的质量分数的37.5%时,树脂的5%热失重温度为415℃,复合材料常温下的拉伸强度为438.8MPa,弯曲强度为657.3MPa,断裂伸长率为9.2%;200℃下的数据分别为310.5MPa,307.4MPa,12.5%。该树脂具有良好的加工性,优异的耐热性和力学性能。     

加压时机对碳纤维增强改性双马树脂复合材料力学性能的影响

针对本实验中使用的改性双马树脂,采用DSC测试分析了树脂体系的固化工艺制度。通过树脂流变性能测试选取了100℃、110℃和120℃作为3个加压时机,研究了加压时机对改性双马树脂单向复合材料层板力学性能的影响。结果显示,随着加压温度的降低,单向复合材料的力学性能略有提高;不同力学性能对加压时机的敏感程度不同,本实验中相对于压缩性能、弯曲性能和层间剪切性能,拉伸性能对加压时机的变化更为敏感。研究结果对于进一步研究改性双马树脂的工艺特性及其碳纤维增强复合材料的力学性能提供了参考。     

预浸料用中温固化环氧树脂体系的制备

中温固化环氧树脂基复合材料具有成型温度适中、成型周期短、韧性高等优点,是复合材料应用领域的研究热点。通过筛选不同牌号环氧树脂,调节配方中树脂、固化剂、增韧剂以及增塑剂的含量,研制出一种中温固化并适用于热熔法制备预浸料的环氧树脂体系。考察了树脂体系的胶膜状态、黏度-温度曲线、DSC曲线特性,最终选定的树脂配方为双酚A型环氧树脂CYD-011、双酚A环氧树脂E-44与邻甲酚醛环氧树脂CYDCN-205的质量比为3∶5∶2。对由其制备的预浸料和复合材料的力学性能进行了测试,结果表明,由该树脂体系制备的预浸料综合性能优异,具有强度高、韧性好和适用期长等特点,各项指标均很好地满足了厂家对材料的要求。     

碳纳米管薄膜电加热固化复合材料研究

为了开发低成本、低能耗和高效率非热压罐复合材料固化成型技术,利用浮动催化化学气相沉积法制备了碳纳米管薄膜,并将其用于玻璃纤维增强树脂基复合材料的电加热固化,对碳纳米管薄膜进行结构和电热性能分析。结果表明,薄膜为微观多孔性材料,且具有优异的电热性能和稳定性。与传统烘箱加热固化方式相比,碳纳米管薄膜电加热固化技术可将能耗和成型时间分别降低83.7%和28.9%,较为节能高效。力学性能测试表明,该技术制备的复合材料具有与烘箱固化复合材料相似的固化度和拉伸力学性能。     

氧化石墨烯气凝胶对环氧树脂的增强增韧的改性研究

采用溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯气凝胶,然后在成型的气凝胶中加入了低黏度环氧树脂,制备了以氧化石墨烯为骨架的环氧树脂复合材料。利用扫描电镜和X射线衍射表征了氧化石墨烯气凝胶的微观结构及化学特征,研究了氧化石墨烯气凝胶对环氧树脂的交联密度、力学性能、微观结构的影响规律。结果表明,以氧化石墨烯为骨架的复合材料,其储能模量比相同配方的环氧树脂提高了100%以上,但是其整体的玻璃化转变温度有一定程度降低;同时,与未改性环氧树脂相比,复合材料的拉伸模量和拉伸强度分别提高了29.3%和17%,弯曲模量及弯曲强度分别提高了41%和38%。氧化石墨烯骨架对环氧树脂的增强和增韧作用可以归因于氧化石墨烯骨架在应力作用下吸收能量,造成韧性断裂的机理。     

聚醚砜和二氧化硅纳米粒子协同增韧三官能团环氧树脂的研究

与传统的双官能团环氧树脂相比,多官能团环氧树脂具有更高的交联密度,这赋予其更好的力学性能和耐热性,但却降低了环氧树脂的韧性。本文研究发现,同时加入热塑性树脂聚醚砜(PES)和亲水性二氧化硅纳米粒子(A200)可以显著提高TDE85环氧树脂的强度和韧性。当TDE85∶PES∶A200质量比=100∶5∶0.3时,复合材料的增强和增韧效果最佳,改性环氧树脂的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了38.1%和29.4%,并且没有明显牺牲基体树脂的模量和耐热性。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,改性后的环氧树脂呈现韧性断裂行为,其增韧机理可以解释为PES树脂和二氧化硅纳米粒子不同增韧机理的协同作用。