T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制

为验证复合材料的耐久性,对T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料经自然老化后的微观形貌、表面元素含量、热性能与力学性能等进行了研究。结果表明: 在光氧老化与热氧老化的共同作用下,T700碳纤维增强EP-A环氧树脂基（T700/EP-A）复合材料表层树脂将发生老化降解,并且随自然老化时间的延长,T700/EP-A复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,未老化试样的玻璃化转变温度为207℃,经过自然老化处理3年后,其玻璃化转变温度降低为180℃,延长自然老化时间至5年时,其玻璃化转变温度进一步降低至172℃。而自然老化过程对复合材料力学性能可能同时存在着增强效应与损伤效应,因此造成了T700/EP-A与T700/EP-B复合材料的不同力学性能表现出相异的变化趋势。随自然老化时间延长,T700/EP-A与T700/EP-B复合材料纵向拉伸强度表现出先升高后降低的趋势,纵向弯曲强度表现出逐渐升高的趋势,纵向压缩强度与层间剪切强度存在波动,未呈现出明显变化。      

Packifier parameters and permeability characteristics of non-crimp stitched carbon fabrics

研究了真空辅助树脂注射（VARI）工艺中含定型剂织物定型参数对织物压缩特性、渗透特性及其复合材料力学性能的影响,确定织物最优的定型参数。采用DSC和IR分别对织物表面定型剂的熔融特性和组成进行了分析,测试了不同定型温度下的压缩、渗透特性及复合材料力学性能。结果表明：此定型剂为含有环氧基团的低熔点聚合物;低于100℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度和渗透率均下降;100-140℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度基本无变化,渗透率有所提高,定型温度对力学性能基本无影响。     

定型剂对经编织物液态成型复合材料工艺性及其力学性能的影响

研究了双马来酰亚胺树脂定型剂含量对0°/90°双轴向经编织物(Non-crimp fabric,NCF)定型效果、液态成型工艺性、复合材料力学性能的影响。采用厚度回弹、C型回弹的方法表征定型效果;采用厚度压缩与偏轴拉伸实验表征带定型剂织物成型工艺性;并采用弯曲实验与层间剪切实验表征复合材料力学性能。实验结果表明定型剂的添加显著提高了NCF织物的预定型效果;经定型剂处理后NCF织物的面内剪切模量有了较大提高,抗剪切变形能力增强;添加定型剂对0°/90°双轴向NCF织物复合材料的力学性能影响不大,但在改善其工艺性的同时并不会降低其复合材料的力学性能。     

形状记忆环氧树脂及其四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂的动态力学性能

采用动态力学分析仪对研制的形状记忆环氧树脂(Shape memory epoxy polymer,SMEP)及三种四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂复合材料的动态力学性能进行了测试,测出了玻璃化转变温度Tg、储能模量E和损耗角正切值tanδ。试验表明,SMEP及四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂复合材料均有显著的相变力学行为特征,相变前后E差异超过一个量级,表明其具有良好形状记忆能力。在SMEP中植入碳纤维织物增强复合材料会导致Tg和tanδ降低,而E显著增强;对同一种编织物的形状记忆复合材料经向和纬向的Tg和tanδ基本相同,但E相差较大。     

混合型固化剂对环氧树脂室温和低温力学性能的影响

研究了一种刚性和柔性胺混合型固化剂（芳香胺DETD和聚醚胺D-400）固化环氧树脂浇铸体的力学性能、材料断裂表面的微观形貌和玻璃化转变温度等性能。结果表明:当D-400加入量占固化剂总量的40%时,其室温拉伸强度呈现最大值,为82.52 MPa,弹性模量为2.30 GPa,与未加D-400的体系相比分别提高了6.3%和14.4%,其低温冲击强度提高了14%。对冲击断面形貌进行扫描电子显微分析表明:D-400的加入致使断口形貌变得粗糙,抗开裂能力得到提高。热分析实验结果显示,体系的玻璃化转变温度随着D-400含量的增加而降低。此外,还探讨了环氧树脂体系低温增韧机制。      

橡胶相尺度对亚微米或纳米橡胶颗粒填充环氧复合材料性能的影响

对比研究了由液体橡胶在环氧树脂中原位形成的亚微米橡胶/环氧复合材料和在环氧树脂中直接添加纳米橡胶颗粒形成的纳米橡胶/环氧复合材料的性能。研究表明：未固化混合物的黏度随着纳米橡胶相的加入逐渐增加,但随着亚微米橡胶相含量的增加而降低;橡胶/环氧复合材料的玻璃化转变温度随着纳米橡胶颗粒的加入逐渐增加,但随着亚微米橡胶相含量的增加而降低;两种橡胶相的添加均使复合材料的弹性模量降低,断裂延伸率增加;在较低含量时,纳米橡胶颗粒可以提高环氧的拉伸强度;两种橡胶填充的橡胶/环氧复合材料均显示出明显的增韧效果。微观形貌分析表明,两种橡胶均可以在应力作用下脱粘并促进裂纹尖端的塑性变形。     

碳纤维经编织物定型参数及渗透特性

研究了真空辅助树脂注射(VARI)工艺中含定型剂织物定型参数对织物压缩特性、渗透特性及其复合材料力学性能的影响,确定织物最优的定型参数。采用DSC和IR分别对织物表面定型剂的熔融特性和组成进行了分析,测试了不同定型温度下的压缩、渗透特性及复合材料力学性能。结果表明:此定型剂为含有环氧基团的低熔点聚合物;低于100℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度和渗透率均下降;100~140℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度基本无变化,渗透率有所提高,定型温度对力学性能基本无影响。     

海南地区T700/5288炭纤维复合材料自然老化性能研究

针对南海地域的自然环境,将T700/5288炭纤维增强环氧树脂复合材料放置于海南省万宁市,经过自然老化3年后,研究其微观形貌、力学性能与热性能等。研究表明,由于热氧老化与光氧老化的存在,复合材料表层环氧树脂出现了化学降解,表面纤维发生裸露,起毛等现象,老化试样纵向压缩强度降低19%,横向压缩强度降低14%,其他表征力学性能基本不变,玻璃化转变温度降低了27℃。     

石墨烯微片表面接枝PMMA及其环氧树脂复合材料性能

利用石墨烯微片（GNPs）表面羟基与硅烷偶联剂反应,并通过原子转移自由基聚合（ATRP）方法在GNPs表面接枝了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱和X射线衍射方法分析了化学接枝前后GNPs的微观结构变化。将接枝PMMA的GNPs加入环氧树脂中,研究其对环氧树脂力学性能与尺寸稳定性的影响。研究结果表明,与原始GNPs相比,表面接枝PMMA的GNPs对环氧树脂力学性能的增强作用更明显。添加质量分数为0.5%的GNPs-PMMA可以使环氧树脂拉伸强度和模量分别提高17.4%和75%,弯曲强度和模量也分别增加了6%和12%,同时可以使环氧树脂在低于玻璃化转变温度的线性热膨胀系数（CTE）降低25%。     

定型剂对复合材料力学性能的影响

在对3266树脂工艺性研究的基础上,研究了定型剂含量对3186缎纹、827单向碳布/3266树脂基复合材料弯曲强度、层间剪切强度和模量的影响.结果表明:定型剂含量对复合材料力学性能的影响规律、定型剂最佳用量均对增强材料的织态结构有着很强的依赖性;在3186缎纹/3266树脂体系和827单向碳布/3266树脂体系中,定型剂用量分别为8%和5%时,定型剂的加入对复合材料的力学性能没有造成明显的劣化作用.     

玻璃长纤维增强树脂基复合材料的单轴时间相关棘轮行为实验研究

对玻璃长纤维增强树脂基复合材料(玻璃纤维体积分数为40%、50%)的室温单轴时间相关棘轮行为进行了较系统的单轴应力循环实验研究,讨论了该类复合材料在不同循环加载条件下的棘轮变形特征。结果表明：该类复合材料在非对称应力循环下将产生一定的棘轮变形,棘轮应变值随外加的应力幅值和平均应力的增加而增加;玻璃长纤维的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力明显强于未增强树脂基体材料,复合材料的棘轮变形量随玻璃长纤维含量的升高而下降;在室温下,复合材料的棘轮行为也具有明显的时间相关特性,棘轮应变值依赖于应力加载速率和峰值保持时间,随应力加载速率的下降和峰值保持时间的增加明显增加。     

聚苯硫醚及其玻璃纤维增强复合材料力学性能研究

本文利用差示扫描量热仪(DSC)研究了国产低分子量聚苯硫醚及其固相热处理产物的热行为,并用悬浮-熔融法制备了玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的预浸带,测定了其单向板的力学性能,观察了其断口形貌。结果表明:低分子量聚苯硫醚经过固相热处理后,其T_g、T_c上升,T_m下降;热处理后的聚苯硫醚玻纤复合材料在室温时的力学性能有很大程度的提高,其高温性能受玻璃化转变的影响显著;通过SEM观察断口发现其破坏主要属于界面脱粘。     

定型剂与树脂基体相容性的研究

测试了定型剂在RTM树脂中的溶解性能.研究了定型剂含量对树脂浇铸体弯曲强度、弯曲模量、冲击强度及玻璃化转变温度Tg的影响.结果表明,工艺用量的定型剂对树脂浇铸体不会产生劣化作用.     

一种氰酸酯-环氧树脂作为卫星结构件复合材料基体的评价

制备了氰酸酯树脂质量分数为75%的氰酸酯-环氧树脂（CE75）及高模碳纤维增强CE75（CF/CE75）的复合材料,研究了该树脂的工艺性,确定了其固化制度,考察了树脂的耐热性和力学性能,并在模拟空间环境条件下,考察了高模CF/CE75复合材料管件的力学性能和真空逸气性能。试验结果表明,CE75树脂具有良好的工艺性,适合湿法缠绕成型工艺。CE75树脂固化物表现出良好的耐热性,其玻璃化转变温度为195.6℃,起始热分解温度为368.6℃。高模CF/CE75复合材料抗空间环境性能优异,在真空环境下,复合材料真空逸气性能满足航天标准要求,经冷热循环（-196~130℃）200次后,管件力学性能保持率大于96%。高模CF/CE75复合材料是抗空间环境材料的理想候选材料。     

Uniaxial ratchetting of polymer and polymer matrix composites: Time-dependent experimental observations

The uniaxial time-dependent ratchetting of polyester resin and glass fiber reinforced polyester resin matrix composites was observed by the stress-controlled cyclic tension–compression with non-zero tensile mean stress and tension–tension tests at room temperature. After the ratchetting of the polyester resin had been observed by the cyclic tests with different loading conditions including some time-related factors, such as stress rate and peak stress hold, the ratchetting evolutions of the continuous and short glass fiber reinforced resin matrix composites were also investigated by the stress-controlled cyclic tests, respectively. It is concluded that: both the polyester resin and its composites present apparent ratchetting deformation, i.e., the ratchetting strain accumulates progressively in the tensile direction during the cyclic tension–compression with non-zero tensile mean stress and tension–tension tests; the ratchetting depends on the applied stress amplitude, mean stress, stress rate and peak stress hold, and the time-dependent ratchetting is obvious even for the continuous glass fiber reinforced resin matrix composites with high fiber volume fraction (such as 40% and 50%); the time-dependent ratchetting of the polyester resin and its composites mainly stems from the viscosity of the polyester resin, while the addition of glass fiber into the resin matrix improves the resistance of the composites to the ratchetting deformation and lowers the time-dependence of the ratchetting simultaneously.     

经编织物法制备连续纤维增强热塑性复合材料 的微观形貌和浸润过程分析

采用经编织物等温热压法制备了连续纤维增强GF/PP热塑性复合材料。用扫描电镜对不同工艺条件下的复合材料微观形貌进行了观察,研究了工艺条件对浸润状态的影响规律,分析了纤维的浸润过程和主要缺陷的产生原因,并给出了浸润过程的初步模型。实验结果表明,这种GF/PP经编织物在一定工艺条件下热压成型,热塑性基体熔体可较好地浸润纤维,并使纤维达到较为理想的分散状态,是制备连续纤维增强热塑性复合材料一种新的途径。      

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

Multiscale molecular modeling of SWCNTs/epoxy resin composites mechanical behaviour

Atomistic and mesoscale simulations were conducted to estimate the effect of the diameter and weight fraction of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) on mechanical behaviour and glass transition temperature (T_g) of SWCNTs reinforced epoxy resin composites. Atomistic periodic systems of epoxy resin and epoxy resin/SWCNTs were built with different weight ratios and were subject of an extensive multistage equilibration procedure. Molecular dynamics simulations were used to estimate glass transition temperature, Young modulus and solubility parameter of epoxy resin and epoxy resin/SWCNTs composites. Dissipative particle dynamics method and Flory–Huggins theory was employed to predict epoxy resin/SWCNTs morphologies. The results show that incorporation of SWCNTs with diameters ranging from 10 to 14 Ǻ has beneficial effect on mechanical integrity and T_g. Overall, the agreement between predicted material properties and experimental data in the literature is very satisfactory.