上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了上浆/未上浆国产T700级(MT700)碳纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了碳纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响.研究表明:MT700碳纤维表面上浆剂改善了纤维/基体微观界面强度及其耐湿热性能;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是造成纤维/基体间的化学键合作用破坏,去湿后部分界面性能可恢复.     

芳纶纤维复合材料界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,从自制树脂基体入手,针对芳纶纤维的结构特点,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,制备了芳纶/AFR复合材料.通过宏观力学、微观力学以及接触角测试等方法研究了AFR树脂与芳纶纤维之间的界面粘结性能.结果表明:AFR树脂对芳纶纤维的浸润性好,单丝拔出强度高,复合材料的横向拉伸强度及层间剪切强度高,这说明芳纶纤维与AFR树脂之间具有良好的界面粘结性能.     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

不同纤维织物/乙烯基酯复合材料的湿热老化

本文将不同纤维织物与750HOI环氧乙烯基酯树脂复合成三种层合结构的复合材料,对比研究了树脂浇铸体及复合材料在60℃与90℃去离子水中的湿热性能。通过材料的吸湿特性、弯曲性能、微观结构以及动态热机械性能的变化,分析了材料的湿热老化机理。研究表明:不同纤维织物增强的复合材料吸湿行为具有较大差异;90℃浸泡2160h后,添加碳纤维表面毡的复合材料F2弯曲强度保留率为70.42%,而表面层为方格布的复合材料J的保留率为51.88%;红外光谱(FTIR)研究表明:90℃湿热老化后复合材料基体树脂发生了水解断裂;扫描电镜(SEM)和动态热机械分析(DMA)研究发现:老化后复合材料中纤维/基体界面发生脱粘破坏,界面结合强度降低,试样的Tg和储能模量减小。     

玻璃纤维增强双马来酰亚胺-三嗪树脂新型复合材料性能的研究

采用超支化聚硅氧烷(HBPSi)改性双马来酰亚胺-三嗪树脂(mRTM)制备了一种新型的玻璃纤维(GF)增强复合材料(GF/mRTM),着重研究了其力学、热学和耐湿热性能.结果表明,与未改性树脂相比,新型mRTM树脂与玻璃纤维之间具有更加优异的粘接性;GF/mRTM复合材料具有高的层间剪切强度、热稳定性和耐湿热性.HBP...     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法,利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和,解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题.分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量,考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能,并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较.结果表明:单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致;双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能,且二者得到的变化规律一致;湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势,国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系.     

芳纶复合材料的界面粘结

为改善芳纶纤维增强树脂基复合材料中界面粘结强度,本研究用Mctowo.Takayanagi——化学处理法,对芳纶1414纤维进行表面处理.并依据红外光谱分析(IR),元素分析(E.A.),XPS能谱分析等近似估价芳纶1414纤维表面导入约88mol%接技率的E-51环氧化合物.用单纤维拉拔实验法直接测定芳纶1414纤维/环氧树脂基体体系的界面剪切强度.实验结果表明,芳纶1414纤维经表面环氧接技化处理后,可较明显地提高界面剪切强度而对纤维拉伸强度的降低较小.树脂基体性能对界面剪切强度的影响较显著.通过电子显微镜(SEM)观察被拔出纤维及树脂孔穴的破坏形貌,解析界面破坏机理.     

湿法缠绕用T800碳纤维复合材料基体研究

针对T800碳纤维和湿法缠绕的特点,开发了一种适合T800碳纤维湿法缠绕用的树脂基体,测试了该树脂基体与T800碳纤维制成复合材料的力学性能和耐湿热性能。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,层间剪切强度达到101 MPa,NOL环拉伸强度高于2500MPa;单向复合材料经95℃蒸馏水浸泡150h后的平衡吸湿率低于1%、力学性能保留率高,耐湿热性能优良。     

缠绕成型混杂纤维复合材料静态拉伸性能研究

研究了T700碳纤维/玻璃纤维、T700碳纤维/玄武岩纤维不同纤维配比混杂材料的层合板拉伸性能。结果表明,混杂纤维层合板的拉伸性能随着碳纤维含量提高而提高;高断裂位移的纤维可以提高混杂纤维复合材料的断裂伸长率。复合材料模量混杂公式得到的理论值与实际测量值比较接近;加入玻璃纤维或玄武岩纤维可以提高复合材料的韧性,同时节省成本。     

PPESK树脂基复合材料的摩擦磨损性能

以含二氮杂萘酮结构的聚醚砚酮（ＰＰＥＳＫ）树脂为基体,填加固体润滑剂和短炭纤维（ＣＦ）制备了新型耐热脂基复合材料,研究了摩擦条件下（如载荷,行程等）和ＣＦ含量对复合材料的摩擦磨损性能的影响,分析了ＰＰＥＳK树脂及复合材料的磨损机理,结果表明,短ＣＦ和固体润滑剂的加入可有效改善ＰＰＥＳＫ的摩擦磨损性能,当ＣＦ含量为１０％时,复合材料的摩擦系数与聚西四氟乙烯（ＰＴＦＥ）相当,但比磨损率降低２个数量级,与纯树脂相比,磨擦系数减小为原来的二分之一,而复合材料的磨损特性主要表现为粘着磨损,ＰＰＥＳＫ树脂基复合材料批基体,聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）具有更好的耐磨性和自润滑性。     

环氧树脂混杂复合材料的阻尼性能研究

从本文研究的混杂复合材料阻尼特性的影响因素看,玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料中两种纤维对阻尼性能和力学性能的作用和贡献是不同的。经GF/CF混杂后,复合材料的阻尼性能符合混合率,阻尼因子界于GF复合材料和CF复合材料的之间。另外,纤维zk强复合材料的模量变化和玻璃化转变温度受所加纤维的种类、含量和混杂效果的影响。     

碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响

为了研究上浆剂和湿热处理对复合材料微观界面性能的影响,通过单丝断裂实验测试去浆处理及湿热处理前后T300、T700SC、T800S碳纤维单丝/环氧树脂体系的界面剪切强度(IFSS),结合扫描电镜测试手段分析了纤维表面物理特性对IFSS的影响.结果表明:去浆及湿热处理均会引起三种单丝复合材料体系IFSS降低,断点形貌由X状向鞘状发生变化,但不同的单丝复合体系IFSS降幅以及断点形貌变化程度不同;去浆后,T700SC/环氧树脂体系IFSS降幅达70.67%,T300/环氧树脂体系仅下降6.05%;湿热处理72 h后,T300/环氧树脂体系IFSS下降幅度最小;湿热作用下,去浆后的单丝/环氧树脂体系IFSS的下降更为显著.     

玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料环境综合因素下的冲蚀行为及机制

对风电工程中采用的玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂（GF/EVE）复合材料进行碱-紫外循环加速老化试验,通过分析不同循环老化周期下GF/EVE复合材料吸湿率、微观形貌、表面元素含量、树脂初始分解温度及冲蚀失重率的变化,探讨了GF/EVE复合材料碱-紫外循环老化机制和不同循环老化周期下抗冲蚀性能的变化。结果表明:在水分子的扩散、水解反应和光氧老化的共同作用下,GF/EVE复合材料表层树脂发生老化降解、纤维与树脂基体界面出现脱黏、纤维发生腐蚀分解;同时循环老化造成树脂分子链断裂,树脂交联密度下降,导致树脂初始分解温度下降;在第1个老化周期内GF/EVE复合材料冲蚀失重率下降了2.06%,老化结束时冲蚀失重率增加了32.8%。      

镀镍碳纤维-碳纤维-玻璃纤维/乙烯基酯树脂导电复合材料的设计制备及其电磁性能

本研究旨在设计制备兼具电和磁功能的新型导电复合材料。采用具有良好导电性的短切碳纤维（CF）与兼具磁性和导电性的短切镀镍碳纤维（Ni-CF）作为功能体,以短切玻璃纤维（GF）作为填料,以乙烯基酯树脂（VER）作为基体,设计制备电磁性能可调控的导电复合材料。分别研究了CF含量对CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响、Ni-CF长度对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响,重点研究了Ni-CF含量对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率和磁导率的影响,并初步探索了导电复合材料的电磁屏蔽性能。结果表明：（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率在0.35~36.48 Ω·cm范围内可调,磁导率在0.2~0.7内可调。CF和Ni-CF的含量和长度都会对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料电磁性能产生较大影响。制备的（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料有望应用于电磁屏蔽领域。     

连续炭纤维增强杂萘联苯聚醚砜酮共混树脂基复合材料力学性能

为了研究树脂共混改性对连续炭纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料性能及破坏模式的影响,以二氮杂萘联苯结构聚醚砜酮(PPESK)及其共混树脂为基体,T700 炭纤维为增强纤维,通过溶液预浸,热压成型工艺制备单向复合材料。通过对共混树脂溶液黏度测试,复合材料样条三点弯曲、层间剪切和孔隙率试验,并借助SEM断面形貌分析,研究了聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚砜(PES)的加入对PPESK复合材料力学性能以及受力破坏模式的影响。结果表明,PEI或PES的加入使复合材料的力学性能提高,孔隙率降低,复合材料受力破坏模式由脱粘破坏向树脂基体内部破坏转变。      

玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料的层间增韧及其低温下低速冲击性能

采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了四种无纺布(聚酰胺(PA)、聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、共聚酯(PEs))层间改性的玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂(GF/EVER)复合材料层合板。在温度为20℃下进行落锤冲击实验,对比分析了不同层间改性的GF/EVER复合材料层合板的低速冲击响应特性和抗冲击性能;利用超声C扫描和SEM分析了其冲击损伤机制。通过对复合材料层合板的冲击损伤面积、凹坑深度、最大接触力、冲击后剩余压缩强度(CAI)值的对比分析可知,经TPU和PEs无纺布层间改性的GF/EVER复合材料抗冲击性能较佳。不同的无纺布和基体树脂生成的界面相与纤维的结合程度不尽相同。层间改性的GF/EVER复合材料的冲击损伤机制为冲击正面表层基体树脂的开裂,其内部的分层和冲击背面的分层劈裂或纤维断裂;同时,进一步研究了经TPU和PEs改性的GF/EVER复合材料在低温下(?100℃和?45℃)的低速冲击性能,结果表明,随着温度的降低,GF/EVER复合材料的冲击损伤面积随之增大,CAI值随之减小,这可能是GF/EVER复合材料在低温下层间残余热应力和基体树脂脆化效应综合作用的结果。      

Fabrication and mechanical properties of glass fibre–carbon fibre polypropylene functionally gradient materials

Hybrid fibre mat reinforced polypropylene (PP) composites with carbon(CF) and glass fibre (GF) were prepared and four kinds of functionally gradient materials (FGM) were fabricated by changing the spatial distribution of GF and CF. To measure the mechanical properties of FGMs and hybrid composites, flexural tests and instrumented impact tests were performed. The flexural strengths and the flexural moduli of hybrid composites increased following the rule of mixture as the relative volume content of CF increased. On the other hand, the total impact absorption energy of hybrid composites decreased with the increment of CF relative volume content. Compared with GF–CF PP isotropic hybrid composite, the composites with compositional gradient showed similar flexural strengths, but characteristic flexural moduli. Especially, sandwich-type FGMs with a CF-rich outer layer and a GF-rich inner layer exhibited higherflexural moduli than others. Total impact absorption energies of four FGMs were also similar, but the ratios of crack initiation energy,Ei, to crack propagation energy, Ep, or ductility index, were quite different.     

乙烯基酯树脂复合材料的固化过程研究

复合材料固化是成型过程中关键步骤之一,涉及到模具设计,成型工艺确定等.本文采用等温DSC分别研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂,碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料和乙烯基酯树脂的固化过程.结果表明:玻璃纤维的存在加速了乙烯基酯树脂的固化速度,而碳纤维的存在使得乙烯基酯树脂的固化速度变慢,纤维增强材料的存在提高了树脂的固化度.     

MoO3-氧化碳纳米管改性玻璃纤维/环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能

为改善玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损性能,采用真空抽滤法制备柔性MoO₃纳米带-氧化碳纳米管膜(m-MoO₃-OCNTs),并结合真空辅助树脂转移模塑(VARTM)工艺制备m-MoO₃-OCNTs改性GF/EP (m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP))复合材料。结果表明,m-MoO₃-OCNTs显著提高了GF/EP复合材料的导热系数和自润滑性能,在干摩擦测试条件下,可在m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料与对偶面之间形成有效传递摩擦热的高质量连续转移膜;与GF/EP复合材料相比,m-MoO₃-OCNTs-(GF/EP)复合材料的耐摩擦磨损磨性能提高了约4倍。