新型噁唑烷酮环氧树脂的合成与性能研究

采用双环氧化合物与甲苯二异氰酸酯合成了低粘度的、具有单一五元环结构的唑烷酮环氧树脂(OXEP);测试和分析了该树脂浇注体和T800碳纤维复合材料的力学性能,并通过差热扫描分析(DSC)和动态热机械分析(DMTA)分别考察了该树脂的固化反应特性和动态热力学性能。结果表明,该树脂反应活化能略高于双酚A型环氧树脂E51,浇注体具有优良的强度和韧性,且以该树脂为基体的T800碳纤维复合材料的层间剪切强度高,可作为T800碳纤维复合材料的基体树脂使用。     

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。     

复合材料旋翼桨叶用高性能树脂基体及其复合材料

本文提供了一种经过改性的高性能的树脂基体,并对这种树脂体系及其复合材料的固化特性、工艺性、力学与热性能等进行了深入的研究。 该树脂体系有较长的凝胶时间和较低的本体粘度,可以在中温(100～120℃)下完全固化,得到坚韧和高模量的树脂基体。用该树脂基体制成的复合材料具有很好的力学与热性能,它成功地应用于小型直升机复合材料旋翼桨叶的试制。     

碳纤维在电子束辐射过程中对树脂基复合材料界面性能的影响

采用XPS和Raman分析了电子束辐射对碳纤维表面性质的影响，研究了碳纤维与基体树脂之间的不充分接触对电子束固化复合材料层间剪切强度的影响，同时分析了碳纤维表面吸附的水分，碳纤维与基体树脂之间的空隙率和碳纤维表面在碳酸氢铵电解液中进行阳极氧化处理后对电子束固化复合材料界面性能的影响，分析了碳纤维表面在电子束辐射过程中与树脂基体的作用机理。     

硅烷偶联剂对电子束固化碳纤维复合材料界面的增效研究

根据碳纤维表面的特点及其复合材料中树脂基体进行电子束固化的机理,对碳纤维表面进行预氧化以提高碳纤维表面含氧宫能团的含量,利用偶联剂的化学架桥作用对电子束固化复合材料界面进行了增效研究.采用X射线光电子能谱(XPS)对处理后碳纤维表面化学成分进行了分析,并采用层间剪切强度对电子束固化复合材料界面粘合性能进行了评价.结果表明,碳纤维表面的含氮官能团使电子束固化复合材料中碳纤维与环氧树脂基体之间的粘合强度减弱,偶联剂与预氧化碳纤维表面进行了强相互作用,使电子束固化复合材料层间剪切强度得到提高.     

硅烷偶联剂对电子束固化碳纤维复合材料的增效研究

根据碳纤维表面的特点及其复合材料中树脂基体进行电子束固化的机理,对碳纤维表面进行预氧化以提高碳纤维表面含氧官能团的含量,利用偶联剂的化学架桥作用对电子束固化复合材料界面进行了增效研究。采用X射线光电子能谱（XPS）对处理后碳纤维表面化学成分进行了分析,并采用层间剪切强度对电子束固化复合材料界面粘合性能进行了评价。结果表明,碳纤维表面的含氮官能团使电子束固化复合材料中碳纤维与环氧树脂基体之间的粘合强度减弱,偶联剂与预氧化碳纤维表面进行了强相互作用,使电子束固化复合材料层间剪切强度得到提高。     

高性能T800 碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

不同湿热条件下碳纤维/环氧复合材料湿热性能实验研究

对比研究了环氧5228A树脂及碳纤维/环氧5228A树脂复合材料层合板在3种湿热环境(水煮、70℃水浸,70℃85%相对湿度)下的湿热性能,考察了湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律,并从吸湿特性、物理化学特性、树脂力学性能、湿应力等方面分析了不同湿热环境下复合材料性能衰减的机制。研究表明,碳纤维/高温固化环氧树脂复合材料层间剪切性能主要是由吸湿率决定,相同吸湿率不同湿热条件下性能的下降幅度基本相同;3种湿热条件下该树脂及其复合材料未发生化学反应、微裂纹等不可逆变化,复合材料层合板湿热老化机制主要是吸入水分后基体增塑和树脂、纤维湿应变不一致导致的湿应力对复合材料性能的负面作用。     

国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展

高强中模碳纤维增强复合材料是当前及未来相当长时期内主要的航空结构复合材料。借鉴国外高强中模碳纤维及其高韧性复合材料发展经验,在国内高强型碳纤维复合材料成熟经验的基础上,实现了高强中模T800级碳纤维规模化生产,系统分析了与国产高强中模碳纤维匹配的树脂基体、预浸料及其复合材料技术现状。国产T800H级碳纤维增强高韧性环氧树脂基和双马树脂基复合材料抗冲击性能达到国外同类复合材料的水平,高韧性环氧树脂基复合材料的耐湿热性能优于国外同等韧性的复合材料。国产T800H级碳纤维增强高韧性复合材料预浸料具有优异的工艺性能,可同时满足手工铺贴、自动铺带和自动铺丝3种铺放工艺要求。在T800级复合材料成熟应用的基础上,未来主要发展高压缩强度、高模量和基于BVID的高冲击韧性高强中模碳纤维复合材料。     

深交联机织物增强酚醛树脂基复合材料的固化工艺研究

采用旋转式流变仪表征腰果壳油改性的酚醛树脂共混体系在不同温度下的静态流变性能,同时基于碳纤维/铜纤维深交联机织物的结构特性设计出针对复合材料的热压及固化温度;通过改变固化过程中的升温速率,探究最佳的复合材料热压-固化工艺。通过对复合材料进行截面能谱扫描(EDS)和固化后的孔隙率测试来对不同固化工艺进行比较。结果表明,通过模具将树脂基体胶液浸渍碳纤维/铜纤维深交联织物并进行热压的方法来实现预制体与树脂的复合,且固化升温速度为10℃/h时可以获得具有较低孔隙率的复合材料且树脂体系中的填料能够更均匀的分布在复合材料中。     

基于锥形量热法的典型碳纤维/环氧复合材料燃烧特性

采用锥形量热仪实验研究环氧树脂基体、T300碳纤维/环氧复合材料及T300碳纤维/环氧-泡沫层合板(上下层为T300碳纤维/环氧复合材料,中间层为4mm厚的Divinycell H60泡沫芯材)在不同火灾环境下的燃烧性能。对比分析其点燃时间、热释放速率、总烟气释放量和CO生成速率等燃烧特性参数的变化规律。利用SEM测试T300碳纤维/环氧复合材料燃烧前、后表面形貌图像和环氧树脂基体和T300碳纤维/环氧复合材料燃烧形成炭层的形貌图像,分析碳纤维在碳纤维/环氧复合材料热解、燃烧过程中的影响作用。结果表明,随热辐射强度的增加,三种实验样品的平均点燃时间均缩短,热释放速率峰值和300s内热释放速率均值均增大,峰值出现时间提前,燃烧后残余率均降低。碳纤维对环氧树脂热解和燃烧起到抑制作用,其点燃、放热及达到热释放速率峰值的时间延后,T300碳纤维/环氧-泡沫层合板中泡沫芯材的燃点较低,使其平均点燃时间、热释放速率峰值出现时间及CO开始释放时间提前。T300碳纤维/环氧复合材料和T300碳纤维/环氧-泡沫层合板燃烧后均出现明显的分层现象,力学性能丧失,整体结构被破坏。碳纤维的存在能够有效抑制碳纤维/环氧复合材料的热解及燃烧,并能有效抑制在燃烧过程中产生融滴、喷溅和大量黑烟。     

复合材料用环氧树脂的韧化(五)增靱机理的探讨

本文工作研究了复合材料用环氧树脂的韧化。该体系由无规羧基丁腈橡胶,双酚A型环氧树脂,2-乙基-4-甲基咪唑组成。无规羧基丁腈橡胶对环氧树脂的增韧效果以及用增韧环氧树脂作基体材料对复合材料性能的影响已作报导[1,2,3]。本文报导无规羧基丁腈橡胶增韧环氧浇注体在应力下的形变特性及裂缝扩展特征。主要阐述橡胶增韧环氧浇注体受拉应力作用时,产生的两个形变过程——裂纹化与剪切变形,并根据双悬臂梁劈裂试件的断裂面形态,讨论了裂缝亚临界扩展区。     

热塑性树脂含量对CCF800H碳纤维环氧复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的影响

采用国产CCF800H高强中模碳纤维增强环氧制备了复合材料,研究不同热塑性树脂含量对复合材料张开(Ⅰ)型层间断裂韧度的影响,研究表明:随着热塑组分含量的提高,复合材料的裂纹起始应变能量释放率(GⅠC-init)与裂纹稳态扩展应变能量释放率(GⅠC-prop)都获得了大幅度提升,在增韧组分质量分数大于20%时,增韧聚芳醚酰亚胺粉体可在复合材料层间富集形成层间高韧区,并在复合材料层间形成了由"连续相"和"分散相"组成的层间增韧结构。     

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。     

水性上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响

以4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)为扩链剂, 将Triton X-100(TX-100)引入到双酚A二缩水甘油醚(DGEBA) 中, 设计合成水性碳纤维上浆剂(DGEBA-MDI-TX-100), 并利用合成的水性上浆剂对碳纤维表面进行改性。在此基础上, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维/环氧树脂复合材料, 研究了水性上浆剂改性碳纤维对碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响。结果表明:与未经处理的碳纤维相比, 经过上浆剂改性后的碳纤维润湿性能得到了较大的提高, 与环氧树脂的接触角下降了 9.1%;与环氧树脂复合后制备的复合材料的界面剪切强度提高了64.7%。      

有机复合绝缘子用耐酸性拉挤电绝缘芯棒

采用丙烯酸改性酚醛环氧树脂,并对以此树脂为基体,以DDSA为增韧剂研制成功一种耐酸性玻璃钢拉挤电绝缘芯棒用树脂基体配方。应用DSC、TGA和FT-IR等分析技术对该改性树脂基体的固化反应进行了研究,对其浇铸体以及玻璃纤维增强的拉挤芯棒的耐酸性、耐热性等性能也进行了研究。结果表明:该树脂基体满足拉挤工艺要求,用此树脂基体制得的玻璃钢拉挤芯棒具有优异的耐酸性以及良好的机电热性能。     

The effect of thermoplastic coating on the mechanical properties of woven fabric carbon/epoxy composites

The effect of a polyetherimide (PEI) coating on the mechanical properties of woven fabric carbon/epoxy composites was investigated by thermal mechanical analysis, fractographical analysis and mechanical properties measurements. PEI coating enhanced the mechanical properties of carbon/epoxy composites mainly through the improvement of matrix properties. This was because most of the PEI coated on the carbon fiber diffused into the bulk of epoxy matrix due to its good miscibility with epoxy resin. As for mechanical properties of woven fabric carbon/epoxy composites, the extent of improvement by PEI coating highly depended on the applied stress state. Among the mechanical properties, mode II delamination resistance of carbon/epoxy composites showed the highest increment because matrix shear property played an important role in delamination resistance of woven fabric carbon/epoxy composite. Because of the woven geometry of carbon fiber, the improvement in impact property of carbon/epoxy composite was trivial except the large amount of PEI coated case.     

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。     

尼龙无纺布结构化增韧层增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热力学性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160-PNF/3266)复合材料,研究了U3160-PNF/3266复合材料的面内力学性能及湿热老化后的力学性能变化,并分析了复合材料湿热老化前后的层间形貌。结果表明:PNF增韧层的引入并未导致复合材料面内力学性能的下降,与未增韧的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160/3266)复合材料相比,增韧复合材料U3160-PNF/3266的90°拉伸性能有所提高。而湿热老化处理对U3160-PNF/3266复合材料的基体和界面性能影响相对明显,尤其是尼龙纤维与树脂基体之间的界面结合性能,湿热老化处理后增韧复合材料的90°压缩和层间剪切性能保持率均明显低于未增韧复合材料的。     

Development of a carbonization-in-nitrogen method for measuring the fiber content of carbon fiber reinforced thermoset composites

Carbon fiber reinforced thermoset composites such as carbon fiber epoxy composites are widely used in aircraft and aerospace, and are being increasingly used in automotive applications because of their lightweight characteristics, high specific strength, and stiffness. The carbon fiber content in the composite plays a critical role in enhancing structural performance. The carbon fibers contribute to the strength and stiffness; therefore, the mechanical properties of the composite are greatly influenced by the carbon fiber content. Measurement of carbon fiber content is essential for product quality control and process optimization. In this work, a novel carbonization-in-nitrogen (CIN) method is developed to characterize the fiber content in carbon fiber thermoset composites. A carbon fiber composite sample is carbonized in a nitrogen environment at elevated temperatures, alongside a neat resin sample. The carbon fibers are protected from oxidization while the resin (the neat resin and the resin matrix in the composite sample) is carbonized under nitrogen environment. The neat resin sample is used to calibrate the resin carbonization rate and calculate the amount of the resin matrix in the composite sample. The new method has been validated on several thermoset resin systems, and found to yield accurate estimation of fiber content in carbon fiber thermoset composites.