湿法缠绕成型T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料力学性能研究

研究了湿法缠绕成型的T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环及单向板力学性能。测试了树脂配方的粘度-温度特性,T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环的拉伸及剪切性能,采用SEM对NOL环拉伸试样破坏形貌进行了观察。测试了T700碳纤维/氰酸酯树脂单向板复合材料的常温拉伸性能、弯曲性能、层间剪切性能和高温弯曲性能。结果表明,树脂配方在25℃下的粘度为800 cps,可以直接在室温条件下用于复合材料湿法缠绕成型,并具有充分的使用期。NOL环的拉伸强度为2220 MPa,剪切强度为56. 8 MPa,树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维氰酸酯树脂单向板复合材料的高温力学性能优异,200℃下弯曲强度保留率高达60. 4%,250℃下弯曲强度保留率高达45. 0%。     

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。     

碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体

设计了一系列针对碳纤维湿法缠绕的环氧树脂基体,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,研究了树脂基体对碳纤维复合材料界面性能的影响.试验结果表明,对韧性树脂体系,树脂基体的模量是发挥纤维强度的关键因素,模量的提升将大幅提高复合材料的综合性能.经复配和优化的树脂体系兼具高模量和高韧性,其T700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2480MPa,T800碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2780MPa,玻璃化温度(Tg)超过200℃,具有优异的界面性能和耐热性能.     

CEg基体及其纤维缠绕复合材料耐热性能研究

针对纤维缠绕的特点，对氰酸酯（CE）树脂进行了改性（改性后的氰酸酯树脂称为CEg基体），改性的目的是不仅使CE树脂适合纤维缠绕工艺，而且不降低纯CE树脂及其复合材料的耐热性能。通过实验摸索出适合纤维缠绕工艺的CEg基体配方及其工艺参数、固化参数。用SEM（扫描电镜）研究了T700／CE以及T700／CEg复合材料的剪切断口形貌；用TG／DTA研究了氰酸酯树脂改性前、后的复合材料热分解温度；用DSC研究了CE和CEg基体的玻璃化温度。研究结果表明：CEg基体最显著的特点是不仅使纤维缠绕工艺和固化工艺简单易行，而且不降低纯氰酸酯树脂及其复合材料的耐热性能。改性后的氰酸酯树脂可以充分发挥氰酸酯树脂的耐高温优势，这是本研究的特点，达到了预期的效果。     

两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能

分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及接触角测量仪分析了国产MT700C碳纤维和东丽T700SC两种碳纤维的表面微结构、表面化学特性以及与树脂的浸润性,并对其环氧树脂复合材料MT700C/603和T700SC/603在干态和湿态下的界面性能进行了研究。结果表明,MT700C碳纤维表面O/C比和活性碳原子含量比T700SC碳纤维高,并且表面具有明显的沟槽,因此MT700C与树脂的浸润性好于T700SC碳纤维,可以与603树脂形成具有良好界面粘结的MT700C/603复合材料。在室温干态条件下,MT700C/603复合材料的层间剪切强度(ILSS)大于T700SC/603复合材料。但是在湿热老化环境中,T700SC/603复合材料最终的剪切强度保留率大于MT700C/603复合材料。     

石英纤维增强聚三唑树脂复合材料性能研究

本文研究了石英纤维增强的聚三唑树脂复合材料的固化行为、热性能、介电性能及力学性能。复合材料能够在80℃下固化成型,经过120℃/2h+150℃/2h+180℃/2h+200℃/2h+250℃/2h后处理,固化完全,玻璃化转变温度T g高达230℃,介电常数为3.8。力学性能随后处理温度升高而上升,至250℃时,弯曲强度和层间剪切强度分别为795MPa和61MPa,180℃时弯曲强度保留率达到59%。     

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

电子束固化碳纤维缠绕复合材料性能研究

结合压力容器缠绕成型工艺,研究了电子束固化树脂体系的工艺性能、固化参数及力、热性能;在国内首次采用电子束固化技术制备了T700碳纤维复合材料压力容器并通过水压试验验证。试验结果表明:电子束固化环氧体系(EB-1)具有较好的工艺性能和力学性能,耐热性能优良,达到191. 4℃;采用电子束固化工艺制备的T700碳纤维/EB-1复合材料NOL环的拉伸强度为2020 MPa,层间剪切强度为68. 9 MPa;制备的150 mm压力容器的特性系数PV/Wc为44 km,达到了目前同类热固化复合材料的水平,固化周期仅为热固化复合材料的1/15。     

芳纶Ⅲ纤维湿法缠绕工艺研究

在综合考虑力学性能、耐热性能、浸润性能以及工艺性能的基础上,研制了一种适用于芳纶Ⅲ纤维湿法缠绕的基体配方。实验结果表明,该配方35℃下的初始黏度低(430mPa·s),适用期长(≥8h),完全满足湿法缠绕要求。配方浇铸体拉伸强度、延伸率和弯曲强度分别为88.8MPa、3.23%和142.8MPa,马丁耐热温度为155.1℃,玻璃化转变温度为171.5℃。用其制备的芳纶Ⅲ纤维复合材料NOL环层间剪切强度、拉伸强度和模量分别达51.3MPa、2102MPa和96.1GPa,Φ150mm容器的容器特性系数平均值和纤维强度转化率平均值分别为34.8km和68.9%,均可达到干法缠绕成型的芳纶Ⅲ/R04复合材料性能水平。     

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。     

改性氰酸酯纤维缠绕工艺研究

本文采用环氧树脂改性氰酸酯树脂,研究出适用于纤维湿法缠绕的低粘度并具有较高耐热性能的改性树脂体系。通过试验研究确定了树脂体系的纤维湿法缠绕工艺,对改性树脂与碳纤维复合材料的力学性能进行了研究,并进行了标准容器爆破试验。研究结果表明：改性氰酸酯树脂体系的粘度小（420mPa·S,25℃）,并具有较长使用期（30小时以上）,完全适用于湿法缠绕工艺。使用改性氰酸酯体系缠绕的标准容器,其纤维方向复合材料性能相当于环氧树脂体系缠绕的容器,并且具有较高的玻璃化转变温度（Tg=232℃）,与现有的环氧树脂体系相比,玻璃化转变温度提高了30％～40％。     

复合材料耐低温耐腐蚀性能研究（Ⅱ）

研制了一种耐低温耐腐蚀树脂基复合材料,记为S2／EpD。S／EpD复合材料采用自制环氧配方,以高强玻璃纤维（S2）为增强材料,通过湿法纤维缠绕成型制作复合材料单向板。S2／Ep。单向板在-40℃的两种氟碳化合物（Fa、Fb）里分别浸泡1000h后,其单向板复合材料层间剪切强度及复合材料外观无显著变化。S2／EpD复合材料单向板在Fa、Fb氟碳化合物里浸泡1000h后,层间剪切强度保持率分别为92．5％和92．8％。     

热处理温度对PBO纤维性能的影响

PBO纤维因其具有高强度、高模量、高耐热性以及高化学稳定性等性能而被公认为目前综合性能最好的有机纤维。对自制的初生PBO纤维分别在500℃、550℃、600℃、650℃和700℃进行高温热处理,并对处理后纤维的力学性能、耐热性能、表面形貌以及界面性能进行测试。结果表明,500℃下热处理后PBO纤维拉伸强度最大为4.72GPa,随着热处理温度升高,纤维的力学性能下降;600℃下热处理后PBO纤维的初始分解温度最高为641.3℃;随着热处理温度的提高,PBO纤维的表面粗糙度在增加,同时其界面剪切强度(IFSS)也随着温度的升高而增大。     

复合材料耐低温耐腐蚀性能研究（I）

研制了一种耐低温耐腐蚀树脂基复合材料,记为S2／EpD。该材料在低温-40℃的两种氟碳化合物（记为Fa、Fb）里分别浸泡1000h后,其层间剪切强度保持率均大于85％,且复合材料外观无显著变化。S2／EpD复合材料单向环在Fa氟碳化合物里浸泡1000h后,层间剪切强度保持率为86．4％;在Fb氟碳化合物里浸泡1000h后,层间剪切强度保持率为90．3％。S2／EpD复合材料采用自制环影酸酐配方,以高强玻璃纤维（S2）为增强材料,通过湿法纤维缠绕成型制作。     

绝缘制品用低成本树脂体系研究

本文研究开发出一种适用于纤维湿法缠绕并具有较好耐热性能的绝缘制品用低成本树脂体系。通过玻璃化转变温度、DSC分析方法研究了树脂体系的固化性能、热性能。通过试验摸索出了树脂体系的纤维湿法缠绕工艺,对树脂体系的介电性能、力学性能进行了研究,并对树脂体系与玻璃纤维复合的界面性能、力学性能进行了研究。本文研究的树脂体系具有良好的工艺性能、耐热性能、绝缘性能和机械性能,可以满足绝缘材料应用的需要。     

耐热输送带的研制

以SBR为耐热输送带盖胶层主体材料,秋兰姆类、噻唑类、次磺酰胺类配合使用作硫化体系．中超、通用炭黑为补强体系,研制了耐热输送带。结果表明：加入TT（2份）、NOBs（1．5份）、N220＋N660（25份＋25份）．可大大提高SBR的耐热性能及热老化性能保持率．且生产工艺简单．方便实用;选用聚酯帆布为输送带骨架材料,使用证明,耐热带可在物料温度为200～300℃环境中使用。     

Promoting the adhesion of high‐performance polymer fibers using functional plasma polymer coatings

Plasma‐copolymerized functional coatings of acrylic acid and 1,7‐octadiene were deposited onto high strength, high modulus, poly‐p‐phenylene benzobisoxazole (PBO) fibers. X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) with trifluoroethanol derivatization confirmed that the PBO fibers were covered completely with the plasma copolymer and that the coating contained a quantitative concentration of carboxylic acid groups. Microdebond single filament adhesion and interlaminar shear strength (ILSS) tests were used to evaluate the interfacial strength of epoxy resin composites containing these functionalized PBO fibers. Both the interfacial shear strength (IFSS) obtained from single filament tests, and the ILSS of high volume fraction composites were a function of the surface functionality of the fibers so that there was a good correlation between ILSS and IFSS data. The tensile strengths of single fibers with or without coating were comparable, demonstrating that the fiber surface was not damaged in the plasma‐coating procedure. Indeed, the statistical analysis showed that Weibull modulus was increased. Therefore, plasma‐polymerized coatings can be used to control the interfacial bond between PBO fibers and matrix resins and act as a protective size for preserving the mechanical properties of the fibers. POLYM. COMPOS., 2009. © 2008 Society of Plastics Engineers     

高温老化对碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料力学性能的影响研究

本文对国产碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料进行了高温老化力学性能测试和分析,通过扫描电子显微镜分析了高温老化对碳纤维／双马复合材料力学性能的影响。结果表明,老化1000h的力学性能未出现明显下降趋势,纤维与树脂基体粘接牢固,界面完好,该复合材料的高温老化性能优异。     

活性碳纳米管对T700 CF/环氧树脂复合材料性能影响

本文通过对多壁碳纳米管进行酸化、酰氯化和氨基化处理,然后与活性稀释剂进行预反应,制备出了一种具有反应活性的碳纳米管。将0.5wt%的活性碳纳米管分散到环氧树脂中,通过湿法缠绕工艺制备出T700碳纤维/环氧树脂多尺度复合材料NOL环。实验结果表明,活性碳纳米管的加入能够显著降低树脂的表面能而对黏度影响不大;同时复合材料NOL环的拉伸强度、模量、断裂伸长率和层间剪切强度分别提高了8.9%、12.2%、1.8%和17.0%;树脂与纤维的界面黏结得到明显改善;复合材料玻璃化转变温度提高了16℃。     

Effect of various methods of pre-treatment of carbon fibers on the mechanical properties of PIP-based ceramics/carbon composites

The purpose of the work was to determine the conditions of CF preparation to obtain carbide composites with favorable mechanical response. The relationships between the interfacial properties of fiber/polymethylsiloxane composite, and mechanical properties of the resulting fiber/carbide composites were investigated. The CF/resin interfacial strength was modified by oxidation of CF surface with nitric acid, silanization, and depositing CNT or a pyrolytic carbon layer (PyC). The study of composite interphases (ILSS and SEM) and surface tests of the modified CF (XPS, FT-IR, wettability measurements) showed different nature of the bonding occurring at the fiber/resin and fiber/ceramics boundary. The CF silanization significantly improved the ILSS between CFs and resin by 38.5%, while reduced flexural properties of carbide composites. The most promising treatment method of CF for PIP-based ceramic composites was modification with PyC, which provided 2 times higher ILSS, 1.5 times higher flexural strength and improved work to fracture (WF) as compared to unmodified CF.