混杂短纤维增强聚苯硫醚复合材料的老化研究Ⅰ.破坏行为研究

本文研究了经80℃热水老化4000小时和加速气候老化1200小时的短碳纤维与玻璃纤维混杂增强聚苯硫醚复合材料的力学性能变化,并对复合材料中的纤维长度分布进行了统计。研究表明,纤维长度减小主要发生在挤出造粒阶段,而且大多数纤维的长度小于临界长度。混杂纤维增强的聚苯硫醚复合材料的拉伸强度和弯曲强度与混杂纤维比例基本上是线性关系,而冲击强度与混杂纤维比的曲线呈现下凹的趋势。加速气候老化对PPS损害较热水老化明显。老化后的复合材料力学性能保留率与老化方式和纤维种类有关。弯曲性能受老化影响较小,而拉伸性能受影响较显著。热水老化对玻璃纤维含量高的复合材料影响较显著。     

PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料内耗行为的研究

本工作利用内耗测量方法研究了PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料的相容性以及多重转变和松弛行为,结果表明:(1)PPS与PES存在分子运动水平上的相互作用,共混组份比是决定其相互作用程度的重要因素;(2)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料中的PES相的β转变与松弛的时间存在较宽的连续分布,其分布宽度随共混组份比变化而变化,当PES相对含量为80%时,松弛时间分布宽度出现最大值;(3)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料处于热力学亚稳态,热处理增大了PPS与PES的相分离程度,减弱了它们之间的相互作用;(4)低温区热历史对PPS玻璃化转变有较大影响,内耗峰高及峰温随起始测量温度的升高而下降。     

混杂短纤维增强尼龙1010的热水老化

本文研究了经80℃热水老化2600小时的短碳纤维和玻璃纤维混杂增强尼龙1010复合材料的性能与结构变化,并对复合材料中的纤维长度分布进行了统计.研究表明,纤维长度减小主要发生在挤出造粒阶段.碳纤维与玻璃纤维的长度分布差异不大.混杂增强的尼龙1010复合材料在许多力学性能和摩擦磨损行为上表现出正的“混杂效应”.热水老化后仍然存在这种情况.热水老化使尼龙1010的分子量降解,降解率随玻璃纤维含量增加而增大.老化使尼龙1010晶粒增大,但并无形成球晶.热水老化后复合材料的力学性能保留率随玻璃纤维含量增加而下降.热水老化使玻璃纤维与尼龙1010之间的界面粘结受到严重破坏,界面剪切强度严重下降.碳纤维与尼龙的界面粘结所受的破坏轻一些.     

老化环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料性能的影响

不同老化环境(湿热、热水、热氧)对复合材料的性能有着重要的影响.文中分析了同一温度不同老化环境下T 800碳纤维/环氧树脂基复合材料的吸湿(湿热、热水)和失重(热氧)特性,并对比了老化前后的表面形貌、物理化学特性、动态力学性能及层间剪切性能.结果表明,在相同温度下,热氧环境下的失重率要大于湿热和热水环境下的吸湿率;随着...     

碳纤维高温退浆处理对聚酰亚胺复合材料热老化的影响

分别从复合材料热氧化失重、表面和微观形貌、力学性能和玻璃化转变温度等方面，对比研究了碳纤维退浆和未退浆两种状态的聚酰亚胺复合材料在330℃下热老化过程中的性能变化规律及机理。结果表明：碳纤维退浆可以降低聚酰亚胺复合材料的热氧化失重率。碳纤维未退浆的复合材料由于界面层含耐温性低的环氧上浆剂，在热老化过程中界面容易破坏，导致裂纹较多，边缘纤维较快发生脱离。未退浆的复合材料虽然在老化前具有较高的层间剪切强度，但在热老化前期降低较快，退浆的复合材料在200 h老化后层间剪切强度反而更高。两种复合材料老化前的弯曲强度基本相当，但未退浆的复合材料在老化前期弯曲强度下降较快；退浆对弯曲模量影响不大。退浆后的复合材料玻璃化转变温度提高了15℃左右；经热老化后，未退浆的复合材料玻璃化转变温度略有提高，而退浆的复合材料基本不变。因此，对碳纤维进行高温退浆处理有利于提高聚酰亚胺复合材料在高温下长期使用的稳定性。     

还原氧化石墨烯改性碳纤维/聚苯硫醚复合材料层间性能及微观形貌

采用粉末叠层方法和热压工艺制备了还原氧化石墨烯改性碳纤维/聚苯硫醚(RGO-CF/PPS)复合材料,考察了复合材料在室温干态和湿热处理两种条件下的层间剪切性能和微观形貌及RGO对复合材料界面性能的影响。结果表明,室温干态0.1%RGO-CF/PPS的层间剪切强度(ILSS)比CF/PPS的提高了18.4%;湿热处理后RGO-CF/PPS的ILSS发生了下降,且湿热处理RGO-CF/PPS的ILSS强度保持率均低于CF/PPS;复合材料的动态热机械行为结果表明,RGO有助于改善复合材料的界面黏结性能;微观形貌分析表明RGO使复合材料中裂纹更易发生偏转从而提高室温干态复合材料的ILSS。     

碳纤维增强树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为

选取两种先进轻质复合材料:碳纤维增强酚醛树脂复合材料(CF/S-157)与碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/TDE-85),开展模拟海洋环境实验室盐雾老化、湿热老化和盐水浸泡环境长达9600 h加速试验.基于各种力学性能(拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度)开展材料老化行为规律研究,利用傅立叶变换衰减全反射红外...     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响

采用拉挤成型工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其进行人工加速紫外老化实验,对不同老化时间的试样进行弯曲强度测试、冲击强度测试、动态热机械分析(DMA)。结果表明,紫外老化仅影响到受紫外辐射的碳纤维环氧复合材料最外层,使对外层性能敏感的力学性能下降;紫外老化使复合材料玻璃化转变温度(Tg)提高,老化前期提高幅度相对较大,后期变化不明显;随着老化时间的增加,受到紫外辐射的最外层碳纤维/环氧树脂界面受到一定程度削弱。     

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯加速老化与自然老化的相关性

选取我国典型气候条件下的万宁和拉萨这两个试验站,进行玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯3年的自然环境老化试验;同时在实验室环境下进行了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的湿热老化、热空气老化、光老化和高温浸水人工加速老化试验。测试老化后玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度等力学性能,研究了玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯在自然和实验室环境下的老化规律。用灰色理论中的灰色关联分析法计算了自然环境老化试验与人工加速老化试验的相关性。结果表明：以压缩强度为性能指标时,试验室加速光老化试验与自然环境老化试验的相关性最大,关联度达到了0.75左右。计算得到了加速光老化对拉萨和万宁自然老化的加速因子（AF）和加速转换因子（ASF）,两地的ASF最终分别稳定在5.28和7.25。     

PPS/PP共混海岛超细纤维的制备及结构性能研究

以聚苯硫醚(PPS)和聚丙烯(PP)为原料,采用熔融共混纺丝法制备PPS/PP共混海岛纤维,经二甲苯溶除剥离基体相PP可制得PPS超细纤维。利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)及红外分光谱测试仪(FT-IR),研究了PPS/PP共混组成比和牵伸比对纤维的结构及性能的影响。结果表明:PPS/PP共混组成比从30/70增加至60/40时,PPS超细纤维平均直径从228 nm增至408 nm;当PPS/PP共混组成比大于60/40时,开始出现相转变现象;PP的加入提高了PPS的结晶能力,随着PPS/PP共混组成比增大,纤维线密度逐渐变大,共混纤维中PPS组分的结晶度变小,纤维力学性能降低;提高牵伸倍数,纤维线密度变小,断裂强度增强,共混纤维中PPS组分的结晶度升高,纺速在280~350 m/min之间时,共混纤维可在2.0~3.0倍下进行牵伸;共混纺丝制得的PPS超细纤维热稳定性有所下降,但并不影响PPS高温使用性能。     

原位红外研究SBS接枝前后的热氧化过程

采用原位红外对比研究了热塑性弹性体苯乙烯 -丁二烯 -苯乙烯 (SBS)、马来酸酐接枝 SBS(SBS- g-MAH)、聚丁二烯 (PB)和聚苯乙烯 (PS)的热氧化过程。研究表明 ,接枝产物对双键的保护作用使得 SBS-g- MAH的抗热氧化性比纯 SBS明显提高 ,热氧化速率变慢 ;SBS中 PB段的双键和烯丙位同时氧化 ;PB的热氧老化机理和 SBS一样 ,但 PB的起始热氧化温度比 SBS低 ,热氧化速率比 SBS快 ,说明苯乙烯段有抑制氧气向丁二烯段扩散的作用 ;SBS中 PS段未氧化。研究结果表明材料抗热氧化性能的顺序为 :PS>SBS- g- MAH>SBS>PB     

CuO纳米线在碳纤维上的制备与表征

通过热氧化镀铜碳纤维,在碳纤维上制备了CuO纳米线。利用热重分析研究了镀铜碳纤维的热氧化过程。通过扫描电子显微镜、X射线衍射以及透射电子显微镜研究了退火温度、时间以及碳纤维对CuO纳米线生长的影响。结果表明,所制备的CuO纳米线为单斜型单晶结构,在碳纤维上制备CuO纳米线的最佳条件为400℃退火2h。并讨论了CuO纳米线在碳纤维上的生长机理。     

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料界面性能研究

对PAN基碳纤维在线热氧化表面处理,分析了处理前后碳纤维的表面形貌,通过拉挤成型工艺制备出碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料。对拉挤复合材料的微观结构观察以及力学性能测试表明:碳纤维经表面处理后表面粗糙度增加,与乙烯基酯树脂的界面粘结性明显改善,复合材料的力学性能尤其是层间剪切强度得到显著提高。对不同界面性能的碳纤维复合材料进行动态热机械分析(DMTA),认为界面性能的改善可降低损耗模量,提高复合材料的耐疲劳性能。     

湿热环境对碳纤维增强聚苯硫醚层合板感应焊接接头性能的影响

以碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide, CF/PPS)复合材料层合板为研究对象,采用感应焊接方法对CF/PPS层板进行了焊接,重点研究了湿热环境对CF/PPS层板焊接接头性能的影响,实验结果表明:吸湿前后PPS树脂未发生化学变化;室温环境下,随着吸湿时间的增加,焊接接头剪切强度逐渐下降,与干态焊接接头相比分别降低了15%、18%、23%、32%和38%,不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处的湿应力不断增大,削弱了焊接接头界面的结合性能,影响了焊接接头的失效形式;120℃环境下,不同吸湿时间焊接接头剪切强度的下降率分别为12%、15%、22%、37%和44%,高温高湿使不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处热应力和湿应力增大,加剧了界面结合的损伤,界面脱粘成为焊接接头主要的失效形式。      

聚碳酸酯的吸水规律及其吸水试样表面缺陷分析

在40℃、60℃、80℃和100℃的热水环境中,分别对Bayer-PC、Japan-PC、Korea-PC三种聚碳酸酯透明板材进行了热水老化实验研究。在老化时间0~200 h内,共取样9次,研究了三种PC在热水老化过程中的吸水规律、不同热水老化条件对PC表面微观破坏形貌的影响,讨论了PC热水老化机理。结果表明:PC的含水量随着时间的延长而增大,最终趋于平衡;温度越高,平衡含水量越大;时间越长或温度越高,PC吸水试样表面的微缺陷越多;由于PC的水解,导致平衡含水量M_m和扩散系数D_x的理论估算值低于实验值。      

氧化钕改性树脂传递模塑聚酰亚胺树脂的热氧化稳定性

采用纳米氧化钕(Nd₂O₃)为热氧化稳定性的改性剂,利用机械共混方法制备了氧化钕改性的树脂传递模塑(RTM)聚酰亚胺低聚物,经375℃高温固化获得了改性RTM聚酰亚胺树脂,研究了氧化钕含量对RTM聚酰亚胺树脂的热氧化稳定性、工艺性能和力学性能的影响。结果表明,一定量氧化钕的加入能够显著提高RTM聚酰亚胺树脂的热氧化稳定性,随着氧化钕含量增加,热氧化稳定性和拉伸强度先升高后下降,当氧化钕填充含量为1%时,RTM聚酰亚胺树脂在350℃老化150 h的老化失重率降低幅度可达64%,拉伸强度则提高了42%,同时对流变性能影响较小,显示了良好的改性效果。     

聚合物基复合材料加速老化方法研究进展

概述了聚合物基复合材料加速老化研究方法的进展,从试验方法、老化机理等方面着重介绍了湿热老化、腐蚀侵蚀和人工气候老化,总结了高置信度、高可靠度评估复合材料工作寿命的方法,并展望了复合材料加速老化研究方法.     

热氧老化对三维编织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料力学性能的影响

研究了三维编织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料和层合碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料在200℃和250℃分别老化10、30、90、120和180天后的弯曲和剪切性能的变化。结果显示热氧环境下,纤维/双马来酰亚胺树脂基体界面性能随着老化时间的延长而显著下降,且编织复合材料老化后的弯曲和剪切性能保留率大于层合复合材料。这是由于编织复合材料中沿厚度方向的Z向纱将所有纱线捆绑为一个整体结构抵抗外力,且在热氧老化造成复合材料之间产生裂纹时,Z向纱的存在可以阻挡裂纹的扩展,减缓材料的老化速率。这说明与层合复合材料相比,编织复合材料的整体结构能够起到补偿由热氧老化导致的力学性能下降的作用。