GF/VE复合材料的等温固化动力学模型

采用DSC差示扫描量热分析仪研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料等温固化过程及升温后固化过程,建立了新的自催化模型来模拟其等温固化过程。结果表明,新建的模型很好地模拟了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料等温固化过程,尤其适合于复合材料的高温固化过程模拟。     

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.     

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料的增韧

聚合物基复合材料的增韧一直是高分子材料领域研究的热点之一．文中从乙烯基酯树脂基体增韧、乙烯基酯树脂／玻璃纤堆界面改性及增强材料结构和形式的优化三个方面对玻璃纤堆增强乙蜂基酯树脂复合材料的增韧进行了综述,介绍了各种增韧方法的机理和增韧效果,对这些增韧方法进行了评述．并分析了今后的发展方向．     

树脂基复合材料界面及界面表征

在树脂基体和成型工艺一定的条件下，碳纤维表面及表面涂层的性质在很大程度上决定了复合材料界面的性质，通过对ＣＦ表面进行性改及改变ＣＦ表面涂层的性质，可优化界面，最大限度发挥界面的特性，有用了界面微脱粘仪及透射电镜照片伪彩色处理对界面进行直观表征。     

超声波实时监测乙烯基酯树脂固化反应过程

采用超声波纵波透射法对乙烯基酯树脂固化反应过程进行了实时在线监测,准确测量了超声波在树脂体系中的传播速度及振幅衰减,研究了不同厚度树脂的固化反应过程及其储能模量和固化度的变化。实验显示,随着固化反应进行,超声波声速增加,振幅衰减先增大后降低。超声波声速变化与固化过程中体系力学性能的变化有关,通过声速与振幅衰减能实时获取体系的储能模量、凝胶时间及固化度。结果表明,超声波技术能够实时监测树脂体系的固化过程和性能变化,对树脂类复合材料的制备工艺和性能研究有重要的指导作用。     

炭纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料电子束固化的初步研究

以双马来酰亚胺树脂体系为基体制备成复合材料,对炭纤维单向层压板进行电了束辐射固化,并对其玻璃化温度及力学性能进行了测试。玻璃化温度为２６３．２℃,拉伸模量为１２８ＧＰａ,弯曲模量为１０３．３ＧＰａ,拉伸强度为１１８４ＭＰａ。     

曲率参数对纤维增强树脂基复合材料构件固化压实的影响

根据有效应力准则和达西定律,结合曲线坐标系,构建了曲面复合材料构件固化过程中的树脂流动和纤维压实控制方程;建立了基于AS4/3501-6纤维树脂体系的层合板仿真模型,并将分析结果与实验数据对比,验证了模型的有效性;研究了曲率参数对复合材料构件非等温固化压实的影响规律,比较和分析了曲率参数与厚度和压力参数耦合作用下对树脂流动行为的影响机制。结果表明:构件曲率参数会对树脂分布产生一定影响,曲率越大,树脂分布的非均匀性越大;曲率参数的作用表达受到厚度与压力参数的影响,当厚度与压力较小时,对曲率的影响不明显。      

电子束固化树脂基复合材料中碳纤维表面改性研究

利用阳极氧化方法和偶联剂对碳纤维表面的物理和化学性质进行改性，采用原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）分析了碳纤维表面改性前后的形貌和化学成分的变化，利用Keaelble法计算了碳纤维的表面能。研究结果表明，阳极氧化改性的碳纤维表面粗糙度增加，表面活性；表面活性官能闭增多，表面能中极性成分增加明显，碳纤维表面引入的活性氮和化学吸附的碱性物质使电子束固化复合材料界面处的引发剂中毒，复合材料界面性能减弱，与电子束固化工艺相匹配的偶联剂在碳纤维与树脂基体之间形成化学桥，使电子束固化复合材料界面性能得到明显提高。     

树脂基复合材料制件微波固化数值模拟

以T800碳纤维/X850环氧树脂复合材料T型制件为结合对象,利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了反映复合材料制件单馈口谐振腔体微波固化的有限元仿真模型,研究了微波腔体和制件内部的电磁场、温度场、固化度场的分布规律及其与微波输入功率的映射关系。结果表明：在微波腔体内和制件内存在相反的电场强度分布,在复合材料制件内,远离微波馈入端口的区域的电场强度要高于近馈入端口区域,且在制件棱角区域,电场强度存在较强的尖端效应;随微波输入功率增加,微波腔体及制件内部的电场强度均随之增加,制件内电场强度最大值出现在上、下表面,且下表面温度明显较上表面高;提高微波输入功率会导致制件升温过快,进而诱发温度及固化度梯度。在升温中后期的制件厚度方向,温度和固化度梯度较明显。本文推荐微波输入功率应控制在500 W以内。     

提高碳纤维增强树脂基复合材料弹性常数超声表征精度的方法

为提高碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP）单向板弹性常数的超声表征精度,基于超声液浸背反射法开展了实验测量和数值模拟。首先,搭建了角度旋转测试装置,并结合信号互相关处理技术实现了不同方向上的延时测量和声速计算;然后,通过模拟退火优化算法反演声速数据,得到了5个独立弹性常数;最后,利用理论计算和CIVA软件模拟仿真对实验测量结果进行了验证。结果表明:1-3平面内准纵波和准横波声速随入射角度而变化,与1-2平面内的表现出明显差异,由此显示材料为横观各向同性的;独立弹性常数分别为12.88、6.39、126.83、4.85、2.97 GPa;理论计算、CIVA软件模拟仿真及实验测量结果的声速偏差小于6.4 m/s,实验数据波动范围小于0.33%,对应的弹性常数误差均小于0.47%。相关方法同样适用于其他正交各向异性介质的弹性常数测试。      

多轴向玻璃纤维增强树脂基复合材料的破坏特性和损伤机制

通过对玻纤增强环氧乙烯基酯树脂(GF/EVE)和玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂(GF/UP)复合材料的多轴向铺层设计试件进行低速冲击、弯曲和剪切破坏性力学试验,分析了不同铺层方式的GF/EVE和GF/UP复合材料冲击、弯曲和剪切载荷作用下产生的损伤及失效模式。结果表明:在铺层设计与工艺相同的情况下,CF/EVE的弯曲强度、冲击韧性均优于CF/UP;[0,90]6试件冲击能量吸收性能优于其他五种铺层方式;铺设角设计、树脂基体类型、铺层厚度对层合板剪切力学性能的影响较小。并基于SEM与超声C扫描成像检测(C-SAM)对复合材料的微观界面脱粘机制及损伤演化行为进行阐释。     

碳纤维复合材料界面结构的形貌与尺寸的表征

为了准确测定碳纤维增强树脂基复合材料界面结构的形貌和尺寸, 本文中介绍了一种原位纳米力学动态模量成像技术, 并采用该方法对碳纤维增强热固性树脂基复合材料进行了测试, 对该技术在界面结构测试上的参数设置、 数据处理方法以及适用性等方面进行了分析。研究表明, 该方法的横向分辨率可以达到纳米尺度, 适于测量界面尺寸在纳米级别的碳纤维复合材料界面形貌与尺寸。对于碳纤维/环氧树脂和碳纤维/双马树脂体系, 界面区的储能模量呈梯度变化, 根据储能模量成像图的统计分析可得到界面的形貌和厚度。所得界面平均厚度在100nm左右, 横截面上界面形貌呈不均匀的“河流状”, 并与碳纤维表面形貌相似。      

Deformation of laminated epoxy composites reinforced with high-strength fibers

We study the elastic deformation behavior of laminated epoxy composites reinforced with unidirectional carbon fibers and satin-woven glass fabric. The efficiency of various experimental procedures of determination of averaged elastic characteristics of laminates is analyzed. The effect of decreasing the test temperature to 77 K on the mechanical behavior of the above-mentioned materials is studied. The possibility of predicting stiffness and compliance parameters of unidirectional or satin-woven fabric composites is discussed. __________ Translated from Problemy Prochnosti, No. 1, pp. 41–57, January–February, 2006.     

热塑性酚醛树脂对碳纤维环氧树脂基复合材料性能的影响

利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和三点短梁法对添加不同含量的热塑性酚醛树脂(PF)的复合材料体系改性效果进行了研究,考察了不同含量的酚醛树脂对固化体系力学性能及热性能的影响.结果表明,随着酚醛树脂含量的增加,碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)的弯曲强度和弯曲弹性模量呈递减趋势;层间剪切强度(ILSS)呈现先增加后减小的趋势,当酚醛树脂的含量为20%时,层间剪切强度达到111.31MPa,提高约7%;热稳定性较其它含量时高,复合材料体系的综合性能最好.     

短玻纤增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制备及性能

以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及短玻璃纤维(SGF)为原料, 以苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)和环氧树脂(EP)为界面相容剂, 制备了SGF/SMA-EP-ABS复合材料。用扫描电镜(SEM)、 动态力学热分析(DMTA)等研究了界面相容剂对SGF增强ABS复合材料力学性能及界面粘结性能的影响。结果表明:加入SMA或EP, SGF增强ABS复合材料的力学性能明显提高; SMA与EP同时加入具有明显的协同效果, 使复合材料的性能更为优越。当SGF加入质量分数为30%时, SGF/SMA-EP-ABS复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 冲击强度较未添加界面相容剂时分别提高了56%、 42%、 79%。SEM和DMTA测试表明, 加入SMA和环氧树脂后, SGF与ABS基体之间的界面粘结性能得到很大改善。      

连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的界面性能

用SEM观察了复合材料的微观断面结构,用横向拉伸强度和层间剪切强度表征玻璃纤维(GF)、T700碳纤维(CF)、芳纶纤维(F-12)增强PPESK树脂基复合材料的界面性能,研究了界面性能对三种复合材料耐湿热性能的影响.结果表明,T700/PPESK和F-12/PPESK复合材料的界面粘接性能均优于GF/PPESK复合体系.三种纤维复合材料的破坏机理不同:玻璃纤维发生纤维与树脂的界面脱粘破坏,碳纤维复合材料在破坏时,树脂与纤维并没有完全脱粘,破坏发生在树脂内;而芳纶纤维复合材料的破坏总伴随着纤维本身横向的撕裂破坏.三种复合材料体系均具有较低的吸湿率和良好的耐湿热性能,T700/PPESK复合材料在湿热条件下的性能保持率最高.     

基于相移光纤光栅传感器的碳纤维增强树脂复合材料基体裂纹超声探伤

复合材料内部的微小裂纹常会引起后续严重的破坏,因此需要对其进行检测。然而超声探伤复合材料基体裂纹非常困难。本文搭建了一个具有高灵敏度、大带宽的相移光纤光栅超声传感系统,利用此系统探测了在正交铺层碳纤维增强树脂复合材料板中传播的Lamb波。对Lamb波进行数据处理发现,随着三点弯曲实验产生的基体裂纹个数增加,Lamb波的幅值和频谱峰值线性减少。通过和传统压电传感器比较表明,相移光纤光栅传感器测得的Lamb波信号随复合材料基体裂纹数的增加其幅值具有更高的下降速率,表明相移光纤光栅传感器更适合于复合材料基体裂纹的超声探伤。研究表明,新开发的传感系统能够探测到中心频率为300 kHz的微弱超声信号,并能够对碳纤维增强树脂复合材料板中微小基体裂纹个数进行精确评估。      

羟基硅油改性酚醛树脂基碳纤维复合材料特性研究

利用FT-IR、SEM、拉伸试验等测试方法分析了羟基硅油改性酚醛树脂基碳纤维复合材料机理，并对羟基硅油改性酚醛树脂基碳纤维复合材料特性进行了研究。实验结果表明：羟基硅油能有效改善界面结合状态，提高酚醛树脂基碳纤维复合材料的拉伸强度，为合理调整原料配比，控制生产工艺参数，获得综合性能优异的复合材料奠定了基础。     

碳纤维水泥基材料电阻的非线性研究

研究了碳纤维水泥基材料(CFRC) 非线性电阻的伏安特性,并着重讨论了不同的碳纤维掺量和温度对CFRC材料电压-电阻关系的影响.结果表明:在较小外加电压下(＜2V)CFRC材料的电压-电阻曲线会出现明显的平台区,随着电压的进一步增大,其电阻逐渐降低呈现非线性特性.相同纤维掺量的水泥基材料随温度的升高其电压-电阻曲线下降斜率基本保持不变,但初始电阻值下降;而在温度保持不变时,随碳纤维掺量的增加,电阻随电压下降的趋势逐渐减缓.