碳纤维增强羟基磷灰石/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了碳纤维增强环氧树脂以及碳纤维增强羟基磷灰石(HA)/环氧树脂两种复合材料,并测试了其力学性能。结果表明,RTM工艺可以基本保证环氧基体均匀浸入碳纤维织物内部。碳纤维增强HA,环氧复合材料的冲击韧性高于碳纤维增强环氧复合材料,而弯曲强度和弯曲模量低于碳纤维增强环氧复合材料。两种复合材料的弯曲强度远高于人体皮质骨,弯曲模量与皮质骨非常接近。动态力学分析(DMA)表明加入HA后,复合材料的贮存模量和内耗降低,玻璃化转变温度升高。     

二氧化硅纳米颗粒增强炭纤维/环氧树脂界面性能

纤维与基体间的界面性能是决定纤维增强树脂基复合材料力学性能的关键因素。采用单纤维断裂实验方法研究二氧化硅纳米颗粒对炭纤维/环氧树脂复合材料界面的增强作用。实验结果表明,涂覆在炭纤维表面和均匀分散在环氧树脂基体中的二氧化硅纳米颗粒含量分别为4.9g/m2和25%(质量分数)时,复合材料界面性能均得到改善,界面抗剪强度相比纯树脂体系分别提高了10.0%和15.0%。通过对纤维断点处双折射光斑和样品断面形貌等信息分析,可知纳米颗粒均匀分散并镶嵌到炭纤维表面沟槽中形成的锁扣结构是界面性能提高的重要原因。     

PEI纳米纤维层间增韧碳纤维环氧复合材料性能研究

基于聚醚酰亚胺优越的力学性能和纳米纤维膜高比表面积、高孔隙率的特性,利用气泡静电纺丝工艺制备不同厚度的纳米纤维膜改善碳纤维环氧复合材料的层间韧性。结果发现不同膜厚度增韧的双悬臂梁(DCB)试件的I型层间断裂值(GIC)均有所提高,特别是膜厚为0.058±0.007 mm时,层合板的增韧效果最好,比未增韧试件提高了114.55%。通过复合材料层间断裂界面的SEM照片证实了纳米纤维膜在界面处通过桥联约束效应及钉锚作用有效提高了复合材料的层间断裂韧性。     

碳/环氧3D角联锁结构复合材料压缩性能的实验研究

碳/环氧3D层-层正交角联锁结构复合材料是很有应用潜力的材料,然而,到目前为止,这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估.本研究通过测试四种不同结构的角联锁结构复合材料的压缩性能,客观地评价了结构与压缩性能的关系.实验结果和分析表明:四种结构的复合材料在相互垂直的经向和纬向均具有较高的压缩强度和压缩模量;经纱密度大的结构其经向压缩强度也大,同样,纬纱密度大的结构其纬向压缩强度也大;呈伸直状态的衬纱对提高其所在方向的压缩模量贡献很大.     

Improvement of the Compressive Strength of Carbon Fiber/Epoxy Composites via Microwave Curing

Microwave processing was used to cure the carbon fiber/epoxy composites and designed for improving the compressive strength of the materials. By controlling the power of microwave heating, vacuum bagged laminates were fabricated under one atmosphere pressure without arcing. The physical and mechanical properties of composites produced through vacuum bagging using microwave and thermal curing were compared and the multistep(2-step or 3-step) microwave curing process for improved compressive properties was established. The results indicated that microwave cured samples had somewhat differentiated molecular structure and showed slightly higher glass transition temperature. The 2-step process was found to be more conducive to the enhancement of the compressive strength than the 3-step process. A 39% cure cycle time reduction and a 22% compressive strength increment were achieved for the composites manufactured with microwave radiation. The improvement in specific compressive strength was attributed to better interfacial bonding between resin matrix and the fibers, which was also demonstrated via scanning electron microscopy analysis.     

不同环境因素作用下玻纤/环氧乙烯基酯复合材料的冲蚀行为

为探究环境因素对玻璃纤维增强环氧乙烯基酯树脂基(GF/EVE)复合材料性能的影响,对其进行了湿热和碱腐蚀老化试验,通过对不同老化时间下GF/EVE复合材料吸湿率、微观形貌、表面元素含量、表面化学结构及冲蚀失重率变化的分析,探讨了GF/EVE复合材料在湿热环境和碱腐蚀介质中的老化机理以及不同老化时间下的抗冲蚀性能变化.结果表明:随着老化时间延长,吸湿率增大,且碱性介质中的吸湿率较湿热环境大;在水分子及腐蚀介质的扩散作用下,树脂基体发生塑化、水解,纤维/基体界面出现脱黏,纤维表面腐蚀降解;同时老化造成树脂分子链断裂,交联密度降低,导致树脂初始分解温度下降;湿热和碱腐蚀老化初期冲蚀失重率分别下降了3. 2%和1. 8% ,老化结束后分别增加了17. 6%和20. 8% .     

微波固化碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环及其力学性能

采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环进行了固化试验研究。综合运用红外光谱、微观CT扫描系统、力学拉伸试验机和扫描电子显微镜等试验方法分析材料的固化行为、微观形态及力学性能,并与传统热固化试样进行了对比。研究结果表明,微波固化方式与传统热固化方式的固化机理不同,微波固化可显著缩短固化周期;微波固化过程中未引入新的化学反应,且2种固化方式所获得的固化产物化学结构相同;CT扫描分析揭示出微波功率的大小对碳纤维复合材料孔隙率有着重要的影响;在相同固化温度条件下,微波固化复合材料NOL环的拉伸强度和层间剪切强度均低于热固化复合材料,这主要归因于微波固化复合材料具有较大的孔隙率;扫描电镜分析表明微波固化复合材料树脂和纤维的粘接情况要稍好于热固化复合材料。     

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

The Strain Rate Effect on the Compression Properties of Basalt/Carbon Fiber Reinforced Composites

Applied Composite Materials - Adding a basalt fiber layer (BF) to carbon-Fiber-reinforced plastic (CFRP) material can effectively improve its extensibility. In the work described in this study, a...     

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响.结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料.由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理.     

碳纳米管/环氧树脂复合材料研究进展

概述了碳纳米管及环氧树脂的性质,分别介绍了物理共混法和化学改性法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料;主要涉及多壁碳纳米管/环氧树脂和单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学和力学性能以及碳纳米管与环氧树脂之间的界面相互作用,并讨论了碳纳米管在环氧树脂中的分散效果、取向作用等对此类复合材料性能的影响;最后探讨了该研究领域存在的问题及今后可能的发展方向.     

复合材料厚壁圆筒的损伤问题

基于连续介质损伤力学理论,引入表征材料内部微细缺陷的损伤变量,导出了三维复合材料厚壁圆筒的损伤模型,预测该结构内各处的损伤过程;针对不同损伤模式,推导出包含不同结合力和损伤变量的损伤扩展准则;利用三维有限元分析软件模拟计算出结构损伤破坏的全过程,分析了复合材料圆筒的损伤模式与破坏机理,以及能量变化关系。     

微波固化改性环氧树脂/碳纤维复合材料研究

为探寻微波固化改性环氧树脂/碳纤维复合材料修复不同基体材料损伤的最佳工艺,采用红外热像仪观察不同微波工艺对其固化后的温度变化情况,并利用电子万能试验机对固化后的试样进行了拉伸强度测试.结果表明:将改性环氧树脂/碳纤维复合材料粘接在玻璃纤维复合材料基体上时,随着微波固化功率和固化时间的增加,固化结束后表面温度明显增加,最高温度达到270℃,而当将其粘接在45钢基体上时,随着微波固化功率的增加,固化结束后表面温度变化不明显,最高温度仅为60℃.利用该复合材料修复不同基体材料的损伤,其静强度恢复率达到90%以上,可以满足野战条件下,装备零部件损伤快速修复的要求.     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

以化学修饰法在多壁碳纳米管上成功接枝了四乙烯五胺,并用溶液共混法制备出多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用电子拉力试验机、Agilent 4294A、差示扫描量热(DSC)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行研究。结果表明,修饰后的碳纳米管能均匀分散在基体中,添加经修饰后的碳管比添加原始碳管更能提高环氧树脂的力学强度、热稳定性和介电性能。当经修饰后的碳管质量分数为1.5%时拉伸强度和断裂伸长率分别增加了84.3%和150%,玻璃化转变温度提高了32℃,复合材料的介电常数高达25.8。     

UHMWPE纤维/碳纤维混杂复合材料性能研究

用层内及层间混杂方式制备了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维/碳纤维混杂复合材料,对复合材料的力学性能、动态力学性能(DMA)及微观形貌(SEM)进行了分析比较.结果表明,层内混杂复合材料的综合性能好于层间混杂复合材料,层内混杂复合材料的冲击强度在UHMWPE纤维相对于碳纤维质量分数为43%时有最大值423.3kJ/m2,层内混杂复合材料的贮能模量(E')、损耗因子(tanδ)和损耗模量(E')明显地向高温方向移动,混杂复合材料的玻璃化温度(Tg)及模量分别比UHMWPE复合材料提高了2倍和3倍.     

Al2O3涂层碳纤维/环氧基复合材料的性能研究

采用溶胶-凝胶法在碳纤维的表面涂覆了一层Al2O3涂层,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为10nm,接触角分析表明涂层后碳纤维的表面张力有大幅提高.通过比较涂层前后碳纤维/环氧复合材料的力学性能发现,Al2O3涂层后复合材料的层间剪切强度,拉伸强度和弯曲强度分别提高了17.7%,4.8%和3.1%.扫描电镜分析表明,Al2O3涂层后的碳纤维与环氧树脂基体的结合更加紧密.且在碳纤维表面形成的Al2O3涂层在350℃～700℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率.     

反应性碳纳米管及其复合材料的制备与性能

本工作制备出了一种反应性碳纳米管/环氧稀释剂的纳米混杂增强体以及碳纳米管/环氧树脂复合材料,同时对修饰的碳纳米管进行了红外和X射线光电子能谱的表征。反应性碳纳米管与稀释剂的比例为1∶7,碳管在复合材料中的含量为0.5%(质量分数)。研究表明,这种纳米增强体对提高材料的性能及碳管在基体中的分散有很好的效果,环氧树脂的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了37.5%,40.0%和207%。同时玻璃化转变温度提高了17℃,并从活化能看出此增强体具有更高的反应活性。     

活性炭纤维/树脂复合吸波材料的研究

研究了活性炭纤维/树脂吸波复合材料的微波吸收特性.实验结果表明:活性炭纤维吸波材料的吸波性能与吸波层中纤维的含量、分布方式密切相关.在本实验条件下吸波层中四个结构层纤维含量(质量分数)分别为0.2%,0.4%,0.6%和0.8%时,材料在4.2～18GHz频率范围内对电磁波有-10dB以下的吸收,7.12GHz时取得最...     

碳纤维/环氧超厚度复合材料壁板的固化工艺优化及性能

为制定适用于大厚度环氧基碳纤维增强复合材料的固化制度,首先采用热分析方法对预浸料的固化行为进行了详细的研究,结合预埋热电偶的方法在线监测了不同厚度的壁板在等速率升温条件下的固化过程,通过系统的研究,并提出了增加缓慢升温阶段的固化制度。文中对固化制度优化后的大厚度复合材料制件的进行了超声C扫描检测和内部微观结构等分析,结果证明,采用在120℃和150℃缓慢升温的方式可以有效地控制大厚度复合材料制件内部的固化集中放热现象,并可大幅度提高制造过程中的温度均匀性。采用上述工艺,有望得到质量优异的大厚度复合材料制件。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料的静电自组装制备及性能

采用静电自组装法制备了均匀分散的碳纳米管环氧树脂复合材料,并对比分析了普通碳纳米管和功能化碳纳米管对环氧树脂热学和电学性能的影响。采用透射电镜(TEM)观察到碳管和树脂乳液自组装形成"葡萄藤"状结构,扫描电镜(SEM)观察发现,碳管可在环氧树脂中均匀分散并形成网络。电、热性能研究发现,添加3%普通碳纳米管可降低环氧树脂表面电阻率7个数量级,导热系数较纯树脂提高112%,而羧基化碳纳米管表面电阻率仅降低4个数量级,导热系数仅提高86%。