国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.     

T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制

为验证复合材料的耐久性,对T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料经自然老化后的微观形貌、表面元素含量、热性能与力学性能等进行了研究。结果表明: 在光氧老化与热氧老化的共同作用下,T700碳纤维增强EP-A环氧树脂基（T700/EP-A）复合材料表层树脂将发生老化降解,并且随自然老化时间的延长,T700/EP-A复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,未老化试样的玻璃化转变温度为207℃,经过自然老化处理3年后,其玻璃化转变温度降低为180℃,延长自然老化时间至5年时,其玻璃化转变温度进一步降低至172℃。而自然老化过程对复合材料力学性能可能同时存在着增强效应与损伤效应,因此造成了T700/EP-A与T700/EP-B复合材料的不同力学性能表现出相异的变化趋势。随自然老化时间延长,T700/EP-A与T700/EP-B复合材料纵向拉伸强度表现出先升高后降低的趋势,纵向弯曲强度表现出逐渐升高的趋势,纵向压缩强度与层间剪切强度存在波动,未呈现出明显变化。      

碳纤维/QY9611复合材料湿热性能研究

研究国产碳纤维/QY9611复合材料固定吸湿量下的湿热性能。通过71℃水浸方法测得该型复合材料的饱和吸湿率仅为0.73%左右,选取吸湿率0.2%、0.4%、0.6%和饱和吸湿作为试验的固定吸湿量。每个固定吸湿量分别在室温和高温150℃环境下进行弯曲性能试验和层间剪切性能试验。并在Q800型动态力学热分析仪上进行动态力学性能试验。结果表明:随着复合材料的吸湿量持续增加,复合材料力学性能呈下降趋势;碳纤维/QY9611复合材料在干态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在70%以上;碳纤维/QY9611复合材料在湿态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在50%以上;吸湿后其玻璃化转变温度Tg下降缓慢,极限使用温度可达132℃。     

乙烯基酯树脂及其炭纤维复合材料的湿热老化行为

结合乙烯基酯树脂(VE)浇注体在65℃和95℃蒸馏水中的湿热老化行为,对其炭纤维复合材料(CF/VE)的吸湿性、静态和动态力学性能进行了对比分析。结果表明,根据VE浇注体的吸湿特性,可将其复合材料的吸湿过程划分为基体吸湿为主和界面吸湿为主的两阶段;VE浇注体与其复合材料的弯曲强度的下降趋势一致,均与吸湿率的增加趋势相对应,但VE浇注体的弯曲模量下降较复合材料明显;VE浇注体及其复合材料玻璃化转变温度(Tg)的变化均随时间的延长而降低,并随吸湿达饱和而保持在一定值,但两者内耗峰的变化趋势刚好相反。     

全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能及寿命预测

以碳纤维/环氧树脂（T700/TR1219B）复合材料为研究对象,采用湿度场和温度场单一及耦合的方式,研究了不同湿热环境下其弯曲性能的变化,通过断口形貌和表面粗糙度表征,分析其湿热损伤机制。结果表明:T700/TR1219B复合材料的弯曲性能受湿度场和温度场影响明显,当吸湿率达到2%时,弯曲强度从干态的1 440.60 MPa下降到1 081.07 MPa;随温度的升高弯曲性能呈下降趋势,且在玻璃化转变温度T_g所在温度区间发生陡降,当环境温度为180℃时,弯曲模量和弯曲强度分别下降了71.18%和93.32%;高温高湿环境下弯曲性能陡降的温度区间前移,且性能衰减并非单一湿度场和温度场下衰减量的简单叠加。通过微观形貌分析发现,湿度场主要导致树脂水解脱黏,温度场下树脂形态破坏严重,而湿热耦合场对纤维与树脂均产生较大程度的损伤。考虑湿度场和温度及湿热耦合相关项,建立并验证了全湿热场下剩余弯曲强度模型,结合湿热老化时间、环境当量等参数提出T700/TR1219B复合材料的寿命预测模型。      

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5％(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响.结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5％NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82％和0.67％;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5％NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8％,压缩强度降低4.3％;在3.5％NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1％,压缩强度降低4.7％.在两种溶液老化后试样的Tg降低,但相差不大.此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据.     

湿热-高温循环老化对碳纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响EI北大核心CSCD

采用层间剪切的测试方法,研究了湿热-高温循环老化对碳纤维双马树脂基复合材料界面性能的影响,分析了复合材料的质量变化过程以及不同循环老化次数下的层间性能、表面和断口形貌、动态力学性能及红外谱图。结果表明,随着湿热老化次数的增加,饱和吸湿率逐渐增大后又减小,但达到吸湿饱和所用时间逐渐缩短;随着高温老化次数的增加,老化前期的质量损失速率降低得不多,但最终的质量损失率有着小幅度的升高。湿热-高温循环老化导致了纤维与基体间的界面破坏,但层间剪切强度降低的幅度不大,有着较高的保持率。随着循环次数的增加,每次湿热老化后的Tg都较前一次有所升高,但在每次高温老化后的Tg都相差不大。高温老化在循环老化过程中起主导作用,期间发生了热老化效应和氧化反应。     

湿热老化对玻璃纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)/环氧树脂复合材料湿热老化机制, 首先, 利用称重法、动态热机械分析仪(DMA)、SEM和矢量网络介电分析仪研究了湿热老化对GF/环氧树脂608(EP608)复合材料性能的影响;然后, 分析了复合材料的吸湿率、力学性能、介电性能与老化时间的关系, 并对其老化机制进行了探讨。结果表明:随老化时间延长, GF/EP608复合材料的力学性能和介电性能均有不同程度的下降;湿热老化对GF/EP608复合材料吸湿率的影响符合Fickian扩散定律;树脂基体的塑化、水解和基体-纤维界面的破坏是造成GF/EP608复合材料力学性能和介电性能下降的主要因素。所得结论可为GF增强环氧树脂基复合材料的应用提供科学依据。      

碳纤维缠绕复合材料NOL环的吸湿过程与性能关系

以碳纤维缠绕复合材料NOL环为研究对象,建立了一种研究碳纤维缠绕复合材料的壳体或压力容器在存贮和使用过程中湿热性能的加速老化方法。将复合材料NOL环分别浸泡在35℃、55℃、65℃和75℃蒸馏水中,研究其吸湿特性、动态力学性能以及静态力学性能的变化。结果表明,根据NOL环的吸湿特性,其吸湿过程可分为3个阶段：固有自由体积控制扩散吸湿阶段;分子链松弛控制吸湿阶段;界面破坏及裂纹扩展控制吸湿阶段。当湿含量达到1wt%左右时,复合材料进入界面破坏吸湿阶段,性能明显下降,剪切强度和弯曲强度保留率约为75%和67%,Tg下降了20℃。该结果可为碳纤维缠绕复合材料壳体或压力容器的存贮寿命的预测与评价提供重要依据。     

孔隙率对碳纤维/尼龙6复合材料湿热性能影响的数值模拟研究

孔隙在复合材料制造过程中广泛存在,在湿热环境下孔隙的存在会改变应力场和水分场,进而影响复合材料的吸湿性能与力学老化性能。对碳纤维/尼龙6(Carbon fiber reinforced polyamide 6,CF/PA6)复合材料在不同温度浸水环境下吸湿老化后的力学性能测试,研究了温度与吸湿量对其力学性能的影响及强度与模量等力学参数的演化规律,建立吸湿参数与力学参数的关联函数。基于随机顺序吸附法算法(Random sequential adsorption,RSA),建立了纤维、界面和孔隙随机分布的代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型。在本构模型中引入依赖于吸湿量的退化因子,研究了孔隙含量对复合材料横向拉伸、压缩、剪切强度和模量的影响,揭示了湿热老化前后不同的失效机制。结果表明：在热湿老化前,由于应力集中,孔隙会导致复合材料力学性能下降,孔隙率含量每增加1%,横向拉伸强度降低6.4%;湿热老化后,基体吸湿塑化效应是复合材料力学性能降低主要因素,对应降低率为3.86%。     

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。     

混酸介质加速老化条件下玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯复合材料的耐久性

针对纤维增强塑料排烟筒工程应用中采用的玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯(GF/VE)复合材料和碳纤维-玻璃纤维/溴化环氧乙烯基酯(CF-GF/VE)复合材料分别进行混酸介质(H2SO4、HF、HCl和HNO3混合溶液)加速腐蚀试验,考察了3种温度下(25℃、55℃、80℃)的混酸介质浸泡后GF/VE与CF-GF/VE复合材料的质量及弯曲性能变化,并结合动态热力学性能、微观结构等分析了材料的性能衰减机制。结果表明:相同浸泡条件下,试样GF/VE的质量增重率高于CF-GF/VE,酸性介质在GF/VE和CF-GF/VE内部的扩散活化能分别为8.798kJ·mol-1和10.959kJ·mol-1;80℃浸泡2 160h后,CF-GF/VE复合材料的弯曲强度保留率为75.29%,而GF/VE的弯曲强度保留率仅为58.84%;DMA研究结果表明:常温条件下的腐蚀浸泡对材料的玻璃化转变温度Tg影响较小,加温条件下试样的Tg显著降低;SEM研究发现:混酸介质浸泡后,试样表面出现许多孔洞,同时纤维/基体界面发生了明显的脱粘破坏。     

高强度南极磷虾蛋白/海藻复合纤维的制备与表征

以戊二醛为增强改性剂,利用湿法纺丝制备含有预埋增强剂的南极磷虾蛋白/海藻（AKP/SA）初生纤维,通过初生纤维纺丝线在线热交联技术实现热交联反应从而制得高强度南极磷虾蛋白/海藻（HAKP/SA）复合纤维。利用旋转黏度计确定了增强交联反应的热交联温度,研究了交联度对复合纤维微观结构以及吸湿性能的影响,测试了增强后复合纤维力学性能和结晶性能的变化。结果表明:80℃时戊二醛能有效发生热交联反应;AKP/SA复合纤维具有较好的吸湿性能,吸湿率为7.3%,随着交联度的提高,复合纤维的吸湿性能降低,吸湿平衡时间缩短;HAKP/SA复合纤维仍以非晶形态存在,表面存在不均匀的沟槽结构;力学性能测试表明增强后的纤维断裂强度提高了13%。      

阻燃型玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化行为及热降解动力学

研究了不同热氧老化温度(160℃、200℃和240℃)和时间(0~50d)对溴化环氧树脂/Sb2O3协效阻燃短玻纤增强尼龙10T复合材料(PA10T/GF/FR)的热氧老化行为以及热降解动力学的影响。采用力学性能测试、SEM、DMA和TGA分析对老化前后复合材料的动静态力学、微观形貌以及热降解行为进行研究,并使用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算了复合材料的热降解活化能。结果表明:老化过程中基体树脂降解分子量降低,纤维与基体界面性能恶化,复合材料力学性能下降;160℃老化过程部分PA10T分子链发生交联反应,储能模量和玻璃化转变温度(Tg)增加,200℃和240℃下Tg先上升后下降,老化后期树脂分子链以降解为主;活化能计算表明160℃老化50d后复合材料热稳定性提升,200℃老化50d以及240℃老化30d后,复合材料结构破坏严重,热降解行为变化显著。此外,阻燃剂的添加能够提升老化试样的热稳定性。     

湿热环境下介质因素对CF/UPR复合材料的影响

研究了45℃几种介质环境中碳纤维/不饱和聚酯树脂(CF/UPR)复合材料的吸湿特性和静态力学性能的变化规律,对湿热老化前后CF/UPR复合材料进行了IR和SEM分析。结果表明,CF/UPR复合材料在5%NaCl和5%H2SO4的吸湿行为符合菲克第二定律,浸泡720h后,复合材料弯曲强度保留率均发生下降,且以碱性条件下的弯曲强度保留率下降最为严重;IR和SEM结果表明,湿热环境导致该复合材料发生基体的水解反应、界面脱粘以及基体塑化、溶胀并由此产生裂纹等缺陷。     

湿热环境对抽油杆CF/VE拉挤复合材料的影响

研究了95℃蒸馏水环境中油田抽油杆用碳纤维/乙烯基酯树脂(CF/VE)拉挤复合材料的吸湿特性,以及材料的力学性能和动态热机械性能的变化,并观察了湿热老化前后该复合材料的表面和断口形貌。结果表明,CF/VE拉挤复合材料的吸湿行为符合菲克第二定律,材料的平衡含湿量M_m约为1.046％,水分在复合材料中的扩散系数约为2.233×10-6 mm2/s;复合材料的性能下降趋势与吸湿率的增加趋势相对应,浸泡1176 h后,弯曲强度和层间剪切强度的最终保留率分别约为49％和54％;DMTA及SEM结果表明,湿热环境导致该复合材料发生基体溶胀、塑化和界面脱粘,引起基体和界面形貌的变化,但未发生化学老化。