铜纤维含量对碳纤维/铜纤维混编增强酚醛树脂基复合材料制备及摩擦性能的影响

以碳纤维和铜纤维为原料制备了三维四层深交联机织物,将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,并与深交联机织物复合成型,制成碳纤维/铜纤维混编增强酚醛树脂基复合材料。通过测定预制件孔径和复合材料的密度、孔隙率,研究了不同铜纤维含量对树脂基复合材料制备的影响,并对样品进行了测试。研究结果表明:在一定范围内,随着铜纤维含量的增加,预制体与基体复合较好,摩擦表面较为平整。随着铜纤维含量增加,复合材料的摩擦系数及磨损量随之增加。磨损形式主要以磨粒磨损为主。在纬纱中铜纤维单丝根数为5根条件下,制得的复合材料的孔隙率为2.4%,平均孔径为80.8676μm,摩擦系数为0.2355。     

结构变化对碳纤维/铜纤维混编酚醛树脂基摩擦材料弯曲性能的影响

以碳纤维和铜纤维为原料制备了3维4层深交联机织物,将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,并与深交联织物进行复合成型,制成3维深交联摩擦材料。通过改变织物纬向的铜纤维含量及位置获得4种深交联摩擦材料,探究不同位置和含量的铜纤维对摩擦材料在纬向弯曲性能的影响。结果表明:摩擦材料的弯曲性能随着铜纤维含量的增加而减小;当铜纤维在摩擦材料预制体中间层时,会降低复合材料的弯曲性能。材料的破坏模式具体表现为树脂基体的碎裂,以及纤维的抽拔及断裂。     

碳纤维/铜纤维混编酚醛树脂基摩擦材料的制备及其弯曲性能

以碳纤维和铜纤维为原料制备了三维四层深交联机织物,并将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,然后将二者进行复合成型,制成三维深交联摩擦材料。通过改变织物纬向的铜纤维含量及位置获得四种深交联机织摩擦材料,探究不同位置和含量的铜纤维对摩擦材料纬向弯曲性能的影响。结果表明:摩擦材料的弯曲性能随着铜纤维含量的增加而减小;当铜纤维处在摩擦材料预制体中间层时,会降低复合材料的弯曲性能。材料的破坏模式具体表现为树脂基体的碎裂,以及纤维的抽拔及断裂。     

碳纤维/铜纤维增强酚醛树脂基摩擦材料的氧化机理探究

以碳纤维和铜纤维为原料制备了3维4层深交联机织物,将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,并与深交联机织物进行复合成型,制成3维深交联摩擦材料。通过改变织物纬向的铜纤维含量及位置得到4种深交联机织物摩擦材料,探究不同位置和含量的铜纤维对摩擦材料氧化机理的影响。结果表明:当铜纤维在预制体层向分布不同时,发现氧化质量损失率表现为3-Q=3-S3-Z=3-B,可见铜纤维会在摩擦材料的表层和中间层产生明显的差异;铜纤维在摩擦材料两个表面可以很有效地将高温从摩擦材料中辐射出去,对摩擦材料起到保护作用,可以有效阻止高温情况下空气对摩擦材料的破坏;温度升高过程中碳纤维不断氧化致使其变成非石墨碳,质量逐步减小。     

轧制制备碳纤维/环氧树脂复合材料层合板及其成形性能

为研究碳纤维/树脂复合材料预浸料轧制制备层合板的可行性及成形性能,基于不同轧制工艺和固化方案制备了碳纤维/环氧树脂复合材料层合板,结合三点弯曲试验和冲压试验,分析了层合板弯曲性能和温热冲压性能,观察了试样断面显微组织,并与热压罐工艺对比。结果表明,经80℃预固化-轧制-后固化工艺所得层合板综合性能优于轧制-固化和固化-轧制工艺,在压下量为0.4 mm条件下,层合板最大弯曲强度和弯曲模量较自然固化试样分别提高了23.8%和17.4%,且弯曲强度和弯曲模量均高于热压罐工艺试样。冲压过程中轧制压下量和预热温度对试样成形性影响显著,合理的压下量可提高层合板成形性,升高温度有利于试样成形,但温度过高致使试样破坏加剧皱曲增多,主要破坏区域为试样底部冲头半径轮廓,皱曲沿经纬方向与纤维成45°夹角区域明显。轧制工艺的差异对层间内部结合影响显著,较自然固化试样相比,轧制后复合材料力学性能有所改善,为碳纤维增强树脂基复合材料与金属材料轧制复合提供参考。     

自动铺放工艺制备罐外固化复合材料的力学行为

针对碳纤维增强树脂基复合材料IM7/CYCOM5230-1罐外固化预浸料,研究了自动铺放（AFP）罐外固化（OOA）预浸料的制备过程并优化了铺放工艺参数,采用热分析手段研究了CYCOM5230-1树脂固化动力学及黏度特性,在此基础上开发了一种短时固化工艺,并评价了基于此工艺制备的OOA复合材料力学性能。结果表明,AFP铺放过程中预浸料间缝隙会影响OOA复合材料的成型质量,采用铺放压力为180 N、加热温度为50℃、铺放速率为0.20 m/s的铺放参数,可获得表面平整、成型质量优异的复合材料样件。热分析结果表明,罐外固化CYCOM5230-1树脂室温黏度大,满足OOA工艺中真空压实排气需求。短时固化工艺可达到与典型固化工艺相同水平固化度,提升了固化效率,且制备的复合材料可以达到59%的纤维体积分数及低于0.5%的孔隙率,其力学性能与典型固化工艺制备的复合材料相当,并且能够达到热压罐复合材料的水平。     

连续碳纤维/聚酰胺6混编织物复合材料的成型及性能研究

为了改善碳纤维/聚酰胺6织物复合材料界面的结合状态,提高复合材料的力学性能,通过混编的方式制备了碳纤维/聚酰胺6预制体,混编织造前碳纤维经500℃-2 min高温处理后浸泡在1wt%浓度的PA 845H-TDS-CN上浆液中20 s,最后将预制体通过热压成型,制备碳纤维织物/聚酰胺6复合材料。采用TGA、DSC、SEM、万能拉伸试验机分析碳纤维/聚酰胺6复合材料的热性能、晶型变化、微观形貌及力学性能。结果表明,聚酰胺6树脂主要以α晶型存在,结晶较为完善。纤维拔出后,单根碳纤维表面附着部分尼龙基体,碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。优化后的层合板工艺为：铺层数10层,热压温度240℃,热压压力3 MPa,热压时间15 min。此工艺下,复合材料平均拉伸强度达到了825 MPa,弯曲强度平均值达到了520 MPa。     

RTM快速成型环氧树脂时间-温度-转变图的构建及其碳纤维/环氧树脂复合材料评价

针对自行研制的树脂传递模塑工艺（RTM）快速成型环氧树脂,利用唯象动力学模型、DiBenedetto方程和凝胶模型研究了树脂体系的等温及非等温固化动力学,构建了时间-温度-转变（TTT）的关系图,表明树脂体系兼具较长的适用期与快速固化特性。以此设计RTM快速成型工艺,考察了树脂体系对碳纤维织物的浸润流动行为,并评价了快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的界面力学性能与微观形貌。结果表明,注射温度下树脂体系的浸润填充性良好,RTM快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和内部成型质量较好。      

工艺温度下树脂与纤维的接触角及其粘附作用研究

针对复合材料成型工艺条件下环氧树脂与碳纤维表面的物理化学作用,研究了不同温度下E51树脂以及E51/DDS、E51/咪唑树脂体系的表面张力,E51树脂与T700纤维单丝的接触角;并考察了E51树脂在T700纤维束表面的初始表观接触角。进而对比分析了升温过程中T700纤维与E51/DDS树脂体系的浸润特性,计算出纤维与树脂体系的热力学粘附功,考察了工艺温度条件下纤维与树脂体系的粘附特性。结果表明,升高温度、降低树脂黏度可有效改善纤维与树脂的浸润特性,树脂的黏度作用尤其显著。在树脂体系发生化学反应之前,升温对纤维/树脂粘附特性的促进作用较不明显。     

新型深交联结构碳纤维机织物酚醛树脂基摩擦材料及其制备方法

设计预制体结构参数与织造工艺参数,制备2.5D深交联结构的碳纤维机织物;优化填料配方,采用溶液浸渍、真空辅助相结合的成型工艺,制备出新型深交联结构碳纤维机织物酚醛树脂基摩擦材料。测试了复合材料的密度、孔隙率,研究了材料的剪切性能和弯曲性能,并对其细观形貌和界面结合效果进行观察分析。结果表明:深交联碳布密度为0.84g/cm3,对应的复合材料密度为2.37g/cm3,该新型深交联结构碳纤维机织物酚醛树脂基摩擦材料弯曲应力达到729MPa,剪切强度为262MPa,界面结合良好,具有优异的抗弯强度、剪切强度和结构整体性。     

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。     

热固性树脂中孔隙形成条件的定量测试方法与影响因素

根据热固性树脂基复合材料的热压成型特点和扩散形成孔隙机制 , 建立了一种离线的孔隙形成条件量测试方法 , 可实现孔隙率2树脂压力变化关系的定量测定。采用该方法研究了两类环氧树脂体系固化过程中胶温度、 相对湿度、 树脂压力等条件对孔隙形态和分布的影响 , 并与修正的 Kardos气泡模型的理论计算结果进了对比分析。结果表明: 所建立的测试方法可以模拟热压工艺条件离线测定水汽形成孔隙情况 , 结果重复性好不同条件下树脂压力与孔隙率的关系均呈指数衰减的变化规律 ; 凝胶温度和相对湿度对孔隙率影响显著; 树脂类明显影响孔隙率大小和形态分布。研究结果为热压工艺复合材料孔隙缺陷的控制提供了重要的测试方法和验依据。      

超声波法表征纤维增强树脂基复合材料固化行为

采用超声波法对乙烯基酯树脂、玻璃纤维/乙烯基酯树脂、碳纤维/乙烯基酯树脂3种体系的固化反应过程进行了实时监测, 准确测量了超声波在3种体系中的传播速度及振幅衰减随体系固化反应时间的变化, 研究了纤维对树脂体系凝胶时间、固化过程体积储能模量及反应活化能的影响。结果表明, 玻璃纤维/树脂体系的反应活化能较纯树脂体系减小14 %, 固化速率加快; 而碳纤维/树脂体系的反应活化能较纯树脂体系增大15 %, 固化速率较纯树脂体系慢。超声波技术能够实时在线监测并量化纤维/树脂复合体系的固化行为, 为复合材料的制备工艺和性能研究提供了一种重要的量化手段。      

快速固化环氧树脂及其碳纤维/环氧复合材料性能

采用双酚A型环氧树脂（DGEBA）、改性咪唑（MIM）及改性脂肪胺（MAA）研制快速固化树脂体系。分别利用DSC和流变仪测试了树脂体系的固化特性与流变行为,优选了树脂配方。采用真空辅助树脂灌注工艺（VARIM）制备了快速成型的碳纤维/环氧复合材料层板,考察了层板的成型质量和力学性能,并与常规固化的层板性能进行了对比。结果表明：采用优选的树脂配方,120 ℃下树脂在5 min内固化度达95%,碳纤维/环氧复合材料层板成型固化时间可控制在13 min以内,固化度达95%以上,并且没有明显缺陷;与常规固化相比（固化时间大于2 h）,快速固化碳纤维/环氧复合材料层板的弯曲性能和耐热性能降低幅度较小。     

一种RTM 用苯并噁嗪树脂的工艺性及其复合材料性能

制备了一种可用于树脂传递模塑( RTM) 工艺的高性能苯并噁嗪共混树脂体系( BA21) 。研究了BA21 的注射工艺性, 确定了其固化程序, 并考察了采用RTM 工艺制备的BA21 基复合材料的基本力学性能。升温及恒温黏度测试结果表明, BA21 树脂体系能够用于RTM 工艺。依据修正的双阿累尼乌斯方程建立了与实验数据较为吻合的化学流变模型, 利用该模型可以选择合适的注射温度。通过不同温度下的恒温DSC 测试及修正的Kamal 动力学模型计算得到BA21 树脂体系的固化反应级数, 并确定后固化温度为200 ℃。采用RTM 工艺制得的玻璃纤维/ BA21 复合材料表现出优异的力学性能, 弯曲强度达600 MPa , 弯曲模量达30 GPa , 冲击强度达210 kJ/ m2 。      

RTM工艺中树脂固化温度与介电性能

RTM为闭模成型工艺, 难以观察到模腔内树脂的充模与固化反应过程。利用介电分析仪对RTM工艺进行在线监测, 测得了树脂固化过程中不同模具温度下树脂反应的温度及离子导电率、 不同纤维含量条件下的介电常数以及不同纤维织物方式下的离子导电率。实验结果表明: 固化反应放热使复合材料局部温度升高, 并形成复杂的温度梯度分布; 在较高温度和较低纤维含量条件下, 离子导电率变化较快, 对树脂固化反应的影响较大; 不同织物方式的玻璃纤维对离子导电率也有一定的影响, 玻璃纤维复合毡比方格布影响大。      

2.5维碳纤维机织酚醛树脂基摩擦材料的力学性能

以碳纤维为原料,设计织造碳纤维体积含量约50%的浅交弯联和深交联两种典型的2.5维(2.5D)机织物,优选基体材料组分和配方,采用溶液浸渍、真空辅助相结合的成型工艺,制备出新型2.5D碳纤维机织物酚醛树脂基摩擦材料。测试了预制体的密度、摩擦材料的孔隙率和密度;研究了摩擦材料弯曲、剪切性能,并分析其细观形态及破坏机理。结果表明:浅交弯联碳布密度为0.79g/cm3,深交联碳布密度为0.84g/cm3;对应的复合材料密度分别为1.44和1.37g/cm3。相同碳纤维体积含量的深交联摩擦材料的孔隙率略大于浅交弯联。在纤维体积含量相同的情况下,相较于浅交弯联摩擦材料,深交联结构具有较大的剪切强度和抗弯强度;而在弯曲载荷作用下,浅交弯联摩擦材料表现为缓慢破坏,具有较好的稳定性。     

含碳癸硼烷氰酸酯树脂及其复合材料的制备与性能EI北大核心CSCD

合成了1,2-二(4-异氰酸酯基苯基)碳癸硼烷(BCE),用红外光谱和核磁共振(1H-NMR和13C-NMR)表征其结构。研究了BCE氰酸酯树脂的固化特征温度、流变性能和热稳定性能,并考察了其石英纤维增强复合材料的耐热性能和介电性能。结果表明,BCE氰酸酯树脂适合于模压和热压罐等复合材料成型工艺。固化后的树脂玻璃化转变温度不低于500℃,在氮气和空气中5%失重温度分别为491.9℃和465.9℃,800℃残留率分别为91.9%和90.3%。在7～19 GHz频率下,石英纤维增强BCE树脂复合材料具有较低且稳定的介电常数和介电损耗正切值。     

含碳癸硼烷氰酸酯树脂及其复合材料的制备与性能

合成了1,2-二(4-异氰酸酯基苯基)碳癸硼烷(BCE),用红外光谱和核磁共振(1H-NMR和13C-NMR)表征其结构。研究了BCE氰酸酯树脂的固化特征温度、流变性能和热稳定性能,并考察了其石英纤维增强复合材料的耐热性能和介电性能。结果表明,BCE氰酸酯树脂适合于模压和热压罐等复合材料成型工艺。固化后的树脂玻璃化转变温度不低于500℃,在氮气和空气中5%失重温度分别为491.9℃和465.9℃,800℃残留率分别为91.9%和90.3%。在7～19 GHz频率下,石英纤维增强BCE树脂复合材料具有较低且稳定的介电常数和介电损耗正切值。     

制备工艺对单向连续碳纤维增强聚醚砜复合材料层间结合强度的影响

采用溶液浸渍和热压成型制备了以聚醚酚为基体的单向连续碳纤维增强复合材料,研究了不同树脂浓度和热压工艺参数下复合材料的层间剪切强度。结果表明:成型温度高的复合材料具有较高的层间剪切强度,适当延长保温时间能够大幅度提高复合材料的性能。扫描电镜和热重分析表明树脂基体与碳纤维之间结合紧密,不同树脂含量的复合材料在热压成型过程中,界面处有不同的作用机理。