国产T700碳纤维用环氧树脂及其复合材料性能研究

本文针对国产碳纤维特点研制一种新型改性环氧树脂配方,测试CCF700S碳纤维NOL环、单向板以及Ф150mm标准容器水压爆破,并对爆破后复合材料结合SEM对碳纤维的微观结构进行表征。试验结果表明,该改性环氧树脂体系与CCF700S碳纤维浸润性好,界面粘接能力强,力学性能优异,改性环氧树脂体系适用于CCF700S碳纤维湿法缠绕工艺。     

碳纤维复合材料用环氧树脂体系研究进展

介绍了碳纤维增强环氧树脂复合材料的优点及其主要成型工艺,在分析不同成型工艺对环氧树脂性能要求的基础上总结了研究热点。重点讨论了近年来预浸料、RTM、缠绕成型等工艺所用环氧树脂体系在力学性能、功能性及可加工性能方面的技术突破,并对未来碳纤维复合材料用环氧树脂体系的发展进行了展望。     

薄型碳纤维织物预浸料及其复合材料研究

采用国产1k T300级薄型碳纤维织物和中温固化高性能树脂制备预浸料。测试了该预浸料及其复合材料性能,并与国产3k T300级碳纤维织物预浸料及其复合材料性能进行对比。研究结果表明:国产1k T300级薄型碳纤维织物的复合材料性能与国产3k T300级碳纤维织物的复合材料性能相当;该薄型碳纤维织物复合材料的树脂体系是改性增韧环氧树脂,韧性好,适用于轻质夹层结构复合材料,具有较高滚筒剥离强度;同时,该轻质复合材料耐热性好,玻璃化转变温度能达到200℃。     

国产T800S级碳纤维表面特性对复合材料界面性能影响研究

对两种国产T800S级碳纤维与进口T800S碳纤维表面特性及其复合材料界面性能的关联性进行了研究。通过扫描电镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）对三种碳纤维的表面形貌与粗糙度进行了表征;采用X射线光电子能谱（XPS）对三种碳纤维表面化学官能团比例进行了分峰计算;通过碳纤维表面静态接触角对纤维表面浸润性进行了分析。制备并表征了碳纤维NOL环与单向复合材料的力学性能与微观破坏形貌,通过对比分析确定了影响复合材料界面性能的关键性因素,对复合材料界面性能的进一步提升具有指导意义。     

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。     

国产CCF300碳纤维及CCF300/EH503R3复合材料湿热性能研究

采用SEM、AFM、XPS和FTIR对CCF300碳纤维表面形貌、表面化学特性及碳纤维上浆剂化学特性进行表征,并对CCF300/EH503R3复合材料湿热处理前后的力学性能进行研究。结果表明,碳纤维表面特性对碳纤维与环氧树脂界面结合性能具有显著影响。国产CCF300碳纤维表面粗糙,有明显沟槽,有利于表面机械啮合作用。132℃湿态环境下,复合材料的层间剪切强度、0°压缩强度和开孔压缩强度的保持率分别为51.6%、50.1%和55.5%。试验证明,CCF300碳纤维与EH503R3树脂具有良好的界面结合性,其复合材料具有优异的耐湿热性能。     

表面处理对玻纤/碳纤增强橡胶基密封复合材料性能的影响

采用压延成张工艺制备碳纤维和玻璃纤维混杂增强非石棉橡胶基密封复合材料(NAFC),以横向抗拉强度作为表征混杂增强橡胶基密封材料中纤维与橡胶界面粘结性能的指标.通过扫描电镜(SEM)对材料横向拉伸试样断口进行形貌分析,及对材料的耐油、耐酸、耐碱性能进行测试,探讨了不同表面处理工艺对纤维与基体界面粘结效果的影响.研究结果表明,对玻璃纤维采用偶联剂KH-550浸渍后涂覆环氧树脂涂层,对碳纤维在空气氧化后涂覆环氧树脂涂层,可有效增强纤维、基体的界面粘结,所制得的混杂纤维增强复合材料具有较好的机械性能和耐介质性能.     

碳纤维/TDE85环氧树脂复合材料界面性能的研究

高性能碳纤维增强树脂基复合材料因其轻质、高强、高模量等优势,已在航空航天等领域广泛应用,增强体与树脂基体之间的界面结合状况对其性能有很大影响,因此对界面进行研究具有非常重要的意义。本文分别研究了T800、CCF300、T300三种碳纤维增强TDE85环氧树脂复合材料的界面性能。运用XPS对碳纤维和单纤维复合材料试样的表面化学成分进行了表征,XPS结果表明,与树脂复合后,碳纤维表面官能团的含量、结构及化学环境都发生了明显的变化,界面产生了较强的物理和化学作用。利用DCT21测量仪测试碳纤维与环氧树脂TDE85的接触角,分析了纤维与树脂的润湿性,实验结果显示纤维与树脂的润湿性良好。在此基础上,通过微滴脱粘方法测量纤维与树脂的界面剪切强度,以表征其界面粘结性能。微滴脱粘的实验结果显示,T800/TDE85体系的IFSS值高达79.7MPa,比T300/TDE85、CCF30/TDE850体系分别高21%、24%。     

单向碳纤维增强复合材料的力学性能分析(英文)

本文主要研究了单向碳纤维增强复合材料的力学性能。以聚酰胺6和环氧树脂作为基体,以经过热熔工艺的单向碳纤维预浸料以及层压预浸料毡片作为增强体,通过热压工艺制成碳纤维增强复合材料板件物。通过拉伸实验,研究0°和90°取向的碳纤维增强复合材料样品的力学性能和界面性能,并通过扫描电子显微镜观察试样断面。研究发现,对于0°方向排列的样品,碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和模量均高于碳纤维/聚酰胺复合材料。同时90°方向的样品也展现出与0°方向一致的结果。通过断面观察发现,碳纤维/环氧树脂展现出比碳纤维/聚酰胺6更优异的性能与断裂时断面出现更多纤维的断裂和拔出相对应。     

国产高性能碳纤维复合材料界面性能研究

对国产MT300-3K、JHT300-3K和东丽T300-3K碳纤维表面微观形貌及其环氧树脂基复合材料界面性能进行对比研究,SEM结果表明,三者表面微观形貌一致;单纤维拔出对比试验表明,国产MT300-3K与东丽T300-3K碳纤维界面剪切强度相当,略大于国产JHT300-3K碳纤维;单向板弯曲强度、层间剪切强度及破坏面微观形貌分析表明,三种T300-3K级碳纤维与环氧树脂基体的匹配性好,界面粘接强度相当。     

碳纤维增强树脂基复合材料性能的研究

以不同含量的二乙烯三胺(DETA)固化的环氧树脂为基体,制备了碳纤维增强树脂基复合材料。通过扫描电镜和红外光谱分析了T-300型碳纤维表面形貌和基团组成。通过拉伸实验、冲击实验对复合材料的力学性能进行了表征;通过紫外老化实验对复合材料的耐候性进行了表征;通过扫描电镜和热重分析对复合材料的断面形貌和耐热性进行了表征。结果表明:碳纤维增强树脂基复合材料具有良好的耐候性、力学性能、而且还具有质量轻、高比强度等一系列优异的性能。     

聚丙烯腈基碳纤维用环氧树脂上浆剂的比较

用两种环氧树脂上浆剂对国产聚丙烯腈基碳纤维进行上浆,测试和比较了两种环氧树脂上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维耐磨性、与水接触角、表面能等性能以及拉伸强度、伸长率、层间剪切强度(ILSS)等力学性能的影响。上浆剂中主体成分环氧树脂相对分子质量不是影响碳纤维层间剪切强度的决定性因素。     

生物基胺固化的可降解、可重加工环氧树脂

对基于香草醛的可降解缩水甘油醚 (DEPVD)胺解得到生物基可降解胺(DAPVD)，再与樟脑酸缩水甘油酯(DGECA)固化得到环氧树脂。采用红外光谱(FTIR)对DAPVD的结构进行了表征，并制备了树脂样条及碳纤维复合材料，通过动态机械分析(DMA)、拉伸测试、应力松弛测试、降解实验、热重分析(TGA)等手段对环氧树脂的性能进行了表征，并使用拉曼光谱验证了碳纤维的回收效果。结果表明：固化剂中含有的螺环缩醛结构赋予了环氧树脂可降解的特性，而固化反应中原位形成的β羟基叔胺结构在加工温度下可以参与动态酯交换反应，赋予了环氧树脂自修复和可重加工的功能。此外，基于环氧树脂良好的降解性能，制得的碳纤维复合材料在经过0.1M H+酸性溶液中50℃/48h处理后，高价值的碳纤维可以完全回收。     

树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料压缩性能的影响

制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性树脂增韧剂含量,探索增韧剂含量对树脂浇注体拉伸弹性模量的影响规律,并进一步研究增韧剂含量对碳纤维增强环氧树脂基复合材料纵向压缩性能的影响。结果表明,随着树脂基体中增韧剂含量的升高,环氧树脂浇注体拉伸弹性模量降低,其对应碳纤维增强复合材料单向层合板泊松比升高。增韧剂含量对单向复合材料压缩模量的影响不明显,但复合材料纵向压缩强度会随着增韧剂含量的升高而降低。     

碳纤维增强环氧树脂/丙烯酰胺复合材料性能的研究

通过溶液混合和中温固化工艺制备出碳纤维增强环氧树脂/丙烯酰胺复合材料。研究了碳纤维对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响,并根据复合材料摩擦表面的SEM图分析了复合材料的摩擦磨损机理。     

液体成型用环氧树脂体系与碳纤维表面浸润性能研究

采用1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDGE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)、双酚A聚氧乙烯醚06(BPE-06)3种活性环氧树脂稀释剂,分别制备了低黏度适合复合材料液体成型工艺(LCM)的环氧树脂体系,研究了体系与国产碳纤维(HF10)的表面浸润性。首先,研究了稀释剂结构、用量对环氧树脂体系与碳纤维湿润性的影响;其次,研究了稀释剂/树脂/固化剂体系的湿润温度、反应程度对树脂与碳纤维表面的浸润性影响。采用DCAT21表面/界面张力仪分析了树脂与碳纤维界面的前进接触角;采用Young-Dupre法,计算了树脂与碳纤维的热力学粘附功。结果表明,采用稀释剂降低黏度,可以有效改善树脂体系与碳纤维的浸润性;相同黏度时,不同结构稀释剂提高浸润性效果顺序为:PEGDGEBPE-06BDDGE;升高温度可以提高环氧树脂与碳纤维的浸润性;随着反应程度的提高,树脂体系与碳纤维的湿润性变好。     

兆瓦级风力发电机叶片用环氧树脂

针对兆瓦级风机叶片用纤维/环氧复合材料的特殊要求,开展了适用于真空辅助灌注(VARTM)工艺的环氧基体树脂的国产化研究。采用国产环氧树脂与实验室自制的稀释剂制备环氧树脂与胺类固化剂配合使用,通过示差扫描量热分析,IR光谱,力学性能,耐热性、粘度及吸水性测试等研究了环氧树脂与固化剂配比对其工艺和固化物性能的影响,获得了初始粘度低、粘度对温度不敏感、操作时间长的环氧基体树脂,其树脂浇注体的拉伸性能、弯曲性能均优于国外环氧树脂固化体系,可满足兆瓦级风机叶片用高性能复合材料的使用需求。     

国产高模碳纤维增强复合材料性能研究

本文研究了国产高模M55J级碳纤维增强两种氰酸酯基体成型工艺及相应的力学性能,并将其与国产M55J/环氧体系、东丽M55J/环氧体系进行性能对比。结果表明：该试验批次国产高模M55J级碳纤维复丝拉伸强度平均值略高于东丽M55J碳纤维,模量高出11%;经过工艺优化后,国产M55J/氰酸酯两种体系力学性能均有所提升,性能指标最高可提升28%;通过对比环氧体系,证实国产高模M55J/氰酸酯体系与应用成熟的东丽M55J/环氧体系力学性能相当甚至更优,能够满足国产高模碳纤维复合材料工程应用替代的要求。     

热固性树脂基复合材料结构电阻焊接研究

采用碳纤维增强环氧树脂复合材料层压板与热塑性粘接剂共固化工艺,制备层压板焊接面覆有粘接剂的复合材料结构试件,利用粘接剂作为焊接介质对热固性环氧树脂基碳纤维复合材料结构试件进行电阻焊接。粘接剂与环氧树脂基体界面形成了半互穿网络聚合物(S-IPN)结构,有利于提升粘接剂与环氧树脂基体界面粘接性能,提高接头强度。对焊接试件的接头力学性能表征表明:采用AX8900粘接剂作为焊接介质的试件接头强度最高;单搭接剪切强度(LSS)可以达到7.35MP;编织碳纤维和金属网作为加热电阻可以使接头强度较单向碳纤维加热电阻分别提高60%和73%;[0°/90°]编织碳纤维加热电阻焊接的AX8900试件的平均层间断裂韧性可达1880J/m2。根据[0°/90°]编织碳纤维加热电阻焊接AX8900试件的LSS建立了基于焊接时间和功率密度的焊接工艺窗口。     

自行车架用碳纤维与环氧树脂浸润性研究

采用三种RTM工艺成型的环氧树脂体系分别对碳纤维进行浸润,并制备了自行车架用碳纤维复合材料。采用自制浸润度观察仪,粘度、表面张力和力学性能测试以及红外光谱和扫描电镜分析研究了不同环氧体系对碳纤维的浸润性。结果表明:粘度低的AF-802环氧树脂体系对碳纤维的浸润性最佳,最大浸润高度为28.41 mm;环氧树脂体系对含上浆剂碳纤维的浸润性能优于无上浆剂的碳纤维。浸润性改进有益于碳纤维复合材料弯曲强度提高,发挥碳纤维车架的整体效能,提高整车安全性。