海南地区T700/5288炭纤维复合材料自然老化性能研究

针对南海地域的自然环境,将T700/5288炭纤维增强环氧树脂复合材料放置于海南省万宁市,经过自然老化3年后,研究其微观形貌、力学性能与热性能等。研究表明,由于热氧老化与光氧老化的存在,复合材料表层环氧树脂出现了化学降解,表面纤维发生裸露,起毛等现象,老化试样纵向压缩强度降低19%,横向压缩强度降低14%,其他表征力学性能基本不变,玻璃化转变温度降低了27℃。     

T300和T700炭纤维的结构与性能

利用SEM、元素分析、XRD和激光Raman光谱研究了T300和T700的形貌、化学组成和微观结构参数。结果发现:T700炭纤维表面光滑,而T300炭纤维的表面有大量的沟槽。表明前者是用干喷湿纺原丝,后者是用湿法纺丝原丝。两种纤维的断面均呈现出颗粒状特征。T700的含碳量高于T300,含氮量低于T300。两者的微观结构参数(d002、La和Lc)差异佐证了T700的炭化温度高于T300。T700的择优取向角Z比T300小2.3°,是石墨微晶致密有序排列的反映,因而使其体密度比T300高2.27%,空隙率低7.54%。所以致密化赋予了T700较高的拉伸强度。     

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.     

国产T800级炭纤维表面特性及其复合材料微观界面性能

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了两种国产上浆/去浆T800级炭纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了炭纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响。结果表明:去浆后炭纤维表面含氧活性官能团含量降低,粗糙度增加,与基体树脂的界面结合强度增大;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是破坏了纤维/基体间的化学键合作用,但去湿后部分界面性能可恢复。     

国产T700级碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能

分别以日本东丽T700S和国产T700级碳纤维作为增强体,采用热压罐成型工艺制备了双马来酰亚胺树脂基复合材料。对比研究了两种碳纤维表面物理、化学状态以及复合材料的微观界面性能、层间剪切性能。结果表明,国产T700级碳纤维表面沟槽结构分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。虽然两种碳纤维的含氧官能团相当,但国产T700级碳纤维表面元素氧碳比较高,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用,其界面剪切强度较T700S碳纤维复合材料高约14%,复合材料的层间剪切强度高约19%。     

上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了上浆/未上浆国产T700级(MT700)碳纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了碳纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响.研究表明:MT700碳纤维表面上浆剂改善了纤维/基体微观界面强度及其耐湿热性能;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是造成纤维/基体间的化学键合作用破坏,去湿后部分界面性能可恢复.     

炭纤维增强明胶复合材料的性能研究

制备了不同形式炭纤维增强的明胶复合材料,对不同复合材料的力学性能进行了测量与分析,并对复合材料的拉伸断口进行了观察,研究表明,长炭纤维增强明胶（CL/Gel)复合材料具有最高的拉伸强度,剪切强度和模量,而炭纤维毡增强明胶（CF/Gel)复合材料因内部存在较多的孔隙使其力学性能最差,因此,炭纤维毡不能用于增强明胶材料,由于纺织炭纤维布增强明胶（Cw/Gel)复合材料的纤维维束内亦有孔隙,炭纤维布的增强效果不及长炭纤维。     

炭纤维增强复合材料

人类使用的材料经历了天然材料、加工材料、合成材料而进入到目前第四代的复合材料时代。复合材料是由有机高分子、无机非金属和金属等原材料复合而成的多相材料。它不仅能保持其原组分各自具有的部分特性,使各组分性能得到相互补充,甚至还可能赋予原组分呈单一材料时所不具备的优异性能。随着高性能炭纤维的开发和利用,也促使复合材料从玻璃纤维增强塑料的第一代进入以炭纤维增强塑料（ＣＦＲＰ）为代表的高级复合材料（ＡＣＭ）的新时期。尽管炭纤维（ＣＦ）具有极高的比强度和比模量,但它属于脆性材料,只有将它与基体材料牢固地复合…     

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。      

炭纤维/聚醚型聚氨酯复合材料的性能

采用原位聚合法和浇注模压工艺合成出一系列经不同方法处理的炭纤维(CF)/聚醚型聚氨酯(PU)弹性体。通过机械性能测试,热失重分析和扫描电子显微镜等手段研究不同处理方法和CF含量对CF/PU弹性体复合材料的物理机械性能、热性能和微观形态的影响。结果表明,偶联剂中以胺基硅烷KH5501、KH602和钛酸酯类TCA-K44处理CF对CF/PU复合材料的机械性能改善效果明显;硝酸氧化的CF对复合材料的机械性能和热稳定性均明显改善;硝酸氧化处理CF与PU间的黏接性优于偶联剂处理CF/PU间的黏接性。     

T700碳纤维复合材料的海水腐蚀研究

对T700碳纤维增强环氧树脂复合材料进行海水腐蚀试验,研究了复合材料的吸湿、去湿,以及它们对复合材料性能的影响。结果发现,碳纤维复合材料的吸湿和去湿过程符合Fick扩散定律,复合材料接近平衡吸湿以前的吸湿速率,与其比表面积成正比;吸湿破坏了复合材料的力学性能,降低了复合材料的玻璃化温度,去湿可在一定程度上恢复材料的力学性能。     

空气热循环对T700/双马来酰亚胺复合材料低速冲击性能的影响

对碳纤维(T700)/双马来酰亚胺(HT280)复合材料进行了空气热循环实验(-60~180℃),分别测试了经历空气热循环前后材料的低速冲击性能和质损率,利用超声C扫描对冲击后材料内部损伤状况进行了分析。实验结果表明:随空气热循环次数的增加,质损率先迅速升高然后趋于平缓。随低速冲击能量的增大,空气热循环前后试样的平均损伤区域面积呈增加趋势,其破坏模式会发生明显变化。在相同低速冲击能量下,经历空气热循环试样的平均损伤区域面积和吸收能均大于原始态试样的。     

三维编织炭纤维/环氧复合材料的性能研究

采用真空浸渍工艺,成功地制备了三维编织炭纤维／环氧复合材料,并用铆钉上显微镜对微观结构进行了观察,发现基体与纤维间浸润良好,力学试验表明,该材料具有良好的力学性能,是一种极有发展潜力的复合材料。     

炭纤维增强氮化物复合材料的制备及其烧蚀性能

合成了硼吖嗪和全氢聚硅氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征;以混杂先驱体和3D炭纤维编制体为原料,采用先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制得了炭纤维增强氮化物基体的复合材料,并对复合材料基体的抗氧化性以及抗烧蚀性能进行了研究。结果表明:混杂先驱体中含有B-N、B-H、Si-N、Si-H、N-H等结构,无其他杂质;基体材料在空气中具有优良的抗氧化性能,温度升至1000℃时仍未发生明显的质量变化,明显优于C/C复合材料;四个PIP工艺循环所制得的复合材料烧蚀表面平整,氮化物基体比增强炭纤维具有更好的耐烧蚀性能。     

炭纤维表面性质及上浆剂对炭纤维聚碳酸酯复合材料界面性能的影响

通过对比未处理炭纤维、氧化炭纤维、商业化环氧树脂用炭纤维和实验室用聚氨酯及环氧树脂自上浆炭纤维的表面性质和其增强聚碳酸酯层间剪切强度,研究炭纤维表面性质与上浆剂对界面结构与性能的影响。结果表明,未处理炭纤维表面官能团与树脂的浸润性最小,层剪值最低为38.1 MPa。氧化纤维表面官能团增加,浸润性提高,层剪值提高到50.6 MPa。商业化环氧树脂用炭纤维表面官能团与树脂浸润性相比氧化纤维明显提高,层剪值相当,为50.8 MPa。说明浸润性是强界面产生前提,但不是充分条件。自上环氧浆炭纤维复合材料的层剪值相比商业炭纤维更低,约为31.7～39.5 MPa,而聚氨酯上浆炭纤维表面官能团与浸润性跟商业化环氧树脂用炭纤维相当,但层剪值提升18.9%,为60.4 MPa。说明界面结合强度提高的原因更依赖于氨酯键与炭纤维表面及聚碳酸酯树脂基体均能产生强的化学作用。     

T700级碳纤维的树脂浸润性比较分析

采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和动态接触角等方法对比解析了TZ700S、SYT49、HF30S、ZT7H和T700S这5个牌号的T700级碳纤维的表截面理化结构及其对碳纤维的环氧树脂浸润性的影响.结果 表明:5种碳纤维的截面形貌均为近圆形,仅ZT7H的表面具有沟槽结构、其余4种均为光洁表面;表面O/C值的大小排序...     

国产炭纤维CCF300与T300炭纤维复合材料剪切载荷下的失效模式研究

对国产炭纤维与T300炭纤维复合材料层合板在常温干态、常温湿态、高温干态与高温湿态四种环境条件下进行了短梁剪切实验.采用宏观和微观相结合的方法,对其剪切性能、失效模式与损伤机理进行了对比研究.结果表明:界面性能是影响纤维树脂基复合材料剪切性能与失效模式最为重要的因素,而国产炭纤维复合材料在界面性能的控制上还有待改进.因...     

高温老化对T700/HT280双马来酰亚胺复合材料疲劳性能的影响

以多向铺层碳纤维增强双马来酰亚胺(T700/HT280)复合材料和双马来酰亚胺(HT280)树脂为研究对象,采用刚度降的方法研究高温老化对复合材料抗疲劳性能的影响。测量了复合材料和树脂的质损率,并利用FTIR、超声C扫描和动态力学热分析仪(DMA)对高温老化前后材料的化学结构、内部损伤、动态力学行为进行了分析。实验结果表明,随着高温老化时间的延长,两种材料的质损率均呈现先迅速增加后缓慢增加的变化规律。经历长期高温老化后,树脂发生了热氧老化。HT280树脂动态力学性能的变化归因于后固化与热老化效应,T700/HT280复合材料则归因于后固化、热老化和界面脱粘的综合作用。高温老化后T700/HT280复合材料刚度下降的速率与幅度明显小于原始态,表明高温老化后复合材料的后固化与热老化的强化效应明显,导致其抗疲劳性能有一定的提高。     

宇航级炭纤维评价表征

分析了世界各国高性能炭纤维评价表征研究现状,简要总结了中国高性能炭纤维评价表征的进展和存在的问题。介绍了航天领域对炭纤维"指纹"性指标、特征性指标、本征性指标、离散性指标和工艺性指标的评价要求。展望了中国高性能炭纤维评价表征研究发展方向。