干湿环境对环氧树脂/碳纤维复合材料层合板老化性能的影响

以开孔和未开孔环氧树脂/碳纤维复合材料层合板为研究对象,开展了不同温度(2,23,70℃)、水浸/干燥环境下层合板的加速老化试验,利用三维轮廓仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差示量热扫描仪等对层合板的老化性能进行分析.结果表明,开孔会使得层合板的吸湿率减少,温度越高,层合板的吸湿率越大;层合板吸湿后会发生溶胀...     

PEEK层间增韧碳纤维环氧树脂基复合材料的性能研究

为了改善碳纤维/环氧树脂(CF/EP)层合板层间断裂韧性较差的问题,采用预浸料层间涂层和模压工艺制备聚醚醚酮(PEEK)层间增韧CF/EP层合板。探究PEEK含量对CF/EP层合板Ⅱ型层间断裂韧性和冲击强度的影响。结果表明:PEEK的加入有效提高CF/EP层合板的Ⅱ型层间断裂韧性和冲击强度。当PEEK含量为2%,层合板的断裂韧性和冲击强度分别达到1 253 J/m²和259 kJ/m²,与纯层合板相比分别提高61.5%和32.8%。实验分析PEEK增韧机理,为研究高附加值复合材料产品提供参考。     

玻璃/亚麻纤维混杂复合材料的吸湿和动态粘弹性性能研究

建立了玻璃纤维/亚麻纤维混杂复合材料层合板的吸湿模型以及湿动态粘弹性模型。采用一般的质量扩散模型分析混杂复合材料层合板的不同湿扩散特性,采用三元件模型模拟混杂复合材料层合板的湿粘弹性,模型参数通过热机械动力学分析(DMTA)实验测定,引入吸湿增重率-时间等效原理,分析不同吸湿量下混杂复合材料层合板的复刚度,研究发现在吸湿早期阶段,混杂复合材料层合板(GFFG)吸湿过程是非Fick的,混杂复合材料层合板(FGGF)满足Fick湿扩散定律,当M_t为0～0.037时,混杂复合材料层合板([0°F/90°G]_s)的储能抗弯刚度降低梯度比较大,在100 Hz以后,储能抗弯刚度增长放缓。本文所建立的模型能反映出试验观测到的规律。     

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。     

改性活性碳纤维对CO2的吸附性能

为了进一步提高活性碳纤维的CO₂吸附量和抗水性能,采用浸渍法将活性碳纤维进行改性处理,得到一系列改性样品,并对其进行了SEM和FTIR表征。研究了活性碳纤维种类、浸渍试剂（NaOH溶液、ZnCl₂溶液及离子液体）等对吸附剂孔结构、CO₂吸附量、循环使用性和抗水性能的影响,并探讨了CO₂在改性活性碳纤维内的动力学吸附扩散行为。研究结果表明：改性活性碳纤维的CO₂吸附性能和抗水性能均显著改善,其中CO₂最高吸附量达24.4%（0.1MPa和25℃）,吸湿率减小到1.33%,且具有良好的吸附/脱附循环使用性。均相扩散模型（HSDM）描述了实时吸附数据,此模型能够较好地反映CO₂在样品内的扩散行为,改性活性碳纤维仍能保持良好的扩散速率,扩散系数D_s值数量级为10^-5m²/s,与空白活性碳纤维相当。     

模压成型工艺参数对CF/PEEK复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料是重要的医疗器械及航空航天热塑性复合材料,可采用模压成型工艺制备层合板及结构,其工艺参数影响复合材料力学性能。本文主要考察了模压成型温度、压力以及降温速率等参数对CF/PEEK复合材料Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)的影响规律,并通过扫描电镜表征复合材料撕裂面的微观形貌,分析材料失效模式。较高的模压成型温度可提高基体分子链流动性,适中的成型压力有利于控制树脂不被过多挤出模具,适中的降温速率可降低结晶度并抑制界面粘结强度的损失,均有利于提高CF/PEEK复合材料的GIC。     

温度和应力对碳纤维环氧复合材料吸湿行为的影响

吸湿行为对复合材料的实际应用有很大的影响。本文研究了温度与外加应力因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料在NaC l水溶液中吸湿行为的影响规律。结果表明,升高温度可以提高复合材料在初始阶段的吸湿速率,增大饱和吸湿率。在35~70℃试验温度范围内,复合材料的吸湿特性遵从F ick定律。在35℃温度下施加弯曲载荷增大了复合材料在初始阶段的吸湿速率和饱和吸湿率,并且施加的弯曲载荷越大,复合材料在初始阶段的吸湿速率和达到平衡时的饱和吸湿率越大。同时,吸湿对复合材料的承载能力有明显的影响作用。     

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

石墨烯增强碳纤维复合材料抗冲击性能分析

目前碳纤维复合材料存在脆性大、横向耐冲力差等问题。为了提高碳纤维复合材料的抗冲击性能，文章基于显示动力学下冲击载荷模拟的方法，以单层石墨烯和碳纤维复合材料层合板为研究对象建立冲击模型，对比分析不同石墨烯含量碳纤维板受冲击时表面应力、位移与吸能、损伤与破坏情况。结果表明：添加石墨烯提高了材料的填充率，使材料面密度增大；相同冲击载荷下，加入0.3%石墨烯的碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板较传统CFRP位移减小10.2%，最大应力减少18.5%。且加入单层石墨烯含量越高，复合材料界面作用力越强，能够有效减小损伤破坏。     

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3~0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m2,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m2时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5~40 g/m2范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。     

碳纤维增强MC尼龙复合材料吸湿行为研究

采用液态原位聚合法制备了碳纤维(CF)增强浇铸尼龙(MC尼龙)复合材料,研究了其吸湿行为?分别考察了CF体积分数、CF编织结构和外加载荷对MC尼龙／CF复合材料吸湿行为的影响。结果表明,随着CF体积分数的增加,复合材料的平衡吸湿率减小;三维编织结构的CF增强MC尼龙复合材料的吸湿速率及平衡吸湿率均低于长的CF增强MC尼龙;外加载荷使该复合材料的吸湿能力降低。     

航空碳纤维复合材料湿热特性实验及理论模型研究

采取实验结合数值仿真的方法,对两种不同铺层的碳纤维复合材料(CFRP)UD[0]_8和QI[90/0/45]_S在80℃中温和90%相对湿度(RH)环境下的吸湿特性进行了分析研究。结果表明,CFRP的吸湿特性服从水分扩散的Fick定律,利用Fick定律可以有效地确定CFRP的水分扩散系数D和饱和质量分数M_∞,通过实验测定的参数,建立有限元仿真模型并进行数值仿真,仿真结果可以很好的模拟水份在试件内部的扩散过程和分布规律。这一研究结果可以为飞机结构设计和工程应用提供理论基础和实验数据支持。     

碳纤维/酚醛树脂复合材料燃烧特性研究

采用锥形量热仪测试碳纤维/酚醛树脂复合材料的燃烧特性,评价碳纤维/酚醛树脂复合材料的火灾危险性。结果表明：热辐射强度为35 kW/m²时,碳纤维/酚醛树脂复合材料不会燃烧。热辐射强度增至50 kW/m²时,碳纤维/酚醛树脂复合材料的热释放速率曲线只有1个峰值,峰值为25.1 kW/m²。碳纤维/酚醛树脂复合材料的质量损失速率随着热辐射强度的增加而增大。随着热辐射强度的增加,复合材料的火灾危险性增大。     

玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性研究

为了获取玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性,以玻/碳纤维混杂复合材料层合板为研究对象,基于有限元分析软件ANSYS Workbench分析了夹芯混杂、层间混杂两种混杂方式下的复合材料层合板的振动特性,得到了层合板的混杂类型、铺设厚度、长宽比、铺设角度对玻/碳纤维混杂复合材料层合板固有频率的影响规律.结果表明:夹芯混...     

T800碳纤维复合材料界面吸湿性能分析

本文研究了不同类型的树脂基体对T800碳纤维复合材料界面性能的影响,对比不同树脂体系的T800碳纤维复合材料于95℃蒸馏水中的吸湿特性,分析复合材料经吸湿后的动态热机械性能的变化。结果表明,以改性芳香胺为固化体系的树脂基体制备的T800碳纤维复合材料具有优良的界面性能。TDE85树脂/改性芳香胺体系的T800碳纤维复合材料干态层间剪切强度达到122MPa。95℃蒸馏水浸泡后,该复合材料的平衡吸湿率低于普通芳香胺固化体系,且玻璃化转变活化能变化幅度也较小。     

干燥温度对CFRP力学性能的影响及作用机理

采用2种环境温度(70、85℃)对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板进行干燥处理,并对CFRP层合板分别进行拉伸、压缩和剪切实验,研究了中温干燥条件对CFRP层合板力学性能的影响,通过扫描电子显微镜和红外光谱,分析了中温干燥环境对CFRP层板的影响机理;通过最小二乘法拟合方法,提出了干燥环境下CFRP层合板力学性能的预测公式。研究结果表明:与未经干燥的试样相比,经中温干燥环境处理的CFRP层板的90°拉伸强度增加24. 99%,±45°剪切强度下降12. 92%;中温干燥环境对CFRP层合板力学性能的影响是由后固化作用和复合材料内部的热应力共同决定的,在中温干燥环境下,CFRP层合板未发生化学结构变化,CFRP层合板中的环氧基发生了进一步交联,环氧基树脂被后固化增强;拟合建立的不同干燥条件下的力学性能预测公式与实验结果基本一致。     

非连续湿热作用下树脂基复合材料性能变化及机理的研究

为研究非连续湿热作用对树脂基复合材料性能的影响及其湿热老化机理,对碳纤维增强环氧树脂基复合材料T700/TR1219B进行了湿热环境因素对比实验及循环吸湿实验,对比了经历不同吸湿-脱湿历程试样的弯曲和层间剪切性能及微观断口形貌。结果表明,单一湿度因素使T700/TR1219B体系力学性能降低,单一温度因素使其弯曲性能降低,层间剪切性能增强,湿热耦合作用会加剧材料性能的劣化;材料的吸湿和脱湿过程均满足Fick定律;随着循环次数的增加,材料的吸湿和脱湿速率均有所加快;吸湿后T700/TR1219B体系力学性能降低,出现树脂脱落等现象,脱湿后弯曲性能无法恢复未老化状态,但层间性能略有增加,且界面脱黏情况得以改善,层间裂纹不再明显。     

碳纤维复合材料湿热性能研究进展

对于碳纤维增强树脂基复合材料,湿热环境条件对其力学性能的影响非常明显,可导致其强度和刚度下降.在研究了国内外关于碳纤维增强树脂基复合材料湿热老化性能的基础上,从理论模型和试验方法两方面分析了复合材料吸湿模型和扩散机理,结合实际需求对国内外关于碳纤维复合材料湿热性能的试验方法和测试手段进行了评价,认为目前湿热加速老化性能的研究具有一定的局限性,并提出了研究思路.     

PEEK抗静电复合材料的研究

制备了聚醚醚酮/炭黑(PEEK/CB)、聚醚醚酮/碳纤维(PEEK/CF)抗静电复合材料。结果表明,在PEEK/CB复合体系中,炭黑渗滤区含量为3%⁵%,较低的炭黑含量确保了复合材料优异的力学性能;在PEEK/CF复合体系中,碳纤维渗滤区含量为15%5%,较低的炭黑含量确保了复合材料优异的力学性能;在PEEK/CF复合体系中,碳纤维渗滤区含量为15%²0%;扫描电镜(SEM)结果证明:炭黑在PEEK基体中达到纳米级分散,形成空间导电网络结构,这种结构提高了复合材料的抗静电性能。     

多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力,提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF）,并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同,由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明,以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²,远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²）,而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²,显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。