树脂对碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料湿态弯曲特性影响

为了探究树脂基体对相同铺层方式下碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料(碳/玻体积混杂比为1.86/1)干态、湿态(100℃水煮2 h)弯曲特性的影响,首先对环氧树脂和乙烯基树脂浇铸体试样分别开展了耐水性加速老化试验,并对两种树脂浇铸体试样在每个老化试验周期下分别开展剩余弯曲特性试验;然后对碳/玻层间混杂复合材料开展干、湿态弯曲试验。结果表明,无论是在常规试验(未经过老化)还是在各个老化试验周期,两种树脂浇铸体试样弯曲应力–位移曲线变化规律基本一致,但总体而言,环氧树脂浇铸体试样常规弯曲强度和各个阶段老化后弯曲强度均优于乙烯基树脂浇铸体试样;相同试验状态下,两种树脂基混杂复合材料试样湿态弯曲强度和弯曲弹性模量均较干态试样产生不同程度的降低,但环氧树脂基混杂复合材料试样在干、湿态环境下的弯曲性能均优于乙烯基树脂基混杂复合材料试样。     

环氧树脂/混合纤维复合材料高温及盐雾老化性能研究

采用连续拉挤成型工艺制备了环氧树脂/玻璃纤维带/玻璃纤维/碳纤维复合材料,研究了该复合材料的玻璃化转变温度、耐高温强度和盐雾老化对外观、微观组织、质量及拉伸强度的影响。结果表明:在120℃长期高温环境下,复合材料的拉伸强度较为稳定,保持率达到95%;盐雾老化对复合材料质量和强度的影响趋势类似,老化240 h后其性能趋于稳定,老化600 h时材料的质量和拉伸强度的变化率分别为5.21×10~(-2)%和5.52%。     

混杂纤维增强环氧树脂复合材料电缆芯湿热老化性能研究

高温高湿条件下对玻璃纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料电缆芯进行加速湿热老化试验,比较了两种直径的复合材料电缆芯在相同老化条件下的力学性能,并从微观角度分析了湿热老化后力学性能下降的原因。结果表明,该复合材料电缆芯耐湿热老化性能较好,在80℃及RH95%下老化1750h后其弯曲强度保留率大于65%,层间剪切强度保留率大于58%。     

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。     

单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。     

复合材料环境当量等效加速老化试验方法

提出一个评估复合材料自然老化寿命的流程。以单向玻璃纤维和碳纤维增强环氧树脂基复合材料试样为对象,在统计分析南京地区室外暴露条件下自然老化环境因素的基础上,采用环境当量等效方法制定了实验室加速老化环境谱进行加速老化试验,预测这些材料在自然老化环境下的剩余强度,并通过与自然老化试验结果对比来验证加速试验方法的正确性。结果表明,提出的加速老化方法能正确反映自然老化弯曲强度下降规律,该方法可以通过约2个月的加速老化试验准确预估复合材料3年自然老化的剩余弯曲强度,整体加速倍数约为18。对不同复合材料进行当量等效加速老化时,建议采用复合材料结构在服役过程中采集到的阶段性自然老化数据修正当量等效加速老化系数,这样可以得到更加准确的老化预估结果。     

粘胶基碳纤维连续式电化学氧化表面处理(Ⅱ)碳纤维增强复合材料的界面

本文用短支梁三点弯曲法及Fragment法测定了连续式电氧化处理粘胶基碳纤维与酚醛树脂及环氧树脂复合材料界面粘合性 ,并用SEM观察了其界面的形貌。结果表明 :在本试验范围内经电化学氧化处理可以使粘胶基碳纤维 /酚醛树脂复合材料界面的粘合强度提高25 % ,而粘胶基碳纤维 /环氧树脂复合材料界面的粘合强度可提高100 %。这可能是由于环氧树脂可与碳纤维表面的官能团形成化学键的原因。     

玻纤/聚醚砜/环氧复合材料老化性能研究

以聚醚砜/环氧树脂为基体的复合材料具有高韧性和高耐热等优点,人们对其耐温和抗冲击性能进行了较为系统的研究,但对其老化性能研究不多。本文分别以双氰胺、二氯苯基二甲脲为潜伏性固化剂和促进剂,采用湿法制备了无碱玻璃纤维/聚醚砜/胺酚基三官能度环氧树脂预浸料,通过模压工艺制备了复合材料,对复合材料试样进行了湿热和紫外光老化处理,研究了老化条件对试样力学性能的影响。结果表明,经过28d湿热老化处理后,试样的拉伸、弯曲、压缩和冲击强度保留率分别为68.3%、60.9%、72.7%和82.8%,经过28d紫外光老化处理后,试样的拉伸、弯曲、压缩和冲击强度保留率分别为83.9%、78.9%、82.5%和72.0%。     

湿热环境对碳纤维/环氧复合材料的冲击破坏特性影响

为了研究湿热环境对碳纤维/环氧树脂(CFRP)复合材料抗冲击性能的影响,对碳纤维/环氧复合材料层合板进行70℃水浴处理,采用锥头圆柱形弹体对湿热饱和试样和干燥室温试样进行速度分别为45 m/s、68 m/s、86 m/s的冲击,采用激光测速仪测量冲击前后的速度,然后采用超声C扫描检测系统、超景深三维显微系统、扫描电镜(SEM)等方法对试样的冲击破坏进行检测。实验结果表明:随着冲击速度的增加,试样的破坏投影面积增加;在速度较低时,湿热环境对碳纤维/环氧树脂层合板的损伤孔洞面积影响更大;湿热处理之后的碳纤维/环氧树脂层合板层间性能明显降低。     

T700碳纤维/环氧树脂复合材料热降解实验研究

针对T700碳纤维增强环氧树脂复合材料的热降解行为以及回收所得碳纤维的力学性能进行了研究。研究结果表明,碳纤维的存在增加了环氧树脂降解时所需的活化能,热降解反应的温度、时间和气氛等因素对环氧树脂基体降解效果以及回收碳纤维力学性能均有影响。在空气条件下500℃处理30 min后碳纤维表面没有残留物,但其回收纤维的拉伸强度保留率仅为77.6%。通过首先在氮气气氛高温短时热处理,再在空气气氛下450℃进行30 min热降解的两步法处理后,碳纤维表面残炭得到去除,回收碳纤维的拉伸强度保留率达到了90.4%,由其制备单向复合材料的层间剪切强度保留率可达到75.8%。     

吸湿介质对碳纤维增强铸型尼龙复合材料的吸湿行为及力学性能的影响

本文对碳纤维增强铸型尼龙(CF／MC 尼龙)复合材料在不同吸湿介质中的吸湿行为进行了研究。结果表明，对于纤维体积分数为10％的碳纤维增强铸型尼龙复合材料(10％CF／MC尼龙复合材料)，随着吸湿介质的PH值减小，它的吸湿率增大。同时，经过吸湿后，10％CF／MC尼龙复合材料的弯曲强度有明显的下降。随着吸湿介质的PH值减小，试样的弯曲强度下降。使用环境扫描电子显微镜观察在10％HCl溶液中吸湿的试样的剪切断口形貌，得到的结果与吸湿实验的结果一致。     

两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能

分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及接触角测量仪分析了国产MT700C碳纤维和东丽T700SC两种碳纤维的表面微结构、表面化学特性以及与树脂的浸润性,并对其环氧树脂复合材料MT700C/603和T700SC/603在干态和湿态下的界面性能进行了研究。结果表明,MT700C碳纤维表面O/C比和活性碳原子含量比T700SC碳纤维高,并且表面具有明显的沟槽,因此MT700C与树脂的浸润性好于T700SC碳纤维,可以与603树脂形成具有良好界面粘结的MT700C/603复合材料。在室温干态条件下,MT700C/603复合材料的层间剪切强度(ILSS)大于T700SC/603复合材料。但是在湿热老化环境中,T700SC/603复合材料最终的剪切强度保留率大于MT700C/603复合材料。     

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。     

纳米SiO2改性环氧树脂碳纤维体育材料及性能试验

针对传统体育器材环氧树脂碳纤维复合材料脆性大、耐冲击性能差的问题,提出用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VATRM)制备用于体育器材的纳米二氧化硅改性环氧树脂碳纤维复合材料,借助电子万能试验机和落锤式冲击实验机研究了该复合材料的横向拉伸性能和抗冲击性能。结果表明:当纳米二氧化硅质量分数为1%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的横向拉伸性能最佳,断裂伸长率为0.5%;横向拉伸强度为41.7 MPa,拉伸模量为79.9 GPa,比纯环氧树脂碳纤维复合材料的横向拉伸强度、拉伸模量分别提高124.2%和12.5%。经纳米二氧化硅改性的环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力为2 216 N,比纯环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力提高了37.2%左右。     

压力法回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料

采用醋酸水溶液对碳纤维/环氧树脂复合材料进行初步处理,然后以过氧化氢水溶液和丙酮混合溶液再次处理得到可分离的碳纤维和降解液。采用扫描电镜、热重分析、力学性能测试,红外及气相色谱-质谱联用分析研究了压力法降解废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的反应条件和机理。结果表明,环氧树脂分解的主要机理为酯键断裂,以体积分数70%的醋酸水溶液180℃下浸泡2 h,再用过氧化氢和丙酮混合溶液在120℃,1.2 MPa下加热2 h,碳纤维/环氧树脂的降解效率高,回收的碳纤维表面没有明显缺陷并仍具有良好的力学性能。     

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。     

风电叶片用碳/玻层内混杂复合材料湿热老化性能

为研究风电叶片用层内混杂碳纤维和玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料在湿热环境下的性能变化,采用真空辅助树脂灌注(VARI)成型工艺制备碳/玻层内混杂复合材料层压板,研究了VARI成型层内混杂复合材料在湿热老化后的界面结构与力学性能的变化规律.结果表明,湿热老化后的层内混杂复合材料中的环氧树脂发生部分水解,树脂含量显著降低...     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

CE/EP/CF复合材料的湿热性能研究

采用溶液预浸渍法分别制备了两种碳纤维(CF)增强环氧树脂(EP)改性氰酸酯树脂(CE)(CE/EP/CF)复合材料,研究了该复合材料的吸湿行为及湿热环境对其力学性能和微观结构的影响。结果表明,CE/EP基体具有比EP更小的吸湿能力;湿热环境对CE/EP/CF复合材料的纵向拉伸强度影响不大,但对其层间剪切强度的影响较为显著。     

氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂体育复合材料及性能试验

针对碳纤维/环氧树脂材料用于高端体育器材时耐热性能和耐冲击性能较差的问题,提出用氧化石墨烯对其进行改性。通过动态热机械能试验和冲击后压缩强度试验,对改性后氧化石墨烯/碳纤维/环氧树脂(GO/CF/EP)复合材料的性能进行测试。结果表明：在复合体系内,氧化石墨烯掺量为0.2%(质量分数)时,复合材料玻璃转化温度为201℃,复合材料凹陷深度和损伤面积分别为1.01 mm和1 089 mm²,冲击后抗压缩强度为180 MPa,表现出较好的性能。