热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响

采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。     

水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂对国产高强高模碳纤维复合材料界面性能的影响

以双酚A型二醚二酐(BPADA)、间苯二胺和1,3-二(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料合成了水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂,对国产高强高模碳纤维(HMCF)表面进行上浆处理并制备成复合材料。研究了不同单体摩尔比对上浆剂特性以及上浆处理后纤维表面结构性能的影响,进一步分析了热塑性上浆剂对国产高强高模碳纤维增强热塑性聚醚酮酮(PEKK)树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明,当BPADA与TPE-R的单体摩尔比为1∶1时,合成得到的热塑性上浆剂不仅分子量分布均匀,而且具有优异的热稳定性,如温度554℃其热失重仅为5%。上浆处理后,高强高模碳纤维表面O/C由0.08增至0.18,提高了125%;上浆后纤维强度略有增高,模量几乎无变化;上浆处理后对复合材料界面性能改善明显,HMCF/PEKK复合材料层间剪切强度由处理前38.5 MPa提升至最高59.4 MPa,增幅高达54.3%。     

碳纤维复合材料高温界面性能研究进展

碳纤维复合材料以其强度高、耐腐蚀、质量轻、抗疲劳等优良特性被广泛应用于航空航天及国防军工领域。然而,航空航天用复合材料结构部件在高温、湿热环境中会发生界面损伤和失效。上浆剂是碳纤维复合材料界面相的重要组成部分,研制可以增强界面强度和耐高温的上浆剂对提高复合材料的热力学性能具有重要意义。文中从碳纤维表面上浆剂的角度出发,重点介绍了碳纤维复合材料界面特性、上浆剂的作用机理以及高温下复合材料界面的破坏机制。最后,针对环氧上浆剂耐热性差的缺点,阐述了碳纤维耐高温涂层改性和纳米粒子改性,重点介绍了聚酰亚胺、聚醚醚酮、生物活性多巴胺及氧化石墨烯、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米粒子等类型改性上浆剂的研究进展。指出发展环境友好型上浆剂和POSS纳米粒子改性将是下一步工作的重点。     

KH—304热固性聚酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料高温热稳定性的研究

用热重分析仪分析了ＫＨ－３０４热固性聚酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料在氮气和空气中的热分解过程，计算了它们在氮气和空气中的热分解活化能，比较了两者的高温热稳定性。     

上浆剂对碳纤维复合材料界面结合影响的研究进展

简要介绍了各种热固性和热塑性上浆剂,重点是综述上浆剂对碳纤维复合材料界面性能的影响及其相关机理。上浆剂对碳纤维复合材料界面的影响依赖于在纤维表面的附着量,上浆剂对碳纤维/树脂界面的增强机理主要为,通过碳纤维表面附着的上浆层,提高与基体树脂间的相容性。     

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响.结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料.由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理.     

紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响

采用拉挤成型工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其进行人工加速紫外老化实验,对不同老化时间的试样进行弯曲强度测试、冲击强度测试、动态热机械分析(DMA)。结果表明,紫外老化仅影响到受紫外辐射的碳纤维环氧复合材料最外层,使对外层性能敏感的力学性能下降;紫外老化使复合材料玻璃化转变温度(Tg)提高,老化前期提高幅度相对较大,后期变化不明显;随着老化时间的增加,受到紫外辐射的最外层碳纤维/环氧树脂界面受到一定程度削弱。     

界面改性对T—300／聚酰亚胺复合材料热氧稳定性的影响

采用电化学法连续处理碳纤维，通过阳极氧化剥除Ｔ－３００碳纤维表面耐热性差的环氧涂层，重新涂覆了几种耐热涂层，研究了在３１６℃条件下，５００小时热氧化对Ｔ－３００／聚酰亚的复合材料层间剪切强度的影响，并且用ＳＥＭ观察了碳纤维表面处理后的涂层剥落现象及表面形貌。     

热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

KH－304热固性聚酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料高温热稳定性的研究

用热重分析仪分析了ＫＨ－３０４热固性聚酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料在氮气和空气中的热分解过程，计算了它们在氮气和空气中的热分解活化能，比较了两者的高温热稳定性。     

多频动态热机械分析法研究碳纤维复合材料湿热老化

采用多频温度扫描动态热机械(DMTA)方法研究了环氧树脂基碳纤维复合材料于65,95℃蒸馏水中的湿热老化性能,通过Arrhenius方程计算得到复合材料湿热老化前后的玻璃化转变表观活化能△Ea,分析了复合材料于两种温度下的吸湿性和静态力学性能变化.结果表明,不同树脂基复合材料湿热老化前后△Ea不同,随着湿热老化温度的升高,△Ea增加;湿热环境中复合材料的平衡吸湿率越低,△Ea越小;湿热老化后复合材料的力学性能保留率越低则△Ea越大.表观活化能可以用来表征树脂基复合材料的耐湿热性能.     

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。     

复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,提高CF增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)力学性能。采用比表面积及孔容分析、原子力显微镜、扫描电子显微镜、热重分析仪研究了CF表面处理前后结构和形貌的变化。结果表明：CF经浓HNO₃处理后比表面积增加144.2%,CF表面沟壑加深;复合处理后有PI层包覆在 CF表面;包覆处理后CF耐热性能提高。力学性能测试表明,经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高11.34%,弹性模量提高109.2%,弯曲强度提高18.78%,冲击强度提高74.15%。     

湿热老化对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能影响研究

研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在30℃和80℃两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响.研究发现:浸泡使复合材料的力学性能下降,80℃下浸泡使复合材料力学性能下降更显著;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显,80℃下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著.     

表面处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用空气氧化法和硝酸氧化法对碳纤维进行表面处理,研究了碳纤维(CF)增强热塑性聚酰亚胺(TPI)复合材料的力学性能。采用Boehm滴定方法测定了经过硝酸处理后CF表面酸性官能团数量。结果表明:CF表面酸性官能团的数量随着浓硝酸处理时间的增加而增加;浓硝酸处理效果比空气氧化好,当浓硝酸处理CF的时间为20 min时,CF/TPI复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高10 %和14 %,XPS表明此时CF表面活性官能团比未处理增加35.89 %。AFM表明,浓硝酸对CF表面刻蚀沟明显;SEM表明,CF与TPI基体之间形成良好的界面,CF起到了增强效果。      

上浆剂对碳纤维增强双马树脂基复合材料力学性能的影响

通过对包覆不同上浆剂的碳纤维增强双马树脂基复合材料在不同温度下的层间剪切强度、弯曲性能和三点弯曲试样破坏模式进行研究,探讨了上浆剂对碳纤维增强双马树脂基复合材料力学性能的影响。研究表明不同的国产上浆剂对CCF300/QY8911复合材料在高温环境时的层间剪切强度和弯曲强度有影响;室温下不同上浆剂的CCF300/QY8911复合材料的力学性能与T300/QY8911复合材料的相当,而高温下其力学性能的保持率低于T300/QY8911复合材料的。     

碳纤维复合材料单向板耐候性及湿热老化性能

通过模拟环境因素对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板的耐候性及湿热老化性能进行了检验,研究了CFRP板的抗拉强度、弹性模量及断裂伸长率随严苛环境下的暴露时间的变化规律。研究表明强紫外线、湿冷环境和酸碱侵蚀对CFRP板性能影响较大,90天周期内拉伸强度下降了10%左右,拉伸模量下降15%左右;纯水、盐溶液及加速湿热老化的影响则并不十分显著。扫描电镜观察发现,绝大多数侵蚀性破坏首先发生在树脂层,提高基体树脂的性能将有助于增强CFRP的耐久性。     

含碳纳米管上浆剂的制备及对碳纤维/环氧树脂复合材料界面的影响

首先采用"Friedel-Crafts"酰化反应制备羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)并将其与环氧树脂、丙酮混合制成含MWCNTs的上浆剂,然后用该上浆剂浸渍碳纤维制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强纤维。采用扫描电镜研究了上浆处理对碳纤维表面形貌的影响,采用短臂梁剪切测试方法研究了含碳纳米管的上浆剂对碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,碳纳米管在上浆剂中的分散状态直接影响纤维表面碳纳米管分布的均匀性;与未浸渍的碳纤维相比,含碳纳米管上浆剂浸渍后的碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS提高了34.33%。通过上浆剂红外光谱表征、纤维束表面浸润性测试及ILSS试样端口形貌的观察,分析了层间增韧机理。研究表明,碳纤维束表面浸润性的提高以及碳纤维/环氧树脂界面处化学键合作用增强,是ILSS提高的主要原因。     

水性上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响

以4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)为扩链剂, 将Triton X-100(TX-100)引入到双酚A二缩水甘油醚(DGEBA) 中, 设计合成水性碳纤维上浆剂(DGEBA-MDI-TX-100), 并利用合成的水性上浆剂对碳纤维表面进行改性。在此基础上, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维/环氧树脂复合材料, 研究了水性上浆剂改性碳纤维对碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响。结果表明:与未经处理的碳纤维相比, 经过上浆剂改性后的碳纤维润湿性能得到了较大的提高, 与环氧树脂的接触角下降了 9.1%;与环氧树脂复合后制备的复合材料的界面剪切强度提高了64.7%。