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%。     

纤维缠绕成型聚酰亚胺基复合材料性能研究

以第2代聚酰亚胺(Polyim ide-Ⅱ,PI-Ⅱ)为基体,采用纤维缠绕成型工艺制作了T700/PI-Ⅱ(碳纤维/Polyim ide-Ⅱ)、S2/PI-Ⅱ(高强玻璃纤维/Polyim ide-Ⅱ)复合材料。研究了纤维缠绕成型PI-Ⅱ复合材料的界面性能和耐热性能。采用扫描电镜(SEM)研究了T700/PI-Ⅱ以及S2/PI-Ⅱ复合材料的剪切断口形貌,用于分析PI-Ⅱ复合材料的界面性能;采用TG/DTA 6300热分析仪测定T700/PI-Ⅱ以及S2/PI-Ⅱ复合材料的热分解温度,用于研究T700/PI-Ⅱ以及S2/PI-Ⅱ复合材料的耐热性能。本文研究也包括S2/PI-Ⅱ复合材料在300℃高温的层间剪切强度保留率。研究结果表明:T700/PI-Ⅱ复合材料在空气氛围中的起始热分解温度(TID)为549℃,S2/PI-Ⅱ复合材料为542℃。S2/PI-Ⅱ复合材料在300℃高温的层间剪切强度保留率为72%。     

湿法缠绕成型T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料力学性能研究

研究了湿法缠绕成型的T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环及单向板力学性能。测试了树脂配方的粘度-温度特性,T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环的拉伸及剪切性能,采用SEM对NOL环拉伸试样破坏形貌进行了观察。测试了T700碳纤维/氰酸酯树脂单向板复合材料的常温拉伸性能、弯曲性能、层间剪切性能和高温弯曲性能。结果表明,树脂配方在25℃下的粘度为800 cps,可以直接在室温条件下用于复合材料湿法缠绕成型,并具有充分的使用期。NOL环的拉伸强度为2220 MPa,剪切强度为56. 8 MPa,树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维氰酸酯树脂单向板复合材料的高温力学性能优异,200℃下弯曲强度保留率高达60. 4%,250℃下弯曲强度保留率高达45. 0%。     

一种装饰用碳纤维复合材料锻造成型新工艺及拉伸性能研究

为了提升室内设计中碳纤维复合材料的拉伸性能,提出一种锻造成型的新工艺。研究了模压压力、加压温度、固化温度、保温时间等参数对碳纤维复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着模压压力、加压温度、固化温度、保温时间增加,碳纤维复合材料的拉伸强度和标准化拉伸强度先增大后减小;适宜的碳纤维复合材料的成型工艺参数为：模压压力为10 MPa、加压温度110℃、固化温度140℃、保温时间30 min;碳纤维复合材料拉伸过程中主要有3种破坏形式：纤维拔出、树脂断裂和内聚破坏,最佳工艺参数下碳纤维复合材料的断裂方式为内聚破坏。     

碳纤维复丝拉伸性能测试影响因素研究

碳纤维作为增强材料使用时,其复合材料的力学性能很大程度上取决于碳纤维本身的力学性能,因此准确表征碳纤维的拉伸强度、拉伸模量等力学性能对其后续研究、生产和应用具有重要作用。根据标准GB/T 3362—2017、ASTM D4018—17以及ISO 10618:2004(E)中的规定,并结合实验室碳纤维拉伸测试积累的数据结果,测定T300B、T700SC及T800HB 3种碳纤维浸胶复丝的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率,确定最佳测试条件。结果表明:在2 mm/min及5 mm/min的拉伸速率下,T300B、T700SC及T800HB碳纤维复丝拉伸强度和拉伸模量测试值接近真实值;应变区间为0.3%～0.6%时测出的拉伸模量值接近T300B、T700SC及T800HB碳纤维复丝的真实值。     

纤维类型对C/SiC复合材料性能的影响

利用化学气相浸渗法制备了Cf-C/SiC复合材料,借助SEM、TEM等研究了纤维类型对Cf-C/SiC复合材料力学性能的影响.实验证明T300碳纤维增韧补强效果优于M40碳纤维,利用T300碳纤维制备出弯曲强度为459M,断裂韧性为20.0MPa*m1/2,断裂功为25170J/m2的Cf-C/SiC复合材料.2种碳纤维增韧效果的差异是由纤维的原始强度、热膨胀系数和弹性常数的不同决定的.     

碳纤维/聚氨酯复合材料的制备与性能研究

以聚酯二元醇、异氰酸酯、碳纤维为主要原料,采用预聚体法制备了一系列碳纤维/聚氨酯复合材料,并对该复合材料进行了性能测试和结构表征。研究表明,复合材料的机械性能随着碳纤维长度和含量的增加出现先升高后降低的趋势。当碳纤维长度为3 mm、质量分数为1.0%时,复合材料的机械性能达到最佳值,此时其拉伸强度增加22.7%,撕裂强度增加48.1%,扯断伸长率增加5.9%。热力学分析和动态力学性能研究表明,复合材料的热分解温度提高,质量保留率提高,失重率降低,材料的玻璃化转变温度和软化温度提高,引入碳纤维后材料的耐热性提高。     

铁路建设轨枕用高性能复合材料的制备与应用研究

采用薄膜层叠模压成型工艺制备铁路建设轨枕用高性能碳纤维织物/聚碳酸酯复合材料,研究模压温度、模压压力和模压时间对复合材料宏观形貌、拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明,从碳纤维/聚碳酸脂复合材料的宏观形貌上看,模压温度、模压压力和模压时间分别应该控制在245℃及以下、6 MPa及以下和10 min及以下;从碳纤维/聚碳酸酯复合材料的力学性能上看,轨枕用高性能复合材料的最佳制备工艺：模压温度245℃、模压压力6 MPa、模压时间10 min,复合材料的0°、45°拉伸强度分别为377、99 MPa,冲击功为1.36 J。     

氰酸酯树脂及其碳纤维复合材料研究

E5 1环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂 (BADCy)体系的力学和热性能的研究表明 ,5 % (质量分数 ,下同 )的E5 1环氧树脂可使BADCy的弯曲强度和冲击强度分别由原来的 95 .6MPa和 9.2 4kJ/m2 提高到 117.8MPa和12 .5 8kJ/m2 ,热变形温度仅下降 8℃。碳纤维 /BADCy复合材料的扫描电镜和力学性能测试结果表明 ,纤维的表面形态对界面粘结效果有较大影响 ,三种复合材料界面的粘结强弱顺序是T3 0 0 /BADCy >M 40 /BADCy >M 40J/BAD Cy。水煮 10 0h对三种碳纤维复合材料的弯曲性能影响不大 ,但对层间剪切强度的影响明显 ,其中M 40J/BADCy的层间剪切强度保持率只有 84.2 % ,而T3 0 0 /BADCy的强度保持率高达 92 .5 %。热冲击和紫外线辐照实验研究表明 ,-3 0℃ / 11h～ 15 0℃ / 11h的 2 0次热交变及总剂量为 1× 10 9J/m2 的紫外线照射对BADCy基碳纤维复合材料的力学性能影响很小 ,三种复合材料的弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的保持率均大于 90 %。     

棉秆塑木复合材料的制备及性能研究

以棉秆粉和回收聚乙烯为原料、钛酸酯为偶联剂,采用热压法制备了棉秆塑木复合材料,利用正交试验法探讨了棉秆粉含量、热压温度和保温时间对塑木复合材料性能的影响,并通过物理力学性能测试单独考察了棉秆粉含量对塑木复合材料性能的影响。正交试验法的结果表明:棉秆粉含量对复合材料的弯曲强度、弹性模量和吸水率影响最大,热压温度和保温时间对复合材料的弯曲强度和弹性模量影响较大,对吸水率影响不大;当棉秆粉含量为40%、热压温度为160℃、保温时间为10 min时,塑木复合材料具有最优的综合性能。物理力学性能测试结果表明:复合材料的弯曲强度和弹性模量随棉秆粉含量的增加均呈现先增大后减小的趋势,在棉秆粉含量为40%时均达到最大值;吸水率随棉秆粉含量的增加而增大。     

健身器械用碳纤维复合材料成型与性能研究

研究了模压温度、模压压力和模压时间对健身器械用碳纤维/聚碳酸酯复合材料宏观形貌、0°和45°方向拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明,随着模压温度的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料的拉伸强度和冲击功呈现先增加而后减小的特征,在模压温度为240℃时取得最大值;随着模压压力的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,当模压压力为6MPa,碳纤维/聚碳酸酯复合材料具有最佳拉伸强度和冲击韧性结合。随着模压时间的延长,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,在模压时间为10min时取得最大值。碳纤维/聚碳酸酯复合材料的适宜的模压成型工艺参数为:模压温度240℃、模压压力6MPa、模压时间10min。     

连续CF增强PEEK复合材料层压板的制备工艺

采用熔融浸渍法制备了连续碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料预浸带,并层压成型制备复合材料层压板。研究了成型温度、成型压力、成型时间、纤维含量等因素对复合材料层压板力学性能的影响。结果表明,在成型温度为370℃、成型压力为12 MPa、成型时间为70 min、纤维含量为61%的工艺条件下,连续CF增强PEEK复合材料层压板的力学性能达到最优值,弯曲强度和弯曲弹性模量分别达到(1 750.76±49.13)MPa和(107.54±6.35)GPa,层间剪切强度达到(100.04±6.88)MPa,缺口冲击强度为(84.44±1.54)k J/m2。随着冷却速率的增大,复合材料层压板的弯曲性能和层间剪切强度下降,而缺口冲击强度提高。SEM分析表明,复合材料层压板的界面粘结良好。     

热解碳对先驱体浸渍裂解3D-C_f/SiC复合材料性能影响

以三维编织T300碳纤维为预制体,通过控制化学气相渗积(CVI)沉积时间制备厚度不同的热解碳界面相,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺增密制备3D-C_f/SiC复合材料,研究界面相对先驱体浸渍裂解3D-C_f/SiC复合材料性能影响。结果表明:3D-C/SiC复合材料在合适的界面相厚度下能够获得更好的增韧效果。热解碳厚度为220±20 nm时,3D-C_f/SiC复合材料弯曲强度为388.8 MPa,弯曲断口处纤维呈台阶式拔出,拔出面参齐不齐,弯曲强度最大,增韧效果最佳。     

臭氧改性碳纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能研究

采用臭氧氧化的方法对碳纤维进行表面改性,并用作热塑性聚酰亚胺树脂的增强体。采用单丝拉伸试验、XPS研究臭氧处理时间对碳纤维单丝拉伸强度和表面官能团的影响。结果表明,臭氧处理时间越长,碳纤维力学性能的下降程度越大,而表面含氧官能团含量越多。优选单丝拉伸强度保留率较高、含氧官能团含量较丰富的碳纤维与热塑性聚酰亚胺制成复合材料,并评价其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,臭氧处理5 min就可使碳纤维/聚酰亚胺复合材料的ILSS提升43%,说明臭氧处理可显著提升碳纤维/热塑性聚酰亚胺的界面性能。     

新型含硅聚三唑树脂及其复合材料的制备与性能

通过格式试剂法合成了低分子量的含硅芳炔(LPSA),并以LPSA和二叠氮(A2)为原料制备出加工性能较好的新型含硅聚三唑树脂(Si-PTA树脂),采用模压方法制备了单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料。用FT-IR、流变、DSC、DMA、TGA等分析测试方法表征了Si-PTA树脂及其固化物的结构与性能,研究了炔基和叠氮基团配比对树脂热性能的影响,测定了复合材料的力学性能。结果表明,Si-PTA树脂可以在80℃下固化,固化后树脂的玻璃化温度(Tg)能达到310℃,在氮气气氛中的5%热失重温度(Td5)在340℃以上。单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料常温下弯曲强度为1622MPa,弯曲模量为132GPa,层间剪切强度为58.2MPa,200℃下弯曲强度保留率为70.8%。     

碳纤维-环氧树脂复合材料的制备及力学性能表征

用低温等离子体技术对碳纤维针织物进行处理,将E-44环氧树脂基体与碳纤维织物进行复合,在温度为40℃、模压压力1.5 MPa条件下,采用模压成型法,加热1 h,保温2 h后,制备出碳纤维复合材料。测试了复合材料的拉伸性能、弯曲性能及压缩性能,得出经过等离子体处理后,碳纤维复合材料的纵向拉伸强度比改性处理前提高了31.12%,横向拉伸强度提高了40.61%;纵向弯曲强度提高了26.42%,横向弯曲强度提高了23.41%;纵向抗压强度提高了40.41%,横向抗压强度提高了29.74%。等离子体处理有利于碳纤维与树脂的结合,使得制备出的碳纤维复合材料的力学性能得到提高。     

聚乙二醇/氯化锌条件下回收CFRP方法研究

以真空辅助成型工艺(VARI)制作的碳纤维增强复合材料(CFRP)平板件为降解试件,使用乙酸对其进行分层预处理,然后以聚乙二醇为溶剂,氯化锌为催化剂,采用控制变量法在不同的反应温度、反应时间,氯化锌浓度等工艺参数下对CFRP进行降解回收。利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、动态接触角测量仪、纤维强度仪对回收碳纤维的表面形貌和元素、浸润性以及力学性能进行表征分析。结果表明,CFRP降解的理想工艺条件为:用乙酸于120℃下分层预处理30 min,然后在190℃下,使用浓度为0.6 mol/L氯化锌/聚乙二醇环境反应60 min。使用该方法回收的CFRP,树脂降解率能达到98%以上,碳纤维表面干净光滑无树脂残留,表面元素与原丝相比变化较小,碳纤维和水与乙二醇的浸润性相比原丝得到改善,碳纤维的弹性模量达到原丝的98%以上,拉伸强度达到原丝的97%以上。     

电泳沉积时间和热处理对碳纳米管增强C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电泳沉积法结合化学气相渗透技术制备碳纳米管二次增韧的连续碳纤维增韧碳化硅(CNTs-C/SiC)复合材料。通过改变热解碳(PyC)界面上电泳沉积CNTs的时间,控制C/SiC复合材料中CNTs的含量,通过测试拉伸强度和断裂功,研究了CNTs含量及热处理对复合材料力学性能的影响。结果表明:在C/SiC复合材料PyC界面层上电沉积CNTs,能够大幅提高材料的拉伸强度和韧性。电沉积CNTs时间为5、8和10min时,CNTs-C/SiC复合材料的拉伸强度和断裂功分别提高了10.7%、39.3%、45.2%和31.1%、35.9%、46.5%。对未电沉积、电沉积8和10min的CNTs-C/SiC复合材料进行1 800℃热处理,发现材料的拉伸强度分别提高了64.4%、39.4%和49.5%。     

碳纤维表面处理对碳纤维/NR复合材料性能的影响

试验研究碳纤维表面处理对碳纤维/NR复合材料性能的影响。结果表明,碳纤维经表面处理后表面沟槽加宽、加深,粗糙度增大,可改善其与橡胶基体的粘合性。与未处理碳纤维/NR复合材料相比,浓硝酸表面处理3h的碳纤维/NR复合材料的拉伸强度提高46%,耐磨性提高5%;300℃×20min高温氧化表面处理碳纤维/NR复合材料的拉伸强度和耐磨性均提高38%;浓硝酸处理1h后再加1.3份钛酸酯偶联剂的碳纤维/NR复合材料拉伸强度提高25%;碳纤维经浓硝酸处理1h后再进行表面浸胶,复合材料的耐磨性提高34%。     

PA6/CaCl_2/E44复合体系的结构与性能研究

利用熔融挤出法制备了聚酰胺6(PA6)/CaCl2/环氧树脂(E44)复合材料,研究了E44用量对PA6/CaCl2/E44复合体系的结晶、力学、耐热、光学及加工性能的影响。结果表明:随着E44含量的增加,复合体系的熔融温度向低温方向移动,PA6结晶受到限制。复合体系的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、维卡软化温度均随E44含量的增加而表现为先增大后减小的趋势,当E44含量为3份时,复合体系的冲击强度、拉伸强度、维卡软化温度均达到极值,分别为8.9 kJ/m2、78.2 MPa、64.8℃,与PA6/CaCl2(6.0 kJ/m2、47.0 MPa、57.7℃)相比分别提高了48%、66%、12%。结合复合体系PA6/CaCl2/E44的光学性能得知,当E44含量为3份时,可以得到力学性能优良、维卡软化温度较高、透明性及加工性能较好的低熔点PA6/CaCl2/E44复合材料。