聚芳醚腈/双邻苯二甲腈树脂共混改性与性能研究

通过联苯型双邻苯二甲腈与聚芳醚腈熔融共混形成预聚物,经高温固化及后热处理制备了聚芳醚腈/双邻苯二甲腈共混体系,研究了其耐热性能、力学性能、形貌特征以及其微观结构与性能之间的关系。其共混体系固化物的弯曲强度,断裂弯曲应变等性能较纯双邻苯二甲腈树脂均有大幅度的提高,并且保持了纯双邻苯二甲腈树脂耐高温,高模量等优越性能。当聚芳醚腈的含量达到12%时,该体系的弯曲强度和断裂弯曲应变较纯双邻苯二甲腈固化物分别高了52.7%和61.6%,实现了热固性基体树脂的同时增韧增强而不降低耐热性的改性技术路线。     

3,3',4,4'-联苯四胺改性邻苯二甲腈树脂及其复合材料性能

采用3,3’,4,4’-联苯四胺(LBS)与联苯型邻苯二甲腈树脂(BPh)进行预聚反应制备改性联苯型邻苯二甲腈树脂预聚物(BLBS)。利用红外光谱法、差示扫描量热仪、旋转流变仪和热重分析对BLBS的固化行为、流变性能和耐温性能进行研究。结果表明,BLBS最低可在240℃前开始固化,但仍需要较高的温度才能固化完全;BLBS-3固化物在氮气和空气氛围中的质量损失5%时的温度(T_d5)分别为549.4℃和555.6℃。石英纤维增强BLBS复合材料(QF/BLBS)具有优异的力学性能和耐热性能,玻璃化转变温度(T_g)大于500°C,室温弯曲强度和层间剪切强度分别为711.5 MPa和48.5 MPa,400℃热处理2 h后弯曲强度和层间剪切强度分别为680.5 MPa和31.3 MPa。     

热塑性颗粒-无机粒子协同增韧碳纤维增强环氧树脂复合材料

针对碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料层间断裂韧性进行研究,通过在CF/EP复合材料层间添加四种无机纳米粒子和三种热塑性颗粒对其进行II型层间断裂韧性(G_IIC)研究,选择工艺性和增韧性效果好的两种无机纳米粒子和热塑性颗粒进行协同增韧研究。结果表明,CF/EP复合材料的G_IIC在适当的无机纳米粒子含量下都得到提高,这主要是由于无机纳米粒子在层间形成了有效吸收断裂能的微结构,纳米羟基氧化铝(AlOOH)的工艺性及增韧性等综合性能最好,AlOOH质量分数为1wt%时,CF/EP复合材料的G_IIC达到931 J/m2,提高了29.3%;热塑性颗粒中,改性聚芳醚酮颗粒(PAEK)的综合性能最好,添加10wt% PAEK,CF/EP复合材料的G_IIC可以提高32%,这是由于预制在层间的热塑性颗粒随着基体流动而得到扩散,形成了独特的跨层间连续结构,从而使裂纹扩展的阻力增加,有效提高了CF/EP复合材料的G_IIC;10wt%PAEK和1wt%AlOOH共同增韧CF/EP复合材料的G_IIC达到1 368 J/m2,相对于未增韧的CF/EP复合材料提高了90%,增韧效果比PAEK和AlOOH对CF/EP复合材料的增韧效果之和大,这表明,PAEK和AlOOH同时加入CF/EP复合材料层间,对CF/EP复合材料具有协同增韧效应。      

氧化石墨烯对玄武岩织物/酚醛树脂复合材料性能的影响

将偶联剂改性的氧化石墨烯(GO)添加到酚醛树脂中,制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法,研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)和冲击性能的影响。结果表明,GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能,随着GO含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小;相对于空白样,当GO的含量为2wt%时,弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%;ILSS提高了43%;当GO的含量为1wt%时,冲击破坏载荷增加40%,破坏吸收能量增加60%。     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

层间韧化的碳纤维复合材料层压板的力学性能

研究了"离位"增韧的双马来酰亚胺复合材料层压板的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性、层间微结构及其形貌变化、冲击分层损伤和冲击后压缩强度,以及典型面内、面外的基本力学性能.结果表明,通过热反应失稳分相、相反转和颗粒粗化等一系列过程,"离位"增韧在复合材料的层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的3-3相结构,这种结构大大提高了复合材料层压板的层间韧性、冲击损伤阻抗和损伤容限等性能.     

纳米Si_3N_4/双马来酰亚胺/氰酸酯树脂复合材料的性能

双马来酰亚胺树脂预聚体改性的氰酸酯树脂(BMI/CE)具有良好的机械性能和热性能,是一种多功能复合材料树脂基体。本文研究了纳米Si3N4的含量对BMI/CE复合材料力学性能和摩擦学性能的影响,并通过扫描电镜和透射电镜分析了复合材料的增韧机理、磨损机理以及纳米Si3N4在基体中的分散性。结果表明:纳米Si3N4可显著改善复合材料的力学性能和摩擦学性能。当纳米Si3N4含量为3.0wt%时,复合材料的力学性能和摩擦学性能最好。相对于BMI/CE树脂基体,复合材料的冲击强度提高了36.0%,弯曲强度提高了21.8%,摩擦系数降低了25.0%,磨损率降低了77.9%。纳米Si3N4粒子可较好地分散在树脂基体中,起到均匀分散应力的作用,从而增强材料的韧性;BMI/CE树脂为塑性变形和粘着磨损,而纳米Si3N4含量为3.0wt%时复合材料为粘着磨损。     

聚丙二醇二缩水甘油醚对E51树脂力学性能的研究

利用聚丙二醇二缩水甘油醚增韧改性剂与E51共混制备改性树脂,研究聚丙二醇二缩水甘油醚增韧改性剂填量对复合材料常温力学性能及低温力学性能的影响。结果表明,当增韧改性剂填量为20%(质量分数)时,改性树脂的性能最优。在常温下拉伸断裂应变达到了7.5%,与改性前相比提高了82.9%,改性树脂浇注体的常温拉伸强度为93.3MPa,与改性前相比提高了25.2%,压缩强度为129.8 MPa,弯曲强度为116.60 MPa。在低温下改性树脂浇注体的拉伸断裂应变为5.4%,与改性前相比提高了50%,改性树脂浇注体低温拉伸强度为130.4 MPa,低温压缩强度为174.6 MPa,低温弯曲强度为154.9 MPa。     

尼龙无纺布结构化增韧层增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热力学性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160-PNF/3266)复合材料,研究了U3160-PNF/3266复合材料的面内力学性能及湿热老化后的力学性能变化,并分析了复合材料湿热老化前后的层间形貌。结果表明:PNF增韧层的引入并未导致复合材料面内力学性能的下降,与未增韧的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160/3266)复合材料相比,增韧复合材料U3160-PNF/3266的90°拉伸性能有所提高。而湿热老化处理对U3160-PNF/3266复合材料的基体和界面性能影响相对明显,尤其是尼龙纤维与树脂基体之间的界面结合性能,湿热老化处理后增韧复合材料的90°压缩和层间剪切性能保持率均明显低于未增韧复合材料的。     

树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响

制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性增韧树脂含量,探索热塑性树脂增韧颗粒含量对复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响,结果表明,在碳纤维对增韧剂颗粒的过滤效应下,热塑性树脂增韧颗粒会在复合材料层间富集,并且随着热塑性树脂增韧剂含量增加,复合材料层间厚度增大.随热塑性树脂增韧剂含量增加,在层间树脂基体韧性及层间高韧树脂厚度增大的共同作用下,复合材料Ⅱ型层间断裂韧性逐步提升.     

高强高模聚酰亚胺纤维/环氧树脂复合材料力学性能与破坏机制

以高强高模聚酰亚胺（PI）纤维为增强体,以航空级环氧树脂（EP）为基体,通过热熔法制备预浸料并采用热压罐成型技术制备了PI/EP复合材料层合板,对其力学性能和破坏形貌进行了分析。结果表明:高强高模PI纤维与EP具有良好的界面结合力,PI/EP复合材料的层间剪切强度为65.2 MPa,面内剪切强度为68.6 MPa;良好的界面结合状态能充分发挥PI纤维优异的力学性能,PI/EP复合材料的纵向拉伸强度达1 835 MPa,弯曲强度为834 MPa;PI/EP复合材料纵向拉伸破坏模式为散丝爆炸破坏,同时由于高强高模PI纤维还具有优异的韧性和较高的断裂伸长率,PI/EP复合材料从受力到失效断裂的时间较长;PI/EP复合材料纵向压缩破坏模式为45°折曲带破坏。高强高模PI/EP复合材料为航空航天先进复合材料增加了一个全新的选材方案。      

氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热性能及微观形貌

采用湿法预浸技术和模压工艺制备了氧化石墨烯(GO)改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了 GO在室温干态及湿热处理后对CF/EP复合材料动态热力学性能和层间剪切性能的影响,并通过微观形貌分析了复合材料的改性机制.结果表明,当GO添加量分别为0.5％和0.8％时,GO-CF/EP复合材料的玻璃化转变温度(Tg...     

“离位”增韧技术在碳纤维/RTM聚酰亚胺复合材料中的应用

研究了“离位”增韧对RTM聚酰亚胺（PI-9731）树脂基复合材料力学性能的影响。结果表明: 当增韧剂的质量分数为15%时, 经粉末法和薄膜法“离位”增韧G827／PI-9731复合材料的室温层间剪切强度从增韧前的97.9MPa分别提高到108MPa和110MPa, 高温（288℃）层间剪切强度变化不大。G827／PI-9731复合材料经粉末法“离位”增韧后, Ⅰ型断裂能释放率从增韧前的310J/m2提高到410J/m2, Ⅱ型断裂能释放率从增韧前的590J/m2提高到939J/m2。而经过薄膜法“离位”增韧后, 其复合材料的Ⅰ型断裂能释放率提高到459J/m2, Ⅱ型断裂能释放率提高到1100J/m2。经电镜分析表明, 由于热塑性聚酰亚胺的引入, 在复合材料层间区域形成热固/热塑相反转结构, 在裂纹扩展的过程中, 包覆热塑性聚酰亚胺的PI-9731粒子发生明显取向和变形, 从而提高韧性。      

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。     

Al颗粒夹层CFRP复合材料力学及电磁屏蔽性能EI北大核心

CFRP复合材料具有优异的力学性能,在航空航天装备中有广泛应用,但是因其单层铺层内部的结构各向异性,单向纤维铺层对于垂直极化波的电磁屏蔽效能较弱。为应对日益复杂的电磁环境,保护电子元器件不受干扰,增强复合材料的电磁屏蔽效能显得尤为重要,本工作利用非连续Al颗粒在层间面内紧密排列,构建了一种层间面内含连续Al屏蔽层的CFRP复合材料,并研究了不同Al颗粒含量对复合材料电磁屏蔽效能和力学性能的影响规律。结果表明,随着Al颗粒含量的增加,CFRP复合材料的导电性和电磁屏蔽效能也随之增加,当聚合物中Al颗粒质量分数达到33.3%时,复合材料的面内电导率提高了3个数量级,在垂直于纤维方向上对频率为3~17 GHz的电磁波的电磁屏蔽效能提高了10 dB以上。随着Al颗粒含量的增加,复合材料层间剪切强度与弯曲强度出现先上升后下降的变化规律,当树脂中Al质量分数为33.3%时,复合材料的层间剪切性能提高了5.2%达到80.5 MPa,当树脂中Al质量分数为50%时,复合材料的弯曲强度提高了20%至1441.0 MPa,弯曲模量提高了10.2%达到101.83 GPa。由此可见,Al颗粒夹层CFRP复合材料可以实现力学性能和电磁屏蔽效能的同步提升,是一种具有广泛应用前景的结构-电磁屏蔽一体化复合材料。     

碳纤维/TiO2改性树脂复合材料的制备及力学性能

针对环氧树脂脆性大、与碳纤维形成的界面性能较差等问题,本文选用纳米TiO₂对5284环氧树脂进行改性,并以角联锁机织物为增强体制备了碳纤维/环氧树脂复合材料。使用FT-IR、旋转流变仪、表面张力仪等设备对TiO₂/环氧树脂进行表征,并研究了树脂改性对复合材料压缩与层间剪切性能的影响。研究表明：TiO₂的羟基与环氧树脂的环氧基和羟基发生了反应;经1wt.%TiO₂改性的树脂复数黏度为0.066 Pa·s,纤维与树脂间接触角为28.85°,浸润效果较好;相较于未改性复合材料,树脂改性的复合材料纵向压缩强度与模量分别提高了7.46%和11.03%,横向压缩强度与模量分别提高了6.99%和4.96%,纵向、横向的剪切强度分别提高了6.88%和4.65%。TiO₂改性环氧树脂提高了复合材料的承载能力,改善了界面结合强度。     

Electrospun nanofibre toughened carbon/epoxy composites: Effects of polyetherketone cardo (PEK-C) nanofibre diameter and interlayer thickness

Polyetherketone cardo (PEK-C) nanofibres were produced by an electrospinning technique and directly deposited on carbon fabric to improve the interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composites. The influences of nanofibre diameter and interlayer thickness on the Mode I delamination fracture toughness, flexure property and thermal mechanical properties of the resultant composites were examined. Considerably enhanced interlaminar fracture toughness has been achieved by interleaving PEK-C nanofibres with the weight loading as low as 0.4% (based on weight of the composite). Finer nanofibres result in more stable crack propagation and better mechanical performance under flexure loading. Composites modified by finer nanofibres maintained the glass transition temperature (T_g) of the cured resin. Increasing nanofibre interlayer thickness improved the fracture toughness but compromised the flexure performance. The T_g of the cured resin deteriorated after the thickness increased to a certain extent.     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

碳纳米管加入方式对碳纤维/环氧树脂复合材料层间性能的影响

针对碳纤维/环氧树脂预浸料,对比了直接在树脂中加入碳纳米管(CNTs)后制备预浸料以及将CNTs喷涂在预浸料表面2种CNTs加入方式对CNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料层合板I型与II型层间断裂韧性及层间剪切强度的影响。通过对树脂黏度、固化反应以及玻璃化转变温度的考察,分析了CNTs含量对树脂性能的影响,考察了添加方法对CNTs长度与形态的影响。分析了2种CNTs加入方式对CNTs-碳纤维/环氧树脂层合板断裂韧性及层间剪切强度的改善效果与作用规律。结果表明:CNTs的加入使树脂的黏度提高,固化反应程度下降;2种分散方法对CNTs的长度与形态无明显影响;直接在树脂中加入CNTs对CNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料I型与II型层间断裂韧性的提高效果低于在碳纤维/环氧树脂预浸料表面喷涂CNTs的方式,后者的CNTs利用率较高;由于CNTs团聚及对树脂固化反应的影响,CNTs含量过高会使得其对CNTs-碳纤维/环氧树脂层合板的增韧效果下降。     

Mode I and mode II fracture toughness of E-glass non-crimp fabric/carbon nanotube (CNT) modified polymer based composites

In this study, mode I and mode II interlaminar fracture toughness, and interlaminar shear strength of E-glass non-crimp fabric/carbon nanotube modified polymer matrix composites were investigated. The matrix resin containing 0.1 wt.% of amino functionalized multi walled carbon nanotubes were prepared, utilizing the 3-roll milling technique. Composite laminates were manufactured via vacuum assisted resin transfer molding process. Carbon nanotube modified laminates were found to exhibit 8% and 11% higher mode II interlaminar fracture toughness and interlaminar shear strength values, respectively, as compared to the base laminates. However, no significant improvement was observed for mode I interlaminar fracture toughness values. Furthermore, Optical microscopy and scanning electron microscopy were utilized to monitor the distribution of carbon nanotubes within the composite microstructure and to examine the fracture surfaces of the failed specimens, respectively.