碳玻混杂纤维复合材料力学和树脂浸润研究

通过设计不同混杂比的碳玻混杂纤维复合材料,分析研究了不同混杂比对复合材料拉伸、压缩、剪切和弯曲性能的影响,除强度混杂效应外,总的来说性能随着碳纤维比例的增大而增加。不同混杂比的复合材料老化28 d后,0°方向拉伸强度和90°方向拉伸模量变化较小,0°方向拉伸模量增加50%,90°方向拉伸强度降低26%,剪切强度降低28%。此外,树脂浸润性研究表明,质量分数为30%的碳玻混杂纤维在0°和90°方向上树脂灌注速度比玻璃纤维分别降低13%和22%。     

国产高强高模PAN基碳纤维预浸料的制备及性能研究

以国产CNI QM55高强高模聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、氰酸酯树脂为原料,利用热熔法制备高强高模PAN基碳纤维预浸料,通过纤维面密度、树脂含量、挥发分含量等来评价预浸料的物理性能,结合单向板的微观形貌与层间剪切强度分析单向板的界面结合性能,并对预浸料铺制单向板的力学性能进行表征。结果表明：CNI QM55碳纤维预浸料的纤维面密度为145 g/m²,树脂质量分数为35.5%,挥发分质量分数为0.164%,预浸料的物理性能满足复合材料的性能要求;以CNI QM55碳纤维预浸料制备的单向板0°拉伸强度为2 429 MPa, 0°拉伸模量为328.4 GPa,弯曲强度为1 171 MPa,弯曲模量为280 GPa,压缩强度为783 MPa,压缩模量为257 GPa,层间剪切强度为65.2 MPa,具有较好的界面黏接性能和力学性能,可满足加工应用要求。     

PBO/T700层间混杂复合材料弯曲及压缩性能研究

研究了PBO纤维与T700碳纤维层间混杂复合材料的弯曲性能和压缩性能。利用材料万能试验机研究了混杂复合材料的弯曲强度和弯曲模量、压缩强度和压缩模量随混杂比的变化情况,同时对混杂复合材料的弯曲破坏和压缩破坏模式进行了研究。研究结果表明,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料的弯曲强度从542MPa增大到1120MPa,压缩强度从233.2MPa增大到702MPa;PBO纤维复合材料和T700碳纤维复合材料弯曲和压缩试样的破坏模式分别表现为典型的韧性破坏和脆性破坏,PBO/T700层间混杂复合材料的弯曲和压缩破坏模式随着混杂比增大,逐渐从韧性破坏转变为脆性破坏。     

多向GF/CF混杂复合材料拉压力学性能研究

采用工程上常用的铺层角度,设计7组不同的铺层方式,通过拉伸与压缩实验研究了多向玻璃纤维(GF)/碳纤维(CF)混杂复合材料的拉伸和压缩性能,得到了拉伸与压缩过程中力–位移曲线图及相应的破坏形貌。提出了铺层角度混杂比(CF相对体积分数)的概念,研究了不同铺层角度的混杂比对复合材料拉伸和压缩性能的影响。结果表明,多向纤维混杂复合材料的拉伸与压缩性能与总混杂比无明显关系,而与不同铺层角度各自的混杂比有关。其中,0°铺层混杂比对其影响最大,90°铺层混杂比影响最小,±45°铺层混杂比的影响介于两者之间。当0°铺层混杂比为100%时,复合材料的拉伸与压缩性能最高,拉伸破坏表现为一次破坏,破坏时层间分离的程度最低;当0°铺层混杂比低于100%时,复合材料的拉伸破坏表现为二次破坏。复合材料的压缩破坏大多表现为一次破坏,且在破坏时GF的破坏大多表现为"屈曲失稳"的形式,从而减缓了CF的脆性断裂程度。     

热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

分别利用材料万能试验机和DMA研究了热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学行为的影响。静态力学性能测试结果表明,经热空气老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和压缩强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为12.7%和6.9%,拉伸模量从126 GPa增大到145 GPa,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化较小。DMA测试结果表明,热空气老化使PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性和刚性提高,随着老化时间的增加,E'向低温方向移动,E″向高温方向移动,说明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。     

风电叶片用碳/玻层内混杂VARI成型复合材料结构与性能研究

采用真空辅助树脂灌注成型(VARI)工艺制备碳纤维/玻璃纤维(碳/玻)层内混杂织物的复合材料层合板,系统研究了不同混杂比的层内混杂复合材料的结构与性能。结果表明,随着碳纤维含量的增加,碳/玻层内混杂复合材料的0°拉伸强度逐渐增加而90°拉伸强度稍有下降;0°压缩强度和压缩模量均有上升;弯曲强度稍有降低而弯曲模量逐渐升高;层内剪切强度几乎维持不变;混杂复合材料的储能模量在混杂比达到1∶1时最高,随碳纤维含量继续增加而下降,碳纤维含量的提高也使混杂复合材料的内耗峰明显下降,界面阻尼降低;扫描电子显微镜观察复合材料90°拉伸断裂截面发现,不同混杂比的层内混杂复合材料中环氧树脂对纤维浸润充分,几乎没有观察到纤维拔出与基体的气孔缺陷。     

芳纶Ⅲ纤维及其混杂碳纤维复合材料的压缩性能研究

对比研究了芳纶Ⅲ纤维复合材料、芳纶Ⅲ纤维/T800碳纤维混杂复合材料、T800碳纤维复合材料单向板压缩性能,以及三种状态下缠绕的150 mm容器轴压性能。结果表明:混杂复合材料压缩强度和模量随混杂比(VCF)的增大而增加,当VCF为28.5%时,混杂复合材料单向板压缩强度比芳纶Ⅲ纤维复合材料提高57%,压缩模量提高20.9%;混杂复合材料150mm容器(VCF=46%)轴压破坏载荷达到138.6 k N,比芳纶Ⅲ纤维复合材料150 mm容器的轴压破坏载荷提高18.5%,但仍为混杂负效应。     

混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究

采用热压成型工艺制备单一碳纤维、碳纤维/玻璃纤维(CF/GF)和碳纤维/Kevlar纤维(CF/KF)均质和非均质混杂增强环氧树脂基复合材料,通过三点弯曲、层间剪切、低速冲击及冲后压缩性能测试,研究纤维组分、混杂结构和混杂比对复合材料力学性能及低速冲击性能的影响。结果表明,单一碳纤维复合材料力学性能最佳,其弯曲模量、弯曲强度和层间剪切强度分别达到66.16 GPa、830.35 MPa和42.73 MPa,而CF/GF混杂结构性能总体优于CF/KF混杂结构,内层混杂结构性能优于外层混杂结构;单一碳纤维复合材料低速冲击性能较差,其冲击损伤凹坑深度最高可达混杂结构的3.5倍,对应的分层阈值为2 723.53 N;CF/KF均质混杂结构的剩余压缩强度最大,而单一碳纤维复合材料则最小,对应数值分别为0.92和0.79。     

三维正交机织玄武岩/芳纶混编复合材料的拉伸和剪切性能研究

本文设计和制作了两种混杂模式的三维正交机织玄武岩/芳纶混编复合材料,分别是层间混杂和层内混杂模式。对其拉伸性能和剪切性能进行了测试和分析,结果表明,层内混杂复合材料的拉伸性能和剪切性能比层间混杂复合材料的好,层内混杂复合材料的归一化强度和归一化模量分别比层间混杂复合材料的高22.12%和16.9%,层内混杂复合材料的剪切强度和剪切模量分别比层间混杂复合材料的高19.61%和26.03%;对于层间混杂复合材料,纬向的归一化强度比经向的高4.06%,但厚度方向上纱线的存在和织造工艺中经纱预加张力的影响,使纬向的归一化模量比经向的降低11.44%。     

玻璃纤维布/苎麻纤维布混杂增强不饱和聚酯树脂的研究

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强不饱和聚酯(UP)树脂制备复合材料,研究玻纤布与苎麻布的相对比例及偶联剂处理对复合材料力学性能的影响,研究了不同复合材料的吸水性并与玻璃纤维复合材料和苎麻纤维复合材料二者进行了比较。结果表明,混杂纤维增强复合材料的拉伸强度、拉伸模量随混杂纤维中苎麻布含量的增加而下降,弯曲强度及弯曲模量在混杂纤维中苎麻布与玻纤布的比例为10∶20和15∶15时分别达到最大值188.09 MPa和1.56 GPa;所有偶联剂处理均可明显改善复合材料的拉伸模量及弯曲模量,硅烷类偶联剂的效果更佳,NDZ401可使复合材料的拉伸强度得到最大幅度(37.66%)的提高,而KH570及NDZ401对改善弯曲强度效果最佳;复合材料吸水后,厚度变化率大于宽度变化率,温度升高,复合材料吸水后尺寸变化率及吸水率均增大,混杂纤维复合材料的吸水率与玻纤布复合材料的吸水率相近,远低于苎麻布复合材料的吸水率。     

纤维束丝数对平纹编织C/SiC复合材料力学性能的影响

通过对2种丝束平纹编织碳纤维布增强SiC（C/SiC）复合材料的力学性能实验,研究了纤维束丝数（1 k和3 k）对复合材料性能的影响.实验结果表明：1 k C/SiC复合材料的拉伸模量、拉伸强度、压缩模量、压缩强度、面内剪切强度和弯曲强度分别为90.8 GPa,281.8 MPa,135.8 GPa,452.2 MPa,464.3 MPa和126.8 MPa,分别比3 k C/SiC高39%,15.8%,25%,132%,29.3%和30.2%.纤维束粗细不同是导致纤维束弯曲度和复合材料孔隙率差异的主要原因,对压缩强度的影响最大,对拉伸强度的影响最小.     

玄武岩纤维/酚醛树脂基复合材料性能研究

对玄武岩纤维增强酚醛树脂基复合材料进行了实验研究。制备了连续玄武岩纤维平纹织物增强酚醛树脂复合材料。研究了胶含量对玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料拉伸、压缩和层间剪切强度等力学性能、耐烧蚀性能的影响。利用SEM对复合材料压缩、层间剪切破坏断口和烧蚀试样的微观形貌进行了分析。研究结果表明,玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料具有较好的界面性能,树脂含量在36%时CBF/酚醛树脂复合材料的力学性能最佳,线烧蚀性率和质量烧蚀率最低。     

F-12/碳纤维层间混杂NOL环复合材料研究

本文以ＮＯＬ 环研究了Ｆ－ １２／ 碳纤维混杂复合材料的拉伸性能和剪切性能。试验结果表明,拉伸强度表现出混杂负效应,而剪切强度表现出混杂正效应,两种强度的混杂效应都随混杂比的增大而降低。纤维混杂可以改变材料的破坏模式。     

PBO纤维与石英纤维混编增强氰酸酯树脂基复合材料的研究

结合PBO纤维增强树脂基复合材料优异的介电性能和石英纤维增强树脂基复合材料优异的力学性能,本文设计了石英纤维与PBO纤维体积比55∶45混合编织,同时采用空气气氛对混编纤维表面进行等离子体处理,等离子体处理工艺为400W/10min,制备的氰酸酯树脂复合材料力学性能较纯PBO纤维增强氰酸酯树脂复合材料具有更加优异的性能,弯曲强度提高了62%,层间剪切强度提升了231%,大大加快了PBO纤维复合材料在透波复合材料领域的应用步伐。     

单丝定向铺放机针刺伤对复合材料力学性能的影响

为研究单丝定向铺放机针刺伤对复合材料板材力学性能的影响,本文以碳纤维和环氧树脂为增强材料和基体树脂,根据实际生产中出现的机针刺伤从低到高逐渐变化,设计制备了五种不同机针刺伤等级的预制体,并利用真空辅助模塑成型工艺(VARI)制备复合材料板材。通过测试材料截面C扫图,以及拉伸和压缩性能,结合断裂截面SEM图,分析机针刺伤对复合材料板材力学性能的影响机理。结果表明:当针距为10 mm单次缝合时,刺伤程度最小,材料拉伸断裂时纤维抽拔较多,材料拉伸强度和压缩强度最低。当针距由10 mm减小至8 mm时,缝合针数增加,刺伤程度增加,拉伸断裂时纤维抽拔减少,拉伸强度提升约30%,拉伸模量提升10%;压缩断裂截面基体破损减少,压缩强度提升了20%,压缩模量提升25%;当针距减小至4 mm时,复合材料的拉伸性能和压缩性能变化很小;当针距不变,缝合次数增加1倍时,复合材料的拉伸强度及拉伸模量变化均低于5%,压缩强度基本不变,压缩模量下降5.7%。在保证材料尺寸稳定及机针刺伤对预制体力学性能的前提下,选择8 mm针距有助于提高生产效率。     

弹性固化环氧树脂体系及其复合材料研究

制备了一种体育用品用弹性固化EP(环氧树脂)体系,并着重探讨了其与碳纤维制成的复合材料的相关性能。研究结果表明:弹性固化EP体系的相对最佳固化温度为113.5~147.0℃,95~110℃时固化度超过90%;复合材料的横向拉伸强度60.00 MPa、拉伸弹性模量≥8.20 GPa、弯曲强度≥1.50 GPa、弯曲弹性模量110.00 GPa和层间剪切强度82.00 MPa,经98℃水煮48 h后,复合材料的弯曲性能和层间剪切强度与国内外同类产品(150℃固化40 min)的性能相当;纤维表面有树脂附着,并且有部分树脂浸润纤维,说明该弹性固化EP体系与碳纤维之间的浸润效果良好。     

玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料的拉伸及低速冲击性能研究

本文采用真空辅助树脂渗透成型(VARI)工艺成型了0°/90°玻璃纤维经编织物和0°/90°碳纤维经编织物不同混杂比的复合材料板,并探讨了混杂比、混杂方式等因素对碳-玻纤混杂纤维复合材料的拉伸性能及低速冲击性能的影响。研究结果表明:少量碳纤维的加入便可很好地改善纯玻璃纤维材料的拉伸和冲击性能;同种混杂比下,玻璃纤维铺覆表面的层间混杂结构拥有最好的拉伸性能;对于低速冲击性能来说,随着试样中碳纤维含量的增加,冲击能降低,扩展能降低,韧性指数降低,冲击后剩余压缩强度增大;碳纤维、玻璃纤维含量相接近时,玻璃纤维铺覆表面的层间混杂结构表现出较好的抗低速冲击性能;碳纤维、玻璃纤维含量相差较大时,玻璃纤维铺覆表面的夹芯结构的抗低速冲击性能较好。     

F—12／碳纤维层混杂NOL环复合材料研究

本文以ＮＯＬ环研究了Ｆ－１２／碳纤维混杂复合材料的拉伸性能和剪切性能。试验结果表明,拉抻强度表现出混杂负效应,而剪切强度表面出混杂正效应,两种强度的混杂效应都随混杂比的增大而降低。纤维混杂可以改变材料的破坏模式。     

碳纤维织物在室内空间中的设计与性能研究

为了将现代碳纤维织物应用于室内空间设计,对比分析了编织角度和纤维含量对单向编织对称铺层复合材料和二维编织对称铺层复合材料拉伸强度、拉伸模量和破坏模式的影响。结果表明,单2试样的最内层和最外层角度的差值高于单1和单3试样,造成纤维体积分数明显减小,拉伸强度明显降低;二维2试样的最内层编织角相较于二维1和二维3分别增加5o和3o,最内层编织角都相比增加了3o,纤维体积分数分别减小3.02%和2.87%,拉伸强度分别减小30.22MPa和7.7MPa;编织角和纤维含量都会对单向编织对称铺层复合材料和二维编织对称铺层复合材料的拉伸强度和拉伸模量造成显著影响。相较于单向编织对称铺层复合材料,二维编织对称铺层复合材料中的裂纹或者裂缝变得杂乱无章,但破坏最严重的区域都出现在外侧,而1/2宽度处的破坏相对较轻。     

芳纶、碳纤维混杂工艺对环氧复合材料拉伸性能的影响

研究了铺层参数及纤维表面处理对芳纶纤维、碳纤维混杂增强环氧复合材料(简称混杂复合材料)纵向拉伸性能的影响。结果表明，该混杂复合材料的纵向拉伸强度均低于混合定律的预测值，表现出明显的混杂负效应。铺层顺序对材料纵向拉伸强度及断裂伸长率有显著影响，界面数越多，纵向拉伸强度和断裂伸长率越大；界面粘接性能的改善可提高混杂复合材料的拉伸强度和断裂伸长率，但对它的弹性模量没有显著影响。