海南地区T700/5288炭纤维复合材料自然老化性能研究

针对南海地域的自然环境,将T700/5288炭纤维增强环氧树脂复合材料放置于海南省万宁市,经过自然老化3年后,研究其微观形貌、力学性能与热性能等。研究表明,由于热氧老化与光氧老化的存在,复合材料表层环氧树脂出现了化学降解,表面纤维发生裸露,起毛等现象,老化试样纵向压缩强度降低19%,横向压缩强度降低14%,其他表征力学性能基本不变,玻璃化转变温度降低了27℃。     

国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.     

不同热氧环境对T800碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响EI北大核心CSCD

不同热氧环境(70,130,190℃)对碳纤维复合材料的性能有着重要的影响。分析了不同热氧环境下T800碳纤维/环氧树脂复合材料的失重特性,并对比了老化前后的表面形貌、红外光谱、动态力学性能和层间剪切性能。结果表明:在热氧老化初始阶段,质损率急速上升,老化温度越高质量损失越快;试样表面形貌随热氧温度的升高其破坏程度逐渐加剧,在190℃老化后,纤维表面树脂脱落严重,纤维与纤维之间出现裂缝空隙,无树脂填充,在此老化温度下,试样发生了不可逆化学变化;试样的玻璃化转变温度会随老化温度的升高而变大,但内耗呈现先降低后增大再降低的趋势,在70,130,190℃热氧老化后试样剪切强度分别提高6.0%,13.7%和2.1%。相关实验结果和实验现象可为后续研究新型国产T800碳纤维/环氧复合材料提供数据参考。     

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5％(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响.结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5％NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82％和0.67％;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5％NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8％,压缩强度降低4.3％;在3.5％NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1％,压缩强度降低4.7％.在两种溶液老化后试样的Tg降低,但相差不大.此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据.     

海水环境下老化周期对T800碳纤维/环氧树脂复合材料的影响EI北大核心CSCD

研究T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在海水环境中进行湿热腐蚀老化,将制备好的试件放置在人工制备70℃,3.5%NaCl溶液中腐蚀30,60,90 d,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能、压缩实验和层间剪切实验分析材料的力学性能变化。结果表明:T800碳纤维/环氧树脂复合材料在3.5%NaCl溶液中吸湿率分别为0.39%,0.47%,0.53%;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5%NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏随时间的增加老化更加严重;玻璃化转变温度T_(g)下降,分别在老化30,60,90 d后从189.16℃下降到177.54,171.88,168.06℃;经3.5%NaCl溶液老化后,老化30,60,90 d试样的最大破坏载荷分别降低3.2%,8.4%,15.3%,压缩强度分别降低3.0%,8.2%,15.9%;层间剪切最大破坏载荷分别降低3.0%,9.2%,14.9%,剪切强度分别降低3.0%,9.7%,16.4%。     

短玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化性能

通过熔融共混法制备短玻纤增强尼龙10T(SGF/PA10T)复合材料,采用DSC、DMA、红外光谱、力学测试等表征方法对240℃下SGF/PA10T的热氧老化性能进行研究。结果表明:热氧老化使SGF/PA10T的初始结晶温度有所增加,玻纤与PA10T基体之间的界面作用减弱,阻尼性能下降;随着热氧老化时间的延长,复合材料的玻璃化转变温度先增加后减小,通过Arrhenius方程对SGF/PA10T发生玻璃化转变时的活化能进行计算,结果进一步证明热氧老化影响分子链的活动能力,并且PA10T分子链在老化初期发生微交联;同时热氧老化显著降低SGF/PA10T的力学性能,当老化天数为50d时,拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度保持率分别为18.4%,9.8%和37.7%。     

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。     

热氧老化对长玻纤增强尼龙10T复合材料静动态力学性能的影响

通过熔融共混法制备出长玻纤增强尼龙10T（LGF/PA10T）复合材料,并且采用DSC、DMA、SEM和力学性能测试等方法研究了不同热氧老化时间对LGF/PA10T复合材料静、动态力学性能的影响,并对LGF/PA10T复合材料发生玻璃化转变时所需活化能进行了计算。结果表明:虽然在老化初期PA10T分子链之间会发生微交联,材料的刚性略有增加,但在整个老化过程中,分子链断裂、分子量下降起主导作用,在240℃下老化50 d后,LGF/PA10T复合材料的拉伸强度保持率、弯曲强度保持率、缺口冲击强度保持率分别为4.9%、6.3%、9.4%。随着老化时间的增长,玻纤与PA10T基体之间的界面粘接作用减弱,玻璃化转变温度和阻尼性能下降。活化能计算结果表明热氧老化能够改变PA10T分子链的活动能力,降低了LGF/PA10T复合材料的热稳定性。      

阻燃型玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化行为及热降解动力学

研究了不同热氧老化温度(160℃、200℃和240℃)和时间(0~50d)对溴化环氧树脂/Sb2O3协效阻燃短玻纤增强尼龙10T复合材料(PA10T/GF/FR)的热氧老化行为以及热降解动力学的影响。采用力学性能测试、SEM、DMA和TGA分析对老化前后复合材料的动静态力学、微观形貌以及热降解行为进行研究,并使用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算了复合材料的热降解活化能。结果表明:老化过程中基体树脂降解分子量降低,纤维与基体界面性能恶化,复合材料力学性能下降;160℃老化过程部分PA10T分子链发生交联反应,储能模量和玻璃化转变温度(Tg)增加,200℃和240℃下Tg先上升后下降,老化后期树脂分子链以降解为主;活化能计算表明160℃老化50d后复合材料热稳定性提升,200℃老化50d以及240℃老化30d后,复合材料结构破坏严重,热降解行为变化显著。此外,阻燃剂的添加能够提升老化试样的热稳定性。     

碳纤维高温退浆处理对聚酰亚胺复合材料热老化的影响

分别从复合材料热氧化失重、表面和微观形貌、力学性能和玻璃化转变温度等方面，对比研究了碳纤维退浆和未退浆两种状态的聚酰亚胺复合材料在330℃下热老化过程中的性能变化规律及机理。结果表明：碳纤维退浆可以降低聚酰亚胺复合材料的热氧化失重率。碳纤维未退浆的复合材料由于界面层含耐温性低的环氧上浆剂，在热老化过程中界面容易破坏，导致裂纹较多，边缘纤维较快发生脱离。未退浆的复合材料虽然在老化前具有较高的层间剪切强度，但在热老化前期降低较快，退浆的复合材料在200 h老化后层间剪切强度反而更高。两种复合材料老化前的弯曲强度基本相当，但未退浆的复合材料在老化前期弯曲强度下降较快；退浆对弯曲模量影响不大。退浆后的复合材料玻璃化转变温度提高了15℃左右；经热老化后，未退浆的复合材料玻璃化转变温度略有提高，而退浆的复合材料基本不变。因此，对碳纤维进行高温退浆处理有利于提高聚酰亚胺复合材料在高温下长期使用的稳定性。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能及寿命预测

以碳纤维/环氧树脂（T700/TR1219B）复合材料为研究对象,采用湿度场和温度场单一及耦合的方式,研究了不同湿热环境下其弯曲性能的变化,通过断口形貌和表面粗糙度表征,分析其湿热损伤机制。结果表明:T700/TR1219B复合材料的弯曲性能受湿度场和温度场影响明显,当吸湿率达到2%时,弯曲强度从干态的1 440.60 MPa下降到1 081.07 MPa;随温度的升高弯曲性能呈下降趋势,且在玻璃化转变温度T_g所在温度区间发生陡降,当环境温度为180℃时,弯曲模量和弯曲强度分别下降了71.18%和93.32%;高温高湿环境下弯曲性能陡降的温度区间前移,且性能衰减并非单一湿度场和温度场下衰减量的简单叠加。通过微观形貌分析发现,湿度场主要导致树脂水解脱黏,温度场下树脂形态破坏严重,而湿热耦合场对纤维与树脂均产生较大程度的损伤。考虑湿度场和温度及湿热耦合相关项,建立并验证了全湿热场下剩余弯曲强度模型,结合湿热老化时间、环境当量等参数提出T700/TR1219B复合材料的寿命预测模型。      

碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响

为了研究上浆剂和湿热处理对复合材料微观界面性能的影响,通过单丝断裂实验测试去浆处理及湿热处理前后T300、T700SC、T800S碳纤维单丝/环氧树脂体系的界面剪切强度(IFSS),结合扫描电镜测试手段分析了纤维表面物理特性对IFSS的影响.结果表明:去浆及湿热处理均会引起三种单丝复合材料体系IFSS降低,断点形貌由X状向鞘状发生变化,但不同的单丝复合体系IFSS降幅以及断点形貌变化程度不同;去浆后,T700SC/环氧树脂体系IFSS降幅达70.67%,T300/环氧树脂体系仅下降6.05%;湿热处理72 h后,T300/环氧树脂体系IFSS下降幅度最小;湿热作用下,去浆后的单丝/环氧树脂体系IFSS的下降更为显著.     

高强玻纤增强ABS复合材料的制备及性能

以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及玻璃纤维(GF)为原料,以苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)和环氧树脂(E-poxyresin)作为界面相容剂,研究了界面相容剂对玻璃纤维增强ABS复合材料力学性能及界面粘接的影响。结果表明,加入SMA或环氧树脂,玻纤增强ABS复合材料的力学性能明显提高;SMA与环氧树脂复配有明显的协同效果,同时加入SMA和环氧树脂后的复合材料的性能更加优越,界面粘接性能得到很大的改善,在玻纤加入量为30%时,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度较未添加界面相容剂时分别提高了44%、29%、100%。     

高刚度环氧树脂与高模碳纤维的界面相容和性能匹配

自行开发了一种高刚度环氧树脂（5182树脂）,研究了5182树脂的增刚机制、耐热性能和力学性能。结果表明,原位生成的酰亚胺刚性链段及增加的多交联位点提高了5182树脂交联网络的刚性,其玻璃化转变温度达228℃,拉伸模量达到4 375 MPa。采用高刚度5182树脂制备了国产BHM3和东丽M40J高模碳纤维增强高刚度环氧树脂复合材料,考察了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单丝复合材料的界面黏结性能和断面微观形貌,并评价了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单向复合材料的宏观力学性能。结果表明,由于树脂模量的提高及界面破坏区域由碳纤维表面转移到环氧树脂区,高模碳纤维/高刚度环氧树脂复合材料的界面剪切强度最高达106.8 MPa,宏观力学性能优异,尤其弯曲性能和层间剪切强度大幅提高。      

国产T800碳纤维用氰酸酯树脂开发及其复合材料性能

基于飞行器减重对耐高温结构复合材料的应用背景,为了拓展国产T800碳纤维增强氰酸酯复合材料体系的应用,通过对国产T800碳纤维表面上浆剂的分析,开展适于国产T800碳纤维的氰酸酯树脂基体配方设计,研究国产T800碳纤维/氰酸酯复合材料的力学性能和耐热性能,分析树脂基体对复合材料界面性能的影响。结果表明:国产T800碳纤维表面上浆剂中含有环氧基团。配方优化后的氰酸酯树脂与国产T800碳纤维复合后,复合材料的室温-湿态力学性能保持率大于74.8%,200℃力学性能保持率大于57%,玻璃化转变温度为226℃,具有优异的热机械性能和界面性能。     

固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响

研究热压成型过程中,不同固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻纤维在120,140℃和180℃分别处理2h后单纤维拉伸性能发生不同程度的下降。环氧树脂E-51在120,140℃和180℃下固化2h后拉伸性能未发生明显变化。基于环氧树脂的单向亚麻纱线增强复合材料分别在120℃和140℃固化成型时,拉伸强度和冲击强度变化不大。但当固化温度达到180℃时,由于亚麻纤维在高温环境下损伤较为严重,其增强复合材料的拉伸强度和冲击强度均发生明显的下降。然而复合材料的拉伸模量随着成型温度的升高有一定幅度的提升。