耐高温碳纤维复合芯基体树脂研究

碳纤维复合芯导线的卷绕性能主要取决于所用树脂体系的韧性,本文对高温碳纤维复合芯导线所用树脂体系进行了研究。试验结果表明:4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂可以满足碳纤维复合芯的耐高温要求;为了进一步提高碳纤维复合芯导线的安全可靠性,采用核壳结构聚合物对树脂体系进行增韧,使碳纤维复合芯的卷绕性能进一步提高。选用4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂和甲基纳迪克酸酐为主体树脂,加入其他辅料和10份增韧剂所得到的配方,经过拉挤试验及综合性能测试结果表明,本实验采取的树脂配方可以满足拉挤工艺及碳纤维复合芯导线40D卷绕性能要求。     

纤维张力及均匀性对输电导线复合芯性能影响

讨论了碳纤维复合芯拉挤工艺中纤维张力及张力均匀性对复合芯强度及成本的影响。试验利用纤维张力计测定碳纤维复合芯拉挤生产过程中的纤维张力,研究了不同张力条件下碳纤维复合芯抗拉强度、卷绕性能与张力关系,同时通过控制纤维张力的均匀性研究纤维张力均匀性与复合芯径向耐压强度的关系。试验结果表明,纤维张力的大小及均匀性对拉挤复合芯棒综合性能具有明显的影响,复合芯拉伸强度随着纤维张力的增加逐渐增加,当张力控制在0.6%纤维强力时为最佳制备工艺;纤维张力的均匀性提高,且复合芯棒的径向耐压性能提高。通过控制纤维张力可以相应减少碳纤维原材料用量,达到降低碳纤维复合芯成本的目的,有利于碳纤维复合芯导线的大规模推广应用。     

碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体

设计了一系列针对碳纤维湿法缠绕的环氧树脂基体,测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能,研究了树脂基体对碳纤维复合材料界面性能的影响.试验结果表明,对韧性树脂体系,树脂基体的模量是发挥纤维强度的关键因素,模量的提升将大幅提高复合材料的综合性能.经复配和优化的树脂体系兼具高模量和高韧性,其T700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2480MPa,T800碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2780MPa,玻璃化温度(Tg)超过200℃,具有优异的界面性能和耐热性能.     

CF/PPS编织复合材料的制备及力学性能研究

采用混编法制备碳纤维(CF)/聚苯硫醚(PPS)混编织物,通过模压成型制备出连续碳纤维增强聚苯硫醚复合板材。研究铺层层数、热压温度、热压时间、树脂含量和处理混编织物的硅烷偶联剂种类对复合板材力学性能的影响,采用万能材料试验机、扫描电子显微镜、SEM-EDS等手段对碳纤维和复合材料层压板进行表征。结果表明碳纤维增强聚苯硫醚复合板材的最佳工艺条件为:铺层层数为20层,热压温度为330℃,热压时间为30 min,树脂质量分数为50.2%;使用硅烷偶联剂KH560处理后,复合板材力学性能显著提高,其拉伸强度和弯曲强度分别为920.1 MPa、890.6 MPa。     

DP590高强钢/碳纤维复合层板制备及拉伸性能研究

采用模压成型工艺,以DP590钢板与碳纤维预浸料成功制备高强钢/碳纤维层板,针对其微观结构和拉伸性能进行了测试,研究了钢板表面粗糙度对层板拉伸强度的影响,并结合DP590高强钢拉伸性能特点与MVF理论提出了层合板拉伸强度预测公式。研究结果表明:所制备的层合板0°碳纤维层、90°碳纤维层、树脂基体、金属基体结合致密。金属基体与碳纤维层之间由树脂填充,起到了良好的粘结作用,微观结构基本无成型不良缺陷,所制备层合板的密度相比DP590高强钢降低达24%,具备明显的减重效果。说明模压成型工艺适用于高强钢/碳纤维复合层板的制备,该类材料具备较大的轻量化潜力。采用喷丸处理提高钢板表面粗糙度可以一定程度提升层合板强度,最大增幅达68 MPa,但钢板粗糙度与层合板平均拉伸强度呈明显的非线性关系。以MVF理论为基础,分别以高强钢抗拉强度、屈服强度、复合层板断裂时高强钢应力值对复合层板强度进行预测,结果发现最高预测误差分别为38.5%、12.8%、8.1%,说明采用塑性较高的金属制备金属/纤维复合层板类结构时,应用MVF理论进行预测应充分考虑金属塑性较高对预测误差的影响。采用复合层板断裂时对应的高强钢应力值代入MVF理论公式可获得更好的拉伸强度预测精度。     

新型扩容导线用玻纤／碳纤复合芯恒温热老化研究

玻纤／碳纤维复合芯热老化是影响新型电力输电导线服役寿命的关键因素。本研究对输电导线玻纤／碳纤复合芯进行了人工加速老化试验,重点研究了老化过程中复合芯质量和机械性能变化,并利用复合芯微观组成变化对老化机理进行了分析。人工加速老化试验结果表明,在160℃进行了6000h高温热老化试验后,复合芯的质量、弯曲强度和拉伸强度保持率分别为96．5％,90．5％与81．5％,新型导线用复合芯表现出优异的耐热老化行为;复合芯的热老化行为与小分子分解速率和氧气扩散反应速率相关,长期热氧老化会腐蚀树脂基体,在复合芯表面形成疏松的玻纤层,进而影响到复合芯的机械性能。     

新型导线用碳纤维复合材料的拉挤成型工艺技术研究

对影响碳纤维复合芯导线拉挤成型工艺的树脂体系在模具内的非稳态温度场进行了深入研究,并分析了拉挤成型过程中容易出现的缺陷及原因。     

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。     

快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的性能

利用差示扫描量热分析仪研究了一种快速固化环氧树脂体系的固化工艺参数,确定了以真空辅助树脂灌注工艺制备快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的成型方法,并与常规固化环氧树脂体系制备的碳纤维复合材料进行对比,采用傅里叶变换红外光谱仪对两种材料的树脂基体进行了分析,考察了两种复合材料的纤维含量、孔隙率及力学性能,最后通过扫描电子显微镜观察了快速固化树脂基体与碳纤维的界面结合性。结果表明,快速固化树脂在99℃下固化6 min后固化度可达96%,能够大幅缩减碳纤维复合材料的成型时间,以其制备的碳纤维复合材料拉伸强度比常规固化环氧树脂复合材料高11.20%,弯曲强度高16.92%,纵横剪切强度高7.44%,快速固化树脂与碳纤维界面结合性良好。     

架空导线用碳纤维复合芯固化剂应用研究

将甲基四氢苯酐固化剂与柔性固化剂按一定比例复配,用于碳纤维复合芯环氧树脂基体的增韧改性。采用傅里叶变换红外光谱分析固化剂的结构;研究了固化剂对碳纤维复合芯冲击强度、卷绕性能、剪切强度及耐温性的影响。结果表明,柔性固化剂含有长链结构的柔性链段,提高了碳纤维复合芯冲击强度、卷绕性能及表观剪切强度,并且对碳纤维复合芯的耐温性影响较小。     

后处理温度对EP/CF复合材料拉伸性能影响

采用模压成型工艺和拉挤工艺制备了加捻碳纤维增强环氧树脂(EP/CF)复合材料,利用微机控制电液伺服万能试验机和扫描电子显微镜研究了不同后处理温度对EP/CF复合材料的拉伸性能和断面微观形貌的影响。研究表明,相对于高温后处理下的EP/CF复合材料,室温后处理下的EP/CF复合材料的拉伸强度较优,其拉伸强度接近890 MPa;而随着后处理温度的升高,EP/CF复合材料的截面和表面显微硬度值呈先上升后下降趋势,当后处理温度为150℃时,其硬度值最优。随着后处理温度的上升,样品的断面形态由撕拉态变为剪切状态,整个断面转变为脆性断面,EP与CF之间的界面变差。较优后处理工艺为低温后处理;同时,常温固化剂下的EP和CF体系选择后处理工艺优化时,后固化温度应接近固化体系温度进行优化处理。     

缝合对碳纤维复合材料性能影响研究

利用芳纶纤维对碳纤维增强环氧树脂复合材料进行缝合,研究了缝合密度、缝合方向和缝合线直径等缝合参数对复合材料拉伸性能、弯曲性能和层间剪切性能的影响。结果表明,缝合密度和缝合方向对材料性能影响较大,材料经缝合后拉伸性能和弯曲性能下降,层间剪切性能提高。     

复合材料摩擦片热衰退机理初步研究

用YSM树脂与碳纤维、钢纤维等均匀混合,压制成纤维增强复合材料摩擦片,按变温测试方法对YSM树脂复合材料摩擦片进行测试.结果认为:升温过程中的力化学作用是摩擦材料发生热衰退的主要原因,摩擦系数μ的变化主要是由摩擦界面性质变化引起的.     

拉挤工艺用耐高温环氧树脂性能研究与开发

本文主要针对拉挤工艺用耐高温环氧树脂,研究了不同耐高温环氧树脂体系的固化动力学,对树脂体系进行了不同组份配比的试验,得到了最佳树脂配方,获得了适合拉挤工艺的树脂体系以及固化工艺温度。研究内容主要包括树脂配方的确定及优化以及复合材料的动态机械性能测试。研究结果为今后碳纤维电缆芯制造用环氧树脂及其配方提供了研究基础。     

基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究

纤维与树脂的界面对复合材料的整体力学性能有着显著的影响。基于NOL环的宏观力学测试一般被用来反映复合材料的界面粘结性能,因此适用于评价纤维与树脂之间的宏观力学性能匹配性。为了探究高性能碳纤维T700SC、T800HB及高强玻璃纤维与环氧树脂的宏观力学性能匹配性,本研究首先根据GB/T 1458—2008国家标准制备NOL环试样,再借助NOL环的拉伸和层间剪切强度测试分析了高性能纤维与环氧树脂不同匹配组合宏观力学性能差异的原因,并寻找出最佳匹配组合。结果表明:玻璃纤维与环氧树脂的界面存在最佳的粘结强度,而且不同粘结强度导致拉伸强度和破坏机理不同,而碳纤维复合材料界面性能较差,容易分层破坏;T800HB与环氧树脂的宏观力学匹配性优于T700SC,环氧树脂力学性能、碳纤维的表面微观结构与性质以及环氧树脂与碳纤维之间的相互作用关系是影响界面粘结性能的根本原因。该研究在高性能纤维单向复合材料的材料选择与设计方面具有现实意义。     

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%。     

碳纤维增强树脂基复合材料性能的研究

以不同含量的二乙烯三胺(DETA)固化的环氧树脂为基体,制备了碳纤维增强树脂基复合材料。通过扫描电镜和红外光谱分析了T-300型碳纤维表面形貌和基团组成。通过拉伸实验、冲击实验对复合材料的力学性能进行了表征;通过紫外老化实验对复合材料的耐候性进行了表征;通过扫描电镜和热重分析对复合材料的断面形貌和耐热性进行了表征。结果表明:碳纤维增强树脂基复合材料具有良好的耐候性、力学性能、而且还具有质量轻、高比强度等一系列优异的性能。     

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3~0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m2,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m2时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5~40 g/m2范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。     

CE/EP/CF复合材料的湿热性能研究

采用溶液预浸渍法分别制备了两种碳纤维(CF)增强环氧树脂(EP)改性氰酸酯树脂(CE)(CE/EP/CF)复合材料,研究了该复合材料的吸湿行为及湿热环境对其力学性能和微观结构的影响。结果表明,CE/EP基体具有比EP更小的吸湿能力;湿热环境对CE/EP/CF复合材料的纵向拉伸强度影响不大,但对其层间剪切强度的影响较为显著。