国产高性能碳纤维表征分析及复合材料力学性能研究EI北大核心CSCD

采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征国产T800级碳纤维A和东丽T800H碳纤维的表面形貌与表面化学特性,对两种碳纤维增强高韧性环氧树脂基复合材料的力学性能进行研究。结果表明,碳纤维表面特性对复合材料界面性能具有显著影响;国产碳纤维A的表面粗糙度和表面化学活性均与东丽T800H碳纤维较为接近,室温条件下两种碳纤维复合材料的界面性能基本相当,说明国产碳纤维复合材料M-A具有良好的界面性能;在130℃湿态条件下,国产碳纤维复合材料M-A的层间剪切强度和90°拉伸强度保持率均略高东丽碳纤维复合材料M-T800H,说明国产碳纤维复合材料M-A的湿热性能良好。     

上浆剂对国产T800级碳纤维增强热固性复合材料界面性能的影响

碳纤维具有力学性能优、密度低、耐腐蚀、耐高温等一系列优异性能,近年来被广泛应用于航空、航天等重要领域。相较于国外的高强中模碳纤维,国内虽有T800级碳纤维与之对应,但是国内对高性能碳纤维的研究工作起步晚,研究尚不充分。上浆剂作为碳纤维表面的重要组成部分,对碳纤维的表面性能有着重要的影响,进而影响复合材料的界面性能。本文采用SEM、TGA、XPS等表征手段,研究分析了上浆剂对国产T800级碳纤维的影响,对碳纤维的表面物化特性及其不同先进树脂基复合材料的微观界面性能进行研究,为国产高性能碳纤维的产品发展提供借鉴意义。     

国产T800碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的界面及力学性能

分别采用日本东丽T800H和国产T800碳纤维作为增强体,采用热压罐工艺制备双马来酰亚胺树脂基复合材料。研究了2种碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明:国产T800碳纤维表面沟槽分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。同时,国产T800碳纤维表面具有较多的含氧官能团,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用。因此,国产T800碳纤维的界面剪切强度较T800H碳纤维高约27%。国产T800/HT-280复合材料的力学性能均普遍高于T800H/HT-280复合材料,其中,90°拉伸强度高约25%,面内剪切强度、弯曲强度高约12%,层间剪切强度高约7%。      

基于表面改性的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接性能

本文通过打磨、喷砂、等离子处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的待胶接面进行改性,分别制备了J-116B胶膜和J-375胶膜的浮辊剥离性能及拉伸剪切性能试验件。测试了不同处理条件下J-116B胶膜和J-375胶膜的剥离和剪切性能。采用SEM对老化前后、未经刻蚀和刻蚀后的剥离试样形貌进行观察。采用接触角测试仪测试了不同表面处理方法对国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面润湿性的影响,并采用XPS光电子能谱分析仪对等离子处理前后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料胶接面表面理化性能进行研究。结果表明:尽管J-375胶膜的室温剥离性能不如J-116B胶膜,但J-375胶膜具有更好的湿热老化性能。等离子处理后的国产T800碳纤维/高韧性环氧树脂复合材料的破坏模式由黏附破坏为主转变为内聚破坏为主,因此使两种胶膜的拉剪和剥离性能均有明显提高。这是由于等离子体处理能够重组复合材料表面的分子链,在胶接表面形成新的活性基团。      

耐高温碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料制备及性能

采用前原位聚合的热塑性聚酰亚胺(PI)改性4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)/4,4′-邻二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系,制备了一种耐高温的改性双马来酰亚胺(BDPI)树脂,研究了BDPI树脂的微观形貌和耐热性能;通过前原位自增强技术制备了T800H碳纤维/BDPI预浸料,通过SEM研究了T800H/BDPI预浸料表面形貌,评价了T800H/BDPI复合材料高低温力学性能和断面微观形貌。结果表明:BDPI树脂满足预浸料加工工艺要求,BDM微米颗粒均匀铺覆于T800H/BDPI预浸料表面,粒径分布为30~70 μm,BDPI树脂固化物的玻璃化转变温度(T_g)为367℃,5%热失重温度(T_d5)为452℃;T800H/BDPI单向复合材料0°拉伸强度、0°拉伸模量和层间剪切强度分别为2 440 MPa、148 GPa和107 MPa,280℃其力学性能保持率分别为66.4%、87.2%和44.1%。      

紫外荧光双马树脂基复合材料的制备及性能

紫外荧光树脂基复合材料可用于航空航天大型复合材料制件牺牲层的制备,减少装配中垫片的使用,并通过牺牲层的荧光显色避免切削时伤及本体铺层.采用热熔法制备了紫外荧光双马树脂及国产T700碳纤维机织物/紫外荧光双马树脂预浸料,采用热压罐法制备了国产T700/紫外荧光双马树脂复合材料.系统研究了未添加紫外荧光粉、添加1.8％含量...     

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。     

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.     

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 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T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

风电叶片用国产碳纤维预浸料的制备及性能研究

本文制备了一种低压成型环氧树脂LTC80体系,对LTC80树脂的耐热性能、粘温特性等进行了研究;和国产碳纤维ZT6F复合制备风电叶片专用预浸料ZT6F/LTC80,对预浸料的物理性能、ZT6F/LTC80复合材料性能进行了研究。结果表明:LTC80树脂具有良好的工艺性能,适用于热熔法制备预浸料;ZT6F/LTC80预浸料适用于低压成型,ZT6F/LTC80复合材料性能优良,国产碳纤维预浸料满足风电叶片的使用要求并成功应用。     

国产T700级碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能

分别以日本东丽T700S和国产T700级碳纤维作为增强体,采用热压罐成型工艺制备了双马来酰亚胺树脂基复合材料。对比研究了两种碳纤维表面物理、化学状态以及复合材料的微观界面性能、层间剪切性能。结果表明,国产T700级碳纤维表面沟槽结构分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。虽然两种碳纤维的含氧官能团相当,但国产T700级碳纤维表面元素氧碳比较高,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用,其界面剪切强度较T700S碳纤维复合材料高约14%,复合材料的层间剪切强度高约19%。     

石墨烯改性碳纤维树脂基复合材料的制备和性能评价EI北大核心CSCD

以石墨烯预浸料作为功能层,铺贴在碳纤维预成型体表面,通过热压罐共固化成型的方法,制备石墨烯改性碳纤维树脂基复合材料。利用超声扫描、金相电镜、四探针、矢量网络分析仪和万能材料试验机等测试手段研究石墨烯预浸料对复合材料内部质量、电磁屏蔽性能和力学性能的影响。实验结果表明:石墨烯预浸料的加入,并不会影响到复合材料的内部质量,并且石墨烯功能层和碳纤维结构层之间具有良好的界面相容性。在此基础上,石墨烯预浸料作为功能层,利用其优异的导电性能,可以使得复合材料的电磁屏蔽性能显著提高。当加入G105/3234石墨烯预浸料时,复合材料的电磁屏蔽效能由27.7 dB提高到64.7 dB。与此同时,改性后的碳纤维树脂基复合材料仍然可以保持良好的力学性能。     

国产ZT7H碳纤维表面状态及其复合材料界面性能

目前我国在高性能碳纤维研发生产方面已取得了突破性的进展。本文选用不同批次和牌号的国产ZT7H碳纤维,对其进行去浆和上浆处理,并制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,探究国产H1型上浆剂对ZT7H碳纤维表面形貌和微观界面性能的影响及不同牌号碳纤维复合材料界面性能的差异。研究表明,H1上浆剂增加了碳纤维表面粗糙度和极性组分含量,增强了湿热老化前后复合材料的微观界面力学性能。同时,碳纤维织物的编织方式对其复合材料的静态力学性能和界面性能有很大影响。实验证明,国产ZT7H碳纤维的性能已超过东丽T700碳纤维,但其加工工艺性仍有待提升。      

国产工装预浸料在复合材料模具上的应用研究

近些年，随着国内碳纤维复合材料模具需求的不断增长，国产工装预浸料的研发和应用备受关注。使用国产GE15环氧树脂基工装预浸料，进行环氧成型模的结构和铺层设计，并对生产工艺过程进行研究，成功完成了一套复合材料模具的试制。针对完成的环氧成型模进行气密性和型面精度实验，发现气密性满足模具30min内绝对真空变化值≤17kPa的要求；以母模实测模型为基准，环氧成型模的常温型面扫描数据范围最大为-0.2～0.214mm,相对精度较高，可以满足使用要求。     

国产碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能

应变不变量失效理论是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论, 广泛应用于复合材料结构失效分析。根据该理论, 建立了碳纤维增强树脂基复合材料微观力学模型, 获取树脂基体和纤维不同位置的机械应变放大系数和热应变放大系数。对国产复合材料CCF300/5228、CCF300/5428和T700/5428不同铺层角单向层合板进行拉伸试验, 并根据试验结果得到对应复合材料的应变不变量性能。分析了增强体纤维和树脂基体对复合材料应变不变量性能的影响; 并将应变不变量失效理论应用于国产复合材料失效分析。结果表明碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能中的第一应变不变量和基体Von-Mises应变临界值取决于树脂, 而纤维Von-Mises应变临界值取决于增强体纤维; 应变不变量失效理论能够用于国产复合材料失效分析。      

碳纤维/环氧树脂复合材料高速冲击性能

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备碳纤维/环氧树脂复合材料,通过空气炮冲击实验研究树脂韧性和碳纤维类型对复合材料抗高速冲击性能的影响,并对高速冲击后的试样进行压缩性能测试,研究高速冲击损伤对复合材料剩余压缩性能的影响。结果表明:树脂的韧性可以降低复合材料遭受高速冲击时的内部损伤程度,大幅提高复合材料的抗高速冲击性能和冲击后剩余压缩性能;T700S碳纤维增强复合材料抗高速冲击性能优于T800H碳纤维增强复合材料;复合材料的破坏模式与冲击速率有关,冲击速率较低时,复合材料弹击面出现圆形凹坑,背弹面出现鼓包;冲击速率较高时,复合材料弹击面出现圆形通孔,背弹面出现沿纤维方向撕裂断口。     

YPH-23环氧树脂/预浸料的等温固化动力学研究

针对预浸料碳纤维树脂基复合材料成型的特点,采用差示扫描量热法(DSC)研究了碳纤维/YPH-23环氧树脂预浸料的DSC曲线,并与纯树脂的DSC曲线进行对比分析。研究结果表明:预浸料的DSC曲线与纯树脂存在差异;预浸料在130~160℃范围内的固化反应符合自催化固化反应模型,固化反应活化能为45.560kJ/mol;预浸料的动力学研究结果更能反映实际复合材料制造成型过程中的特征,可为实际复合材料的成型工艺优化提供参考。     

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。     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法, 利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和, 解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题。分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量, 考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能, 并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较。结果表明: 单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致; 双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能, 且二者得到的变化规律一致; 湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势, 国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系。     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法,利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和,解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题.分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量,考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能,并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较.结果表明:单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致;双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能,且二者得到的变化规律一致;湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势,国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系.