E51环氧树脂基碳纤维复合材料力学性能研究

以2种碳纤维为原料制成E51环氧树脂基碳纤维复合材料,研究了复合材料的力学性能,结果表明,C-1107碳纤维布增强的树脂复合材料拉伸性能明显优异,平均拉伸强度达到599.52 MPa,平均拉伸模量达到66 728.89 MPa。而A100碳纤维布增强的环氧树脂层间剪切强度稍高,平均层间剪切强度达到45.96 MPa。     

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%。     

碳玻混编单向复合材料的性能分析

采用碳纤维质量含量分别为7.4%、10.7%、13.8%的三种碳玻层间混编单向织物制备了纤维增强环氧树脂复合材料,分析了该类材料的力学性能与工艺性能。结果表明:碳玻层间混编复合材料的0°拉伸模量和0°压缩模量均随碳纤维含量的提高而升高,掺入碳纤维后碳玻混杂复合材料的0°拉伸强度比纯玻纤复合材料的有所降低,但随碳纤维含量的增加而升高,碳玻层间混编复合材料的0°压缩强度则没有明显的变化规律;掺入碳纤维后,碳玻层间混编复合材料的90°拉伸强度和模量均有所下降;低碳纤维含量的碳玻层间混编单向织物具有良好的Z向渗透性能。该类新材料未来有望在风电叶片结构减重和成本优化上发挥重要作用。     

环氧树脂的力学性能对单向复合材料层压板某些机械性能的影响

本文通过试验及微观力学强度理论分析指出,单向复合材料层压板的拉伸强度和层间剪切强度主要受树脂基体拉伸弹性模量控制。     

厚截面复合材料固化温度不均匀性对力学性能的影响

通过对厚截面复合材料层合板不同部位设置隔离膜与热电偶的方法来测试厚截面复合材料在固化过程中沿厚度方向的温度分布。采用横向拉伸和短梁剪切测试手段,研究了厚截面复合材料制件固化过程中沿厚度方向的温度不均匀性对力学性能的影响规律,并通过扫描电子显微镜(SEM)分析了层合板力学性能测试后的断面微观形貌。结果表明,厚截面复合材料固化过程中沿厚度方向存在明显的温度梯度,随着温差的增加,拉伸强度、层间剪切强度力学性能呈下降趋势。以上层合板为参考对象,当层合板沿厚度方向温差为20.6℃时,其横向拉伸强度相差7.4%,层间剪切强度相差6.8%;当层合板沿厚度方向温差为10.2℃时,其横向拉伸强度相差3.8%,层间剪切强度相差3.4%。这是由于固化温度过高,树脂与碳纤维界面的结合强度降低。该研究为厚截面复合材料制件热压罐成型过程中温度场均匀调控的必要性提供了重要的实验依据及理论参考。     

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。     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学陛能的影响

以^60Co γ-射线为辐照源对碳纤维（CF）表面进行处理，利用扫描电子显微镜（SEM）观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断付；通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度（ILSS）的影响，并根据GB/T 3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复照拉伸强度的变化。结果表明：辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善，在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS，但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性；当辐照剂量小于250kGy时，碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

改性EP/S–GF单向复合材料缠绕成型工艺及性能

以4,4’-二氨基二苯甲烷、苯酚和甲醛为原料合成二胺型苯并恶嗪(MDA–BOZ),并用其改性环氧树脂(EP)。采用湿法缠绕成型方法制备单向高强玻璃纤维(S–GF)增强改性EP基复合材料。用T–β外推法和凝胶化时间法确定了复合材料的成型工艺,并测试了其在室温和高温下的拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度等力学性能。与EP/4,4’–二氨基二苯砜(DDS)/S–GF复合材料相比,EP/MDA–BOZ/DDS/S–GF复合材料综合力学性能有较大提高。EP/MDA–BOZ/DDS/S–GF复合材料室温弯曲强度达1 428.3 MPa,层间剪切强度达79.92 MPa,纵向拉伸强度1 134.1 MPa,拉伸弹性模量为40.15 GPa。复合材料在100℃时,弯曲强度保持率为78.95%,层间剪切强度保持率为81.06%。扫描电子显微镜分析发现,改性树脂与玻璃纤维界面粘结性较好。     

三维正交机织铜丝／玻璃纤维层间混杂复合材料的拉伸和弯曲性能研究

本文设计和制作了两种层间混杂结构的三维正交机织铜丝／玻璃纤维复合材料,分别为铜丝单面混杂和双面混杂复合材料。两种复合材料的拉伸性能和弯曲性能测试结果表明,单面铜丝／玻璃纤维混杂复合材料的归一化拉伸强度和模量分别为1214MPa和83GPa;高于双面铜丝／玻纤混杂复合材料44％和51％。单面铜丝／玻璃纤维混杂复合材料的归一化弯曲强度为964NPa,高于双面铜丝／玻纤复合材料27％。两者的弯曲模量比较接近,均为60GPa左右。由于铜丝的混杂效应,三维正交机织铜丝／玻璃纤维层间混杂复合材料的拉伸和弯曲性能与相同结构的玻璃纤维复合材料相比有一定的下降。     

内埋光纤光栅碳纤维增强复合材料层压板力学性能及拉伸应变监测

将不同数量的光纤光栅埋植于复合材料层压板层间部位,研究了光纤光栅的埋植数量对层压板拉伸和压缩性能的影响及光纤光栅埋入对层压板层间结构的影响。此外,利用埋植在层压板内部的光纤光栅监测了层压板在拉伸过程中的应变变化,并与应变片监测结果进行了对比。试验结果表明,当在复合材料层压板中沿纤维方向埋入光纤光栅时,复合材料0°拉伸强度和模量略有降低。而当光纤光栅垂直于纤维方向埋入复合材料内部时,复合材料的90°拉伸强度和模量略有提高。对于压缩性能而言,由于光纤光栅在压缩过程中发生脆断,在复合材料内部产生损伤源,导致复合材料压缩强度有所降低,但当光纤光栅埋植数量较小时,对压缩模量的影响较小。层间形貌的显微观察结果表明,光纤光栅沿纤维方向埋入复合材料内部,在光纤光栅周围未形成树脂富集区,反之则将出现明显的富树脂区。     

1种耐高温膜外壳用复合材料的研究

研究了1种玻璃纤维增强环氧树脂基耐高温复合材料,对材料的工艺性、耐热性和力学性能进行了分析。结果表明,树脂基体的拉伸强度87.51 MPa,弯曲强度130 MPa;单向纤维增强复合材料0°方向的拉伸强度1 464 MPa,层间剪切强度79.05 MPa,力学性能优良。该复合材料适用于制造耐高温膜外壳,在多种高温水处理环境中具有广阔的应用前景。     

层与层间浅交联2.5D结构对其复合材料经向拉伸强度的影响

本文通过对层与层间浅交联2.5D结构的研究,探索影响其复合材料经向拉伸强度的因素.     

缝合技术在长竹纤维复合材料制备中的应用研究

采用缝合技术制备了长竹纤维单向复合材料,研究了缝线种类和缝合间距对于复合材料的拉伸、弯曲和层间剪切性能的影响。结果表明,随着缝合间距的增加,单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(UP)复合材料的拉伸、弯曲、剪切性能基本呈先上升后下降的趋势,且当缝合间距为3cm时,复合材料性能最好。芳纶缝线与涤纶缝线制备的复合材料相比,拉伸强度、拉伸模量分别高7.32%、12.09%,弯曲强度、弯曲模量分别高4.99%、3.47%,剪切强度低8.47%,复合材料总体性能相差不大。     

表面处理工艺对碳纤维复合材料的ILSS及界面形貌的影响

考查了不同表面处理工艺对碳纤维复合材料层间剪切强度及层面、断面形貌的影响。通过材料实验机测得碳纤维及其复合材料的拉伸强度和层间剪切强度,并通过扫描电镜分析评价不同电导率对复合材料ILSS的影响。结果表明,12ms/cm是表面处理工艺中电导率的较优选择;碳纤维的层间剪切强度随电量的变化符合"层进式物化双效模型";制备高层间剪切强度碳纤维和复合材料时,较优的电解质是NaOH,较优的电解液浓度为2%,较优的电量为10C/g;本工艺条件下制得的SYT49碳纤维层面形貌与东丽T700G碳纤维相似。     

层合板复合材料的层间剪切强度评价方法及其改进研究

针对国际上目前主要使用的双切口拉伸/压缩式层间剪切试验方法存在的问题,吸收了拉伸与压缩式试验方法各自的优点,对试验夹具及试验片形状与尺寸进行了改进设计,提出了双切口开孔拉伸式新的层间剪切强度测试、评价方法.以玻璃纤维平纹织物/环氧树脂复合材料层合板为试验材料对改进后的试验方法进行了实验及有限元分析.实验发现,表观层间剪切强度随槽间距的减小而有增大的趋势.通过有限元分析,对实验结果进行了解释,并确立了可获得真实层间剪切强度的最佳试验片尺寸.     

湿热老化对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研究了湿热老化时间对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学性能的影响。结果表明,在湿热环境下加速老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和模量、弯曲强度和模量并未发生明显变化;压缩强度和层间剪切强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为14.4%和9.5%;湿热老化使得PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性有所提高,当老化时间为30d时,混杂复合材料的T_g从127.6℃升高到136.3℃,随着老化时间进一步延长,混杂复合材料的T_g降低,E'和E″向低温方向移动,表明混杂复合材料的耐热性又开始下降。     

涤纶基布前处理对层压类柔性复合材料力学性能的影响

对层压类柔性复合材料的涤纶基布分别进行超声波和碱处理,并对层压柔性复合材料的层间剥离性能、拉伸性能和撕裂性能进行了研究分析。试验结果表明,超声波的空化作用,碱处理的水解作用可以消除涤纶纤维表面的弱界面层,使接触角减小,表面张力增加,其中碱处理的效果更加明显,层间剥离强度和拉伸强度分别提高了60％,25．8％,但裂化了其撕裂性能,撕裂强度下降了19．18％。     

纳米SiO2对EP／国产芳纶Ⅲ纤维复合材料性能的影响

选择纳米SiO2作为增强材料改性环氧树脂(EP)基体,与国产芳纶Ⅲ纤维缠绕成复合材料。研究了不同含量的纳米SiO2对EP基体拉伸性能和冲击性能的影响;通过NOL环复合材料剪切强度测试和纤维缠绕Φ150mm容器水压爆破实验,研究了不同含量纳米SiO2对EP/国产芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切强度和纤维强度转化率的影响。结果表明,EP基体中纳米SiO2质量分数为3%时,对基体拉伸和冲击性能均有显著改善,拉伸强度和冲击强度分别提高28.8%和22.6%,EP/国产芳纶Ⅲ纤维复合材料的层间剪切强度达到最大值,比未改性配方高出约56.8%;Φ150mm容器水压爆破结果表明,纳米SiO的加入使纤维强度转化率平均提高7%以上。     

纳米SiO2改性EP对基体力学性能和芳纶纤维/EP复合材料界面性能的影响

研究了纳米SiO2对环氧树脂(EP)基体力学性能的影响,并进一步采用对位芳纶纤维(F-12)增强环氧树脂,制备了NOL环复合材料,通过复合材料层间剪切性能测试考核了F-12与环氧树脂之间的界面粘接性能.结果表明:环氧树脂中添加适量的纳米SiO2能够有效提高环氧树脂浇注体的拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击强度.纳米SiO2的加入,可以有效改善F-12与环氧树脂基体之间的界面粘接性能,降低复合材料的空隙率,F-12/纳米SiO2(6%)-EP复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高约60.3%.