预氧丝毡复合材料的力学性能探讨

首次以预氧丝毡为增强材料,以环氧树脂为基体,采用模压成型工艺制备预氧丝毡复合材料。研究了预氧丝毡前处理方式、固化剂用量和固化压力对复合材料力学性能的影响,以复合材料纵、横向拉伸性能和弯曲性能为评价指标,优化出最佳的预氧丝毡复合材料制备方法,并利用扫描电子显微镜观察分析了复合材料的拉伸断面。结果表明,采用模压成型工艺制备的预氧丝毡复合材料具备良好的力学性能。经过前处理的预氧丝毡制备的复合材料板材力学性能优于未处理的板材。当固化剂用量为树脂质量的60%、固化压力为3 MPa,复合材料拉伸和弯曲性能最佳。     

碳纤维改性环氧树脂基复合材料的制备及性能研究

以环氧树脂E51为基础材料,碳纤维为增强材料,制备出了不同碳纤维掺杂量(0,3%,6%,9%(质量分数))的改性环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维掺杂量对环氧树脂基复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性和导热性能的影响。结果表明,适量碳纤维的掺杂提高了环氧树脂基复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能。随着碳纤维掺杂量的增加,改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均先增大后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均达到了最大值,分别为48.5 MPa, 1.86%,85.6 MPa和3.09 GPa。随着碳纤维掺杂量的增加,复合材料的分解温度和残留量先升高后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的分解温度和残留量达到最大,分别为453.7℃和4.9%。复合材料的导热系数随碳纤维掺杂量的增加而增大,当碳纤维的掺杂量<6%时,导热系数增长速率较快。综合分析可知,碳纤维的最佳掺杂量为6%。     

碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的制备与性能表征

为制备低电阻率的尼龙66基复合材料,以碳纤维和镍粉(Ni)填充尼龙66制备碳纤维-Ni/尼龙66高导电复合材料。研究填料表面改性和含量对碳纤维-Ni/尼龙66复合材料导电性能和力学性能的影响。结果表明:KH550改性碳纤维和Ni有助于降低碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率随着碳纤维和Ni含量的增加而减小,且碳纤维和Ni填充尼龙66的导电逾渗阈值均为20wt%,此时制备的碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率为455Ω·cm,熔融温度为202.2℃。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度随着碳纤维或Ni含量的增加而先增大后减小。当Ni含量为20wt%时,碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度在碳纤维含量分别为20wt%和10wt%时达到最大值,分别为98MPa和70 MPa;当碳纤维含量为20wt%时,碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度则在Ni含量为30wt%和20wt%时达到最大值,分别为120 MPa和67 MPa。     

纤维种类对C/C复合材料力学及摩擦磨损性能的影响

为了制备性能优异、成本低廉的炭/炭(C/C)复合材料,以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维预氧丝纤维(OPF)和炭纤维(CF)为原料,采用化学气相渗积致密化工艺,制备出两种密度均为1. 7 g/cm~3左右的C/C复合材料,研究了不同种类纤维C/C复合材料的力学性能及不同刹车条件下的摩擦磨损性能,并观察其微观结构,分析纤维种类对摩擦磨损性能的影响机制。结果表明:两种C/C复合材料弯曲性能均表现出假塑性断裂,且弯曲强度相近,弯曲强度分别为127 MPa(CF C/C复合材料)、113 MPa(OPF C/C复合材料); OPF C/C复合材料的层间剪切强度为13. 4 MPa,较CF C/C复合材料的层间剪切强度(10. 01 MPa)提高了30. 26%;与炭纤维相比,采用预氧丝作为原材料更易获得粗糙层热解炭,并且预氧丝纤维的硬度较低,易磨合形成光滑的摩擦面,在不同的刹车条件下,以预氧丝为原料制备的C/C复合材料具有更稳定的摩擦系数和更低的线性磨损;当刹车压力为0. 65 MPa,刹车速度为20～25 m/s时,OPF C/C复合材料的摩擦系数稳定在0. 35附近,同时表现出良好的抗磨损性能,线性磨损为1. 3～1. 5μm/(面·次)。     

折叠复合材料结构的制备及性能表征

研究了折叠复合材料结构的成型工艺,成功地制备了碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆柱壳试样,并对它们的折叠弯曲性能进行了实验研究,分析了弯曲过程中横向、纵向和纤维方向三个方向的应变变化情况,以及试样在弯曲过程中的弯矩和纵向曲率变化规律.     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

织物结构对玄武岩织物/环氧树脂复合材料力学性能的影响

采用三种不同结构玄武岩织物(单向/平纹/2.5维),通过树脂传递模塑成型工艺(RTM)制备了玄武岩织物增强环氧树脂复合材料。通过拉伸和弯曲试验,研究了织物结构对复合材料力学性能的影响,探讨了不同织物结构玄武岩织物增强环氧树脂复合材料的损伤破坏机制。结果表明:织物结构形式对复合材料的力学性能有较大影响,单向玄武岩织物复合材料的拉伸性能最好,试样的拉伸断口相对齐平,分层现象不明显;2.5维玄武岩织物复合材料弯曲性能最好,且纬向弯曲性能优于经向。2.5维织物增强复合材料的结构整体性较好,受到拉伸和弯曲载荷不会产生分层破坏。根据扫描电子显微镜(SEM)断面分析可以判定,玄武岩织物/环氧树脂复合材料拉伸和弯曲加载过程中的损伤类型主要为织物中纤维的断裂及纤维-树脂的界面脱粘。     

单向连续竹青纤维填充量对不饱和聚酯树脂力学性能及微观形貌的影响

以单向连续竹青纤维（OBF）和不饱和聚酯树脂（UP）制备了单向OBF/UP复合材料,研究了OBF含量对OBF/UP复合材料纵向静态力学性能及动态力学性能的影响,并采用SEM观察了复合材料拉伸断面处界面结合情况。结果表明:随着OBF含量的增加,OBF/UP复合材料静态力学性能呈先增加后减小趋势,当OBF含量为50wt%时,复合材料拉伸、弯曲性能最优,拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别达到285.52 MPa、16.06 GPa、359.80 MPa、27.32 GPa;OBF/UP复合材料存储模量随OBF含量增加呈先增加后减小趋势,当OBF含量为50wt%时,OBF/UP复合材料存储模量最大,且随着OBF含量的增加,OBF/UP复合材料玻璃化转变温度向低温方向移动,损耗峰变宽;断面处微观形貌表明,OBF含量为50wt%时,复合材料界面结合强度较好。制备的OBF/UP复合材料力学性能优良,有潜力取代玻璃纤维增强树脂复合材料在风电叶片材料、公路防护栏材料、船舶材料等领域的应用。      

木粉含量对木粉-淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

以杨木粉、玉米淀粉和聚乳酸(PLA)为原料,甘油为相容剂,利用熔融挤出法制备了木粉-淀粉/PLA复合材料。研究了木粉含量对复合材料界面相容性、热性能、力学性能、流变性能以及吸水率的影响。结果表明:随着木粉含量的增加,PLA与木粉之间的界面相容性下降,木粉-淀粉/PLA复合材料的热稳定性下降,储能模量、损耗模量和复数黏度逐渐增加;随着木粉含量的增加,木粉-淀粉/PLA复合材料的拉伸强度和弯曲强度呈现先增大后减小的趋势,当木粉含量为18wt%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度均达到最大值,最大值分别为40.65 MPa和60.91 MPa;随木粉含量的增加,复合材料的断裂伸长率由9.64%减小到5.97%,而吸水率由5.38%增大到13.43%。     

功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸）,并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征,并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明,所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀,拉伸强度在22~32 MPa之间,拉伸模量约为1 GPa,相比未功能化处理的MWCNTs网格,强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa,相比空白环氧树脂提高了约1倍以上,拉伸试样断面SEM表明,环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好,界面结合紧密,有效地提高了复合材料的力学性能。     

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

‘Green’ composites Part 2: Characterization of flax yarn and glutaraldehyde/poly(vinyl alcohol) modified soy protein concentrate composites

In the present research, soy protein concentrate (SPC) was modified using glutaraldehyde (GA) and polyvinyl alcohol (PVA). The modified resin allowed to process soy protein polymer without any plasticizer. The modified resin also showed increased tensile properties, improved thermal stability and reduced moisture resistance as compared to SPC resin. Besides the tensile and thermal properties, modified SPC resin was also characterized for its dynamic mechanical properties. Unidirectional composites were fabricated using modified SPC and flax yarn. Composite specimens, approximately 1 mm thick, were prepared in both longitudinal and transverse directions. The composite specimens were characterized for their tensile and flexural properties. The fracture surface of the composite was also analyzed in both longitudinal and transverse directions. These composite specimens exhibited a fracture stress of 126 MPa and 2.24 GPa, respectively, in the longitudinal directions. The composite properties were also predicted using the rule of mixture in longitudinal direction. It was observed that the experimental values are lower than the predicted values for a variety of reasons.     

基于纤维束/环氧树脂复合材料试验的单向层合板横向拉伸强度预测方法

实验研究表明,纤维束/环氧树脂复合材料试件的横向拉伸强度与工程上常用的单向层合板横向拉伸强度在趋势上具有很好的相关性,但是数值上存在一定差距。本文使用两种碳纤维和两种环氧树脂制备了三种纤维束/环氧树脂复合材料和单向层合板,并分别测量了纤维束/环氧树脂复合材料和单向层合板的横向拉伸强度,以及环氧基体的拉伸强度。在实验基础上,应用Griffith断裂强度理论建立了纤维束/环氧树脂复合材料和单向层合板的横向拉伸强度的关系模型,通过两种复合材料实验的结果拟合了该模型中的参数。利用第三种复合材料实验进行校验,发现该模型预测的单向层合板横向拉伸强度与实测强度之间达到很好的一致性,相对偏差为9%。采用本文提出的方法,可以用较为简单的纤维束/环氧树脂复合材料和环氧基体拉伸试验预测单向层合板的横向拉伸强度。     

原位阴离子开环聚合法制备连续玻璃纤维增强阴离子聚酰胺-6复合材料及其性能

采用原位阴离子开环聚合法制备了连续玻璃纤维(GF)增强阴离子聚酰胺-6(APA6)复合材料,考察了催化剂配比和聚合温度对APA6树脂转化率和分子量的影响,采用DSC和TGA研究了聚合温度和时间对连续GF/APA6复合材料结晶度的影响,进一步探讨了聚合温度和时间对连续GF/APA6 复合材料力学性能的影响,采用SEM观察了复合材料的拉伸断裂形貌。结果表明: 当聚合温度为150 ℃,聚合时间为45 min时,连续GF/APA6 复合材料的力学性能达到最高,材料的拉伸强度为538.1 MPa,弯曲强度为497.2 MPa,层间剪切强度为52.5 MPa;SEM分析表明,APA6树脂基体与玻璃纤维具有较好的结合性。     

微胶囊对微胶囊/环氧树脂复合材料增韧作用

使用脲醛(Urea-formaldehyde)树脂-环氧树脂微胶囊(E-51)和三聚氰胺-尿素-甲醛共缩聚树脂 (Melamine-urea-formaldehyde)-环氧树脂微胶囊(E-51)制备微胶囊/环氧树脂复合材料样品。对其力学性能进行了测试, 并对复合材料的断面形貌进行了观察, 研究了微胶囊对微胶囊/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明: 随着微胶囊用量的增加, 复合材料拉伸强度和弯曲强度有所降低; 微胶囊质量分数小于2%时, 复合材料断裂伸长率和断裂弯曲应变有所提高; 大于2%时复合材料断裂伸长率和断裂弯曲应变下降。微胶囊对环氧树脂有增韧效果, 微胶囊表面越粗糙, 粒径越小, 增韧效果越明显。在裂纹扩展区, 大部分微胶囊破裂, 裂纹终止区, 大部分微胶囊剥离。      

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

纳米SiO2改性乳液上浆剂对炭纤维抗拉强度的影响

利用Weibull统计分布分析了上浆对炭纤维单丝抗拉强度的影响。通过扫描电镜（SEM）观察和X射线能谱仪（EDS）分析了上浆前后炭纤维表面和截面的结构形貌及表面元素组成。结果表明：当纳米SiO2粒子与上浆树脂的质量比为0．5％时，上浆炭纤维单丝的抗拉强度最高，增幅达10．1％；Weibull参数m值最大，强度的分散性最小。EDS显示了改性上浆炭纤维表面Si元素含量增大。上浆炭纤维比未上浆的表面较均匀，纹理沟槽变浅；截面凹凸不平，呈现一定的韧性断裂特性。说明上浆剂中添加纳米SiO2粒子可以明显提高上浆炭纤维的强度。     

TiO2含量对压电纤维复合材料抗拉及驱动应变性能的影响

采用粘稠塑性加工方法制备了锆钛酸铅方形压电纤维复合材料, 研究了环氧树脂中不同TiO₂含量对压电纤维复合材料的电学阻抗、抗拉及驱动应变性能的影响。结果表明: 环氧树脂中TiO₂含量不同, 压电纤维复合材料的谐振频率不同。压电纤维复合材料的抗拉强度及纵向自由应变值均随着环氧树脂中TiO₂含量增大先增加后减小。环氧树脂中TiO₂含量为3wt%的压电纤维复合材料的抗拉强度达到了77.50 MPa, 且在驱动电压为-500 V~+1500 V时, 其纵向自由应变值达到了1783.7 με。当环氧树脂中TiO₂含量从3wt%增大至5wt%时, 压电纤维复合材料的抗拉性能和驱动应变性能均有所降低。在不同的外加驱动频率下, 压电纤维复合材料表现出不同的驱动应变能力。随着频率的增大, 压电纤维复合材料的纵向自由应变幅度表现出明显降低, 当频率超过5 Hz后, 其纵向自由应变值略有减小。     

三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料在热环境中的拉压力学性能实验

针对不同编织角度的三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料,进行了热环境下的轴向拉伸和压缩力学性能实验研究,讨论了温度对三维四向编织复合材料的轴向拉伸和压缩力学性能的影响,并根据宏观断裂形貌和SEM图像分析了材料的破坏和断裂机制。结果表明,随着测试温度的升高,三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料的纵向拉伸强度有小幅提高,而纵向压缩强度显著降低。在室温条件下,编织角对材料的纵向拉伸破坏特征没有影响,而对材料的纵向压缩破坏特征有较大影响。随着测试温度的升高,不同编织角度复合材料的纵向拉伸和压缩的损伤破坏形态均与室温条件下明显不同。