微波固化碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环及其力学性能

采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环进行了固化试验研究。综合运用红外光谱、微观CT扫描系统、力学拉伸试验机和扫描电子显微镜等试验方法分析材料的固化行为、微观形态及力学性能,并与传统热固化试样进行了对比。研究结果表明,微波固化方式与传统热固化方式的固化机理不同,微波固化可显著缩短固化周期;微波固化过程中未引入新的化学反应,且2种固化方式所获得的固化产物化学结构相同;CT扫描分析揭示出微波功率的大小对碳纤维复合材料孔隙率有着重要的影响;在相同固化温度条件下,微波固化复合材料NOL环的拉伸强度和层间剪切强度均低于热固化复合材料,这主要归因于微波固化复合材料具有较大的孔隙率;扫描电镜分析表明微波固化复合材料树脂和纤维的粘接情况要稍好于热固化复合材料。     

碳纤维复合材料单向板耐候性及湿热老化性能

通过模拟环境因素对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板的耐候性及湿热老化性能进行了检验,研究了CFRP板的抗拉强度、弹性模量及断裂伸长率随严苛环境下的暴露时间的变化规律。研究表明强紫外线、湿冷环境和酸碱侵蚀对CFRP板性能影响较大,90天周期内拉伸强度下降了10%左右,拉伸模量下降15%左右;纯水、盐溶液及加速湿热老化的影响则并不十分显著。扫描电镜观察发现,绝大多数侵蚀性破坏首先发生在树脂层,提高基体树脂的性能将有助于增强CFRP的耐久性。     

最新碳纤维湿法缠绕环氧制备复合材料

最近西安航天复合材料研究所,以TDE-85树脂和AFG-90树脂为主体树脂,混合芳香胺为固化剂,研究了一种适合于碳纤维复合材料湿法缠绕成型的树脂配方。据专家介绍,该树脂的黏度低、适用期长,其浇铸体具有优异的力学性能,用其制备的T-700碳纤维缠绕复合材料界面粘接好,NOL环层间剪切强度达到66．8MPa,拉伸强度达到2．44GPa．     

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。     

聚酰亚胺纤维与碳纤维缠绕复合气瓶性能对比研究

本文主要研究高性能国产聚酰亚胺纤维在复合材料气瓶上的应用,并表征其与进口碳纤维的性能差距.采用国产聚酰亚胺纤维进行缠绕成型工艺优化与复合材料性能测试分析,在测试数据及工艺优化基础上针对其进行了复合材料气瓶的强度设计.分别采用聚酰亚胺纤维、进口T300、T700以及T800碳纤维缠绕成型复合材料气瓶,进行水压爆破压强的测试,并引进声发射检测技术对其在水压过程中的损伤信号进行监测分析.结果表明聚酰亚胺纤维缠绕工艺性良好,与树脂界面结合优异,适用于湿法缠绕成型工艺.复合材料拉伸强度达到1 708 MPa,纤维的强度发挥率高达80%,相比于碳纤维复合材料其呈现出较好的断裂韧性,有利于减少复合材料气瓶在水压下的应力损伤.缠绕成型的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶容器特征系数(PV/W)高达32.2 km,其在航空航天、医用、汽车、核工业等领域具有广阔的应用前景.     

纺丝工艺对T800碳纤维及其复合材料性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和表面接触角测量仪分别对湿法纺丝(T800HB)与干喷湿纺(T800SC)两种纺丝工艺制备的T800碳纤维表面状态进行表征和分析,采用万能材料试验机对二者的复丝、NOL环及单向板的力学性能进行对比研究。结果表明:湿法纺丝的T800HB碳纤维具有更粗糙的表面,而干喷湿纺T800SC碳纤维具有更高的表面活性,“化学活性”和“机械啮合”的共同作用使得两种碳纤维复合材料具有相近的层间剪切强度。但当复合材料发生破坏时,T800HB碳纤维与树脂间“机械啮合”的主导作用更显著,纤维/树脂结合更紧密,使得其复合材料的断裂呈脆性破坏模式,而T800SC碳纤维与树脂结合则稍弱,呈一定程度的韧性破坏模式。T800SC碳纤维比T800HB碳纤维具有更高的复丝拉伸强度,因而相应地,T800SC碳纤维复合材料NOL环和单向板均有更高的拉伸强度。因此,综合两种不同纺丝工艺碳纤维及其复合材料的力学性能和破坏形貌,相比于T800HB,T800SC碳纤维更适合作为缠绕成型复合材料的增强材料。     

吸湿老化后碳纤维增强乙烯基脂树脂复合材料高低温力学性能

碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CFRP)是海洋和舰船工程领域广泛应用的结构材料,在复杂海洋环境和服役工况下,材料面临湿热和极端温度的考验。本文研究了树脂和CFRP在水浴过程中的质量和形貌变化及水浴吸湿后CFRP在3种测试温度下(-30℃、室温和70℃)的力学性能演变。FTIR和液相色谱-质谱联用实验结果表明乙烯基酯树脂在水浴过程中发生了水解,而吸湿后CFRP的微观形貌观察表明纤维-基体界面的存在会改变树脂基体的吸湿行为。低温、高温和水浴120天后室温测试环境下,CFRP的压缩强度相比未吸湿试样的室温初始强度,分别降低了27.4%、36.2%和32.8%;而低温环境下面内剪切强度提升了35%,高温环境下降低了27%,水浴120天后提升了7%,显示温度对CFRP面内剪切强度的影响大于湿热老化。此外,动态热力学性能测试显示初始阶段的吸湿会导致CFRP储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低,但后期储能模量和Tg会部分恢复。     

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。      

湿法缠绕用T800碳纤维复合材料基体研究

针对T800碳纤维和湿法缠绕的特点,开发了一种适合T800碳纤维湿法缠绕用的树脂基体,测试了该树脂基体与T800碳纤维制成复合材料的力学性能和耐湿热性能。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,层间剪切强度达到101 MPa,NOL环拉伸强度高于2500MPa;单向复合材料经95℃蒸馏水浸泡150h后的平衡吸湿率低于1%、力学性能保留率高,耐湿热性能优良。     

不同湿热条件下碳纤维/环氧复合材料湿热性能实验研究

对比研究了环氧5228A树脂及碳纤维/环氧5228A树脂复合材料层合板在3种湿热环境(水煮、70℃水浸,70℃85%相对湿度)下的湿热性能,考察了湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律,并从吸湿特性、物理化学特性、树脂力学性能、湿应力等方面分析了不同湿热环境下复合材料性能衰减的机制。研究表明,碳纤维/高温固化环氧树脂复合材料层间剪切性能主要是由吸湿率决定,相同吸湿率不同湿热条件下性能的下降幅度基本相同;3种湿热条件下该树脂及其复合材料未发生化学反应、微裂纹等不可逆变化,复合材料层合板湿热老化机制主要是吸入水分后基体增塑和树脂、纤维湿应变不一致导致的湿应力对复合材料性能的负面作用。     

UVA紫外辐射对室内碳纤维增强环氧树脂基复合材料性能的影响

研究了Ultraviolet A(UVA)紫外辐射对碳纤维增强环氧树脂基复合材料产生的影响。测量和分析了从窗户照射到室内太阳光和日光灯辐射的UVA紫外线辐照度, 研究了碳纤维增强环氧树脂基复合材料经辐照度为200 μW·cm^-2的UVA紫外灯辐射处理后的力学性能变化, 并通过XPS、 接触角、 纳米压痕、 原子力显微镜(AFM)测试方法研究了其表面性能变化。结果表明: 春夏季节晴天室内太阳光紫外辐照度在14点时达到最大值, 距离窗户0 m处最大值为375 μW·cm^-2, 1 m处最大值迅速降至30 μW·cm^-2; 对功率40 W的日光灯, 距离日光灯0 m处, 紫外辐照度为87.3 μW·cm^-2, 1 m处快速降至5.4 μW·cm^-2; 经过45天的紫外辐射, 碳纤维增强环氧树脂基复合材料的层间剪切强度、 弯曲强度和拉伸强度无明显变化; 碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面发生氧化反应, 表面硬度和粗糙度变大。     

高性能CFRP增强纤维表面状态分析及性能研究

为研究高性能炭纤维的表面特征及炭纤维与环氧树脂基体之间的界面结合,获得高性能的结构型炭纤维/环氧树脂复合材料(CFRP).采用红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱仪、单向板、NOL环、Φ150 mm压力容器等方法,对炭纤维/环氧树脂复合材料(CFRP)3种高性能炭纤维表面状态及复合材料性能进行了系统研究.结果表明,3种炭纤维表面涂层均能参与环氧基团固化反应在界面上形成化学键;UT500系列炭纤维表面轴向沟槽可与树脂基体通过物理"机械啮合"作用形成更强的界面结合;UT500-12K炭纤维/E-51单向板剪切强度为91.46 MPa,NOL环剪切强度为77.16 MPa,分别比T700-12K/E-51体系高约40%.CFRP复合材料中炭纤维的微观结构、表面活性是决定复合材料界面结合的重要因素,直接影响复合材料制品的含胶量,进而影响其综合力学性能.     

快速固化环氧树脂及其碳纤维/环氧复合材料性能

采用双酚A型环氧树脂（DGEBA）、改性咪唑（MIM）及改性脂肪胺（MAA）研制快速固化树脂体系。分别利用DSC和流变仪测试了树脂体系的固化特性与流变行为,优选了树脂配方。采用真空辅助树脂灌注工艺（VARIM）制备了快速成型的碳纤维/环氧复合材料层板,考察了层板的成型质量和力学性能,并与常规固化的层板性能进行了对比。结果表明：采用优选的树脂配方,120 ℃下树脂在5 min内固化度达95%,碳纤维/环氧复合材料层板成型固化时间可控制在13 min以内,固化度达95%以上,并且没有明显缺陷;与常规固化相比（固化时间大于2 h）,快速固化碳纤维/环氧复合材料层板的弯曲性能和耐热性能降低幅度较小。     

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。     

碳纤维/环氧树脂复合材料层压板冲击凹坑的回弹特性

冲击凹坑的回弹特性对飞机复合材料结构低速冲击损伤的目视检出概率有至关重要的影响。采用T800碳纤维/M21环氧树脂复合材料单向预浸丝束自动铺贴和热压罐固化工艺制造了层压板试件。试件引入1 mm左右的冲击凹坑后分成4组,分别在室温环境、湿热环境、重复载荷及湿热和重复载荷联合作用的条件下测量冲击凹坑在不同时间的回弹量,以研究湿热环境和重复载荷对冲击凹坑回弹的影响。结果表明:湿热环境可显著提高冲击凹坑的末期回弹量,但其影响过程较缓慢,因而对凹坑初始回弹速率影响不显著;重复载荷也可提高冲击凹坑末期回弹量,但其影响相对较小,其使冲击凹坑的初始回弹速率有明显提高;湿热环境和重复载荷联合作用对冲击凹坑末期回弹量的影响高于重复载荷和湿热环境的单独影响,凹坑初始回弹速率与重复载荷单独影响下几乎相同。      

UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用改性环氧树脂的制备及性能

用甲基丙烯酸改性环氧树脂E-51制备了UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用基体树脂,主要研究了反应时间和催化剂用量对改性环氧树脂及复合材料性能的影响。结果表明,当甲基丙烯酸与环氧树脂摩尔比为1.1∶1.0、催化剂二乙基胺用量为0.35%（质量分数）、反应温度为110℃时,改性反应6h所得改性环氧树脂与UHMWPE纤维/碳纤维的复合材料的性能较好。用FTIR、DMA、SEM对改性环氧树脂及复合材料的结构和性能进行了表征,甲基丙烯酸改性环氧树脂对UHMWPE和碳纤维具有较好的粘接性。