全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度

针对T700/TR1219B碳纤维/环氧树脂复合材料,在不同湿/热/力耦合条件下进行层间剪切实验,对比分析性能衰减规律,通过峰值力纳米力学模量成像技术定量表征界面尺寸变化,并结合微观断口形貌分析探究湿热损伤机制.结果表明,T700/TR1219B的层间剪切性能受湿、热场影响显著,当吸湿率为2％时,层间剪切强度从原样的7...     

双轴向经编织物T700／BM16421复合材料力学性能

对双轴向经编织物T700／双马来酰亚胺树脂（BMI）6421复合材料进行了弯曲性能和层间剪切性能测试，以同状态无经编线的单向布T700／BM16421复合材料作对比，分析了经编织物T700／BM16421复合材料的力学特性，采用微观金相、SEM分析了经编线引起的纤维层内部结构变化。结果表明，引入经编线导致纤维束面内排列...     

有机黏土对碳纤维/聚醚砜-环氧复合材料层间断裂韧性的影响

采用溶剂法和热熔法制备了不同有机黏土质量分数的有机黏土/聚醚砜（PES）-环氧复合材料,通过对其微观形态和力学性能的研究,揭示了复合材料的增韧机制。在有机黏土/PES-环氧复合材料中添加T800H（12K）碳纤维,制备了T800H-有机黏土/PES-环氧复合材料预浸料单向带,采用热压罐工艺制备了复合材料单向板,对其I型、II型层间断裂韧性进行了研究。结果表明:T800H-有机黏土/PES-环氧复合材料的层间断裂韧性随有机黏土质量分数变化趋势与有机黏土/PES-环氧复合材料的断裂韧性趋势一致,证明了增韧机制的正确性。      

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。      

Technora纤维表面等离子体处理对其复合材料界面性能的影响

用扫描电子显微镜观察Technora纤维表面物理形貌并测量单丝纤维的拉伸强度以分析等离子体处理对纤维本体性能的影响,再用层间剪切强度和吸水率分别表征复合材料在室温干态和高温湿态下的界面性能,研究了等离子体处理对Technora纤维复合材料界面性能的影响。结果表明,用等离子体处理后纤维表面的物理形貌发生了显著变化,复合材料的层间剪切强度由未处理时的15.74 MPa提高到24.93 MPa,提高的幅度高达58.4%;同时,复合材料的吸水率下降而本体性能基本不受影响。上述结果表明,等离子体对Technora纤维的表面改性能有效地改善其复合材料的界面性能。     

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%。     

还原氧化石墨烯改性碳纤维/聚苯硫醚复合材料层间性能及微观形貌

采用粉末叠层方法和热压工艺制备了还原氧化石墨烯改性碳纤维/聚苯硫醚(RGO-CF/PPS)复合材料,考察了复合材料在室温干态和湿热处理两种条件下的层间剪切性能和微观形貌及RGO对复合材料界面性能的影响。结果表明,室温干态0.1%RGO-CF/PPS的层间剪切强度(ILSS)比CF/PPS的提高了18.4%;湿热处理后RGO-CF/PPS的ILSS发生了下降,且湿热处理RGO-CF/PPS的ILSS强度保持率均低于CF/PPS;复合材料的动态热机械行为结果表明,RGO有助于改善复合材料的界面黏结性能;微观形貌分析表明RGO使复合材料中裂纹更易发生偏转从而提高室温干态复合材料的ILSS。     

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。     

国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.     

T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料自然老化性能与机制

为验证复合材料的耐久性,对T700碳纤维增强环氧树脂基复合材料经自然老化后的微观形貌、表面元素含量、热性能与力学性能等进行了研究。结果表明: 在光氧老化与热氧老化的共同作用下,T700碳纤维增强EP-A环氧树脂基（T700/EP-A）复合材料表层树脂将发生老化降解,并且随自然老化时间的延长,T700/EP-A复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低,未老化试样的玻璃化转变温度为207℃,经过自然老化处理3年后,其玻璃化转变温度降低为180℃,延长自然老化时间至5年时,其玻璃化转变温度进一步降低至172℃。而自然老化过程对复合材料力学性能可能同时存在着增强效应与损伤效应,因此造成了T700/EP-A与T700/EP-B复合材料的不同力学性能表现出相异的变化趋势。随自然老化时间延长,T700/EP-A与T700/EP-B复合材料纵向拉伸强度表现出先升高后降低的趋势,纵向弯曲强度表现出逐渐升高的趋势,纵向压缩强度与层间剪切强度存在波动,未呈现出明显变化。      

浸泡腐蚀对玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料弯曲性能的影响

制备了不同纤维质量分数的玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料。通过三点弯曲试验研究了纤维质量分数对复合泡沫材料力学性能的影响。将复合泡沫材料试件置于蒸馏水和海水中浸泡,研究了浸泡腐蚀对试件弯曲性能的影响,并结合扫描电镜照片分析其原因。研究表明:纤维质量分数越高,玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料的吸湿率越大,且在蒸馏水中的吸湿率较海水中的更大。试件的弯曲强度随纤维质量分数增加而增大,当纤维质量分数为10%时达到最大,比未添加纤维的试件增强了51%,之后则随纤维质量分数增加逐渐降低。浸泡腐蚀降低了试件的弯曲性能,其中海水浸泡后的试件弯曲性能最低。玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料弯曲强度降低的直接原因是浸泡腐蚀使得部分玻璃微珠和玻璃纤维与环氧树脂基体间的界面层受到破坏。     

中等应变率下单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切本构关系

采用真空辅助成型工艺制备单向玻璃纤维增强环氧树脂基的[±45°]_8s复合材料试样,通过专用试验设备开展恒定应变率下的面内剪切性能研究,应变率范围为3×10^-4~128.4 s^-1。以Khan-Huang本构关系模型表达形式为基础,考虑应变率效应,建立了一种单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在中等应变率下的剪切本构模型,通过最小二乘法和遗传算法获得了最优本构参数。结果表明,单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切性能具有应变率敏感性,剪切强度随着应变率的提高逐渐增大,在128.4s^-1时极限强度提高了35.5%。建立的本构关系模型能够准确反映剪切性能与应变率的关系,可用于中等应变率条件下的剪切性能预测。     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

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.     

碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响

为了研究上浆剂和湿热处理对复合材料微观界面性能的影响,通过单丝断裂实验测试去浆处理及湿热处理前后T300、T700SC、T800S碳纤维单丝/环氧树脂体系的界面剪切强度(IFSS),结合扫描电镜测试手段分析了纤维表面物理特性对IFSS的影响.结果表明:去浆及湿热处理均会引起三种单丝复合材料体系IFSS降低,断点形貌由X状向鞘状发生变化,但不同的单丝复合体系IFSS降幅以及断点形貌变化程度不同;去浆后,T700SC/环氧树脂体系IFSS降幅达70.67%,T300/环氧树脂体系仅下降6.05%;湿热处理72 h后,T300/环氧树脂体系IFSS下降幅度最小;湿热作用下,去浆后的单丝/环氧树脂体系IFSS的下降更为显著.     

Thermal cycles effects on interlaminar shear strength (ILSS) and impact behaviour of carbon/PEI composites

In this paper, the effect of thermal cycle on the interlaminate shear strength (ILSS) and impact behaviour of unidirectional carbon fibre reinforced polyetherimide (PEI) matrix composites were studied. Samples were subjected to 100 thermal cycles (by immersing from boiling water (100°C) to ice water (0°C). The effects of thermal cycles were characterized by short beam shear and instrumented impact testers. Also Fractographic investigations were done using a scanning electron microscope (SEM). It is observed that the plastic deformations at the fibre/matrix and interlaminar interface as well as residual stresses lower the ILSS and flexural modulus of the material proportional with the number of thermal cycles. Up to the first 20 thermal cycles the material shows a brittle fracture with lower fracture energy, but after the 20th thermal cycles it is possible to observe that the material fractures with higher fracture energy at longer fracture time. A remarkable difference in the fracture morphology between the thermal cycled and un-treated materials has been observed. It is found that thermal cycles strictly affect the fracture morphology.     

A meso-scale finite element model for simulating free-edge effect in carbon/epoxy textile composite

Textile composites are well known for their excellent through thickness properties and impact resistance. In this study, a representative unit cell model of a triaxial braided composite is developed based on the composite fiber volume ratio, specimen thickness and microscopic image analysis. A meso-scale finite element (FE) mesh is generated based on the detailed unit cell dimensions and fiber bundle geometry parameters. The fiber bundles are modeled as unidirectional fiber reinforced composites. A micromechanical finite element model was developed to predict the elastic and strength material properties of each unidirectional composite by imposing correct boundary conditions that can simulate the actual deformation within the braided composite. These details are then applied in the meso-mechanical finite element model for a 0°/+60°/−60° triaxially braided T700s/E862 carbon/epoxy composite. Model correlations are conducted by comparing numerical predicted and experimental measured axial tension and transverse tension response of a straight-sided, single-layer (one ply thick) coupon. By applying a periodic boundary condition in the loading direction, the meso model captures the local damage initiation and global failure behavior, as well as the periodic free-edge warping effect. The failure mechanisms are studied using the field damage initiation contours and local stress history. The influence of free-edge effect on the failure behaviors is investigated. The numerical study results reveal that this meso model is capable of predicting free-edge effect and allows identification of its impact on the composite response.