纤维分布均匀性对T300/BMP316复合材料层压板力学性能的影响

采用三点弯曲法和数字化冲击仪, 研究了纤维分布均匀性对T300/BMP316复合材料弯曲和冲击性能的影响, 用有限元方法分析了纤维分布不均匀复合材料弯曲变形时的应力分布, 提出了用纤维分布效应系数R来评价纤维分布不匀复合材料的性能。结果表明, 纤维分布不均使T300/BMP316复合材料的弯曲性能和冲击性能强烈地受到纤维分布方式和载荷方向的影响, 纤维分布效应系数R反映了纤维分布与性能的关系。      

碳纤维丝束起毛量测试方法

为定量测试碳纤维丝束的断丝起毛程度,建立了碳纤维丝束起毛量测试方法,并搭建了测试装置。采用所建立的方法对2种国产T800级碳纤维进行起毛量测试,研究了丝束展宽、张力、毛丝吸附材料等测试条件对测试结果的影响。采用优化的测试条件,测试了几种进口、国产T700级、T800级碳纤维丝束的起毛量。实验表明,所建方法操作简单,适用性较广。对于12K的T800级碳纤维,当纤维张力为1~2N,海绵孔隙大小在0.1~0.6mm,且受到的载荷大小为1~4N时,测试结果比较理想。对于起毛量较高的碳纤维,需保证一定的纤维展宽使丝束内部的毛丝暴露,从而保证测试结果的准确性。     

碳纤维复丝压缩性能测试方法

为准确测试碳纤维(CF)的压缩性能,针对浸胶固化的碳纤维复丝,设计了制样方法和测试夹具,建立了碳纤维复丝压缩性能测试方法。采用所建立方法对东丽T700SC等碳纤维进行压缩性能测试,研究了制样条件、测试条件及材料种类对碳纤维复丝压缩强度及破坏模式的影响,考察因素主要包括复丝胶含量、复丝浸胶固化的张力、预加载、测试段长度及树脂基体和纤维种类。结果表明:所建立的方法操作简单,测试结果分散性小;除预加载以外,所考察因素对测试过程及结果具有明显影响;当试样含胶量为30%~35%(树脂质量百分含量)、复丝浸胶的张力为10~15N、测试段长度为1.5mm时,环氧树脂浸渍固化的T700SC碳纤维复丝压缩强度测试结果最高,优化的测试条件对所考察的其他种类碳纤维复丝的压缩强度测试也适用;树脂的种类对复丝压缩强度有显著影响。     

碳纳米管-玻璃纤维/环氧层板双真空灌注工艺及性能

针对碳纳米管(CNT)-玻璃纤维/环氧树脂体系, 采用传统的真空灌注工艺(VARIM)和双真空灌注工艺(DVARIM)制备复合材料层板, 分析了不同工艺方法下层板缺陷状况, 测试了层板的弯曲性能和层间剪切性能, 并结合树脂性能和纤维/树脂界面粘结状况观察, 探讨了DVARIM对CNT分布的影响及碳管的增强机制。结果表明: 与传统的VARIM相比, DVARIM能增加纤维的间距, 提高树脂对纤维的浸润能力, 减小纤维束内的孔隙缺陷; 添加质量分数为0.05％的酸化CNT后层板性能提高, 而且采用DVARIM性能提高更明显; 不同灌注工艺对CNT的分布产生影响, 从而改变了CNT对纤维/树脂界面粘接的影响, 同时这种影响与织物结构的紧密程度有关。      

建筑物加固修复用复合材料技术

叙述了复合材料用于建筑物加固修复的重要性、优越性和应用前景。在分析大量文献资料的基础上,结合作者近期的研究工作,归纳并阐述了建筑物加固修复用复合材料技术的主要内容。较详细地介绍了加固修复用复合材料增强体技术与树脂体系技术,给出了多种纤维片材的特性,提出了相应树脂体系的工艺要求与性能要求。同时,对复合材料-混凝土界面粘结机理作了分析。联系国内情况,提出了该领域亟待开展的研究工作。      

电子束作用下树脂体系的固化行为

根据电子束固化复合材料树脂体系的原理,从引入辐敏性的基团入手,合成了含硅丙烯酸酯的活性稀释剂、芳香族酰亚胺活性单体、含丙烯酸的PMR型聚酰胺酸和单官能、双官能的马来酰亚胺单体。在此基础上,对合成所得到的产物和几种环氧树脂进行了辐射交联实验,并考察与分析了不同树脂的辐射固化反应行为。与此同时对合成所得产物进行了表征,对固化物性能进行初步测试。所得研究结果,对电子束固化树脂体系的进一步研究具有重要的参考价值。      

几种碳纤维的表面状态表征与分析

使用扫描电镜、原子力显微镜与X射线光电子能谱仪,对T300,T700,T800,AS4四种碳纤维的表面进行物理与化学表征和分析。用扫描电镜观察得出T300,T800表面物理形态相近,T700表面较光滑但有絮状浆料,AS4表面极光滑且直径较大。原子力显微镜揭示了碳纤维更微观的形貌,T300与T800的形貌差别清晰可见。XPS定量分析技术表明,T300,T700,T800表面的活性基本相同,AS4则较差。纤维表面状态的这些差异体现在其复合材料的界面力学性能上。      

炭纤维特性与炭纤维/环氧树脂界面断裂能关联分析

采用基于WND( Wagner-Nairn-Detassis)能量模型的单丝断裂法,测试了5种国产炭纤维、2种国外炭纤维与航空结构用环氧树脂复合体系的界面断裂能,通过SEM,AFM,IR以及XPS等手段分析了7种炭纤维的表面物理化学特性,并研究了炭纤维特性与界面断裂能的关联.结果表明:对于所研究的炭纤维/环氧树脂体系,去除炭纤维表面上浆剂后界面断裂能下降,说明上浆剂可以在一定程度上提高界面的韧性.此外,实验范围内,纤维拉伸强度较高时,测得的界面断裂能较高,炭纤维表面粗糙度较高时,测得界面断裂能较高,说明纤维拉伸性能和表面粗糙度对界面韧性有重要影响,而与这两种因素相比,上浆剂的种类影响相对较小.     

多壁碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂界面粘结特性研究

本文对一种多壁碳纳米管进行表面酸化和胺化改性处理,通过超声波分散制备碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂单丝复合试样,采用单丝断裂法研究碳纳米管对玻璃纤维/环氧树脂界面粘结特性的影响。实验结果表明,加入碳纳米管后环氧树脂弯曲性能提高,单丝复合体系的拉伸应力-应变曲线在屈服点之后产生波动。通过比较纤维断点数-应变曲线、偏光下纤维断点形貌以及断口形貌SEM图像发现,对于玻璃纤维体系,加入硅烷偶联剂KH560后,碳纳米管可明显提高玻璃纤维/环氧界面粘结强度,并以胺化碳管改性体系影响最为显著。     

风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究

本文针对两种自制的风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系EP-1和EP-2,研究了树脂的工艺性和力学性能,并选取单轴向和三轴向玻璃纤维织物,采用真空灌注工艺制备了复合材料层板,考察了复合材料在室温和高低温下的力学性能。结果表明,EP-2体系浸润性、流动性和韧性更好,但强度、模量和耐热温度略低;常温及-45℃下两种树脂基复合材料的力学性能相近,纤维/树脂界面粘结较强;50℃环境下,复合材料的压缩强度降低,受玻璃化转变温度偏低的影响,EP-2复合材料压缩性能降低更为明显;两种环氧树脂的工艺性和力学性能优异,与纤维匹配性好,满足风电叶片对树脂的性能要求。