碳纳米管改性环氧树脂/碳纤维复合材料的界面性能

采用碳纳米管对环氧树脂体系以及碳纤维进行改性处理,得到四种试样,即CNTs-00(不添加碳纳米管)、CNTs-01(碳纳米管与活性分子预反应)、CNTs-02(碳纳米管与树脂体系直接混合)、CNTs-03(碳纤维表面生长碳纳米管)。采用视频接触角测量仪以及界面性能测试仪对树脂浸渍国产T800S碳纤维单丝形成的微球形态、微球与纤维的界面接触角及界面剪切强度(IFSS)等进行了分析表征;同时采用模压法制备了复合材料单向板,从宏观尺度表征了其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,与CNTs-00相比,CNTs-01的树脂界面浸润性以及复合材料IFSS有了较大提高,接触角减小了3.1°,IFSS提高了12.7%,ILSS提高了9%;CNTs-02的树脂界面浸润性略有降低,接触角增大了0.9°,IFSS降低了8.6%,ILSS与CNT–00基本相同;CNTs-03的界面浸润性降低,浸润角增大了4.5°,IFSS降低了5.7%,ILSS降低了11.5%。

碳纤维复合材料薄壁管的制备及其轴向压缩性能研究

以内径60mm、外径74mm、长度80mm的碳纤维复合材料薄壁管为对象,对不同树脂含量、不同环/纵向铺层比、不同端部结构的薄壁管分别进行静态轴向压缩试验,并研究了不同树脂基体对薄壁管静态轴向压缩强度的影响。结果表明,适当增加树脂含量、降低环/纵向铺层比、对管端部加强及采用增韧改性树脂基体都可以提高此种复合材料薄壁管的静态轴向压缩强度。

多壁碳纳米管在国产碳纤维增强环氧树脂复合材料中应用

研究了一种简易有效的多壁碳纳米管(MWNTs)分散入环氧树脂的方法,对树脂的工艺性进行试验研究;使用碳纤维复丝的力学性能来表征纤维/树脂界面性能和纤维强度转化效果,制备了含MWNTs的环氧树脂/碳纤维预浸料,并对使用此预浸料制备的复合材料单向板进行力学性能测试。结果表明,当MWNTs的用量为E–51的0.5%时,二者混合球磨8 h后配制的树脂溶液适用期大于24 h,黏度小于0.8 Pa·s,树脂浇铸体拉伸强度78 MPa,弯曲强度106 MPa,断裂伸长率4.3%;添加MWNTs之后纤维/树脂结合良好,复合材料单向板拉伸强度提升了7.2%,弯曲强度提升了9.73%,压缩强度提升了6.82%,层剪强度提升了11.54%。

水溶性砂芯模材料在成型复合材料壳体中的应用

以聚乙烯醇(PVAL)水溶液与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液的混合溶液作为基体材料,以石英砂为增强材料,经过高温烘干工艺制作了一种水溶性砂芯模材料,分析了影响其水溶性的因素并对各因素设置不同的水平,通过正交试验发现,PVP水溶液的质量浓度为38%且占混合溶液的质量分数为60%、胶砂质量比为0.08时,制作的砂芯模水溶性最好,在室温条件下经过水的冲刷可快速溃散。为解决金属模具成型小开口、大长径比复合材料壳体造成的脱模困难、模具设计复杂的缺点,将研制的水溶性砂芯模材料应用于某复合材料壳体的成型,成型后的壳体其爆破强度、环向应变、容器特性指数与金属模具成型的复合材料壳体相差不大,符合使用要求。

缝合技术在复合材料上的应用及研究进展

从缝合工艺特点及缝合参数等方面简述缝合技术,综述了近年来缝合复合材料的主要微观力学模型及缝合对复合材料力学性能的影响,介绍了缝合复合材料力学性能的研究进展,并对缝合复合材料的发展趋势进行了展望。

国产T700S碳纤维增强复合材料压力容器的成型工艺

分别采用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪对国产T700S碳纤维表面形貌及表面涂层进行了表征,通过NOL环实验对两种树脂体系进行优选,找到了一种与国产T700S碳纤维匹配性较好的树脂体系,然后设计正交试验,对影响?150 mm复合材料压力容器成型的因素设置了不同的水平,通过正交试验比较,最终确定缠绕张力为40~50 N﹑封头补强方式为碳布补强环补强﹑胶槽温度55~60℃、刮胶板和滚胶筒间隙0.15~0.20 mm、缠绕后处理方式为玻璃布带环向/螺旋向各缠绕1层时,制作的复合材料压力容器特性指数最高(37.5 km),可作为国产T700S碳纤维进一步工程化应用的参考。

酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究

针对石墨烯在复合材料增强增韧上的应用,对石墨烯进行了酸化处理,采用超声分散方法制备酸化石墨烯/环氧树脂(EP)浇注体,并在此基础上制备了酸化石墨烯/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)复合材料。分别利用红外光谱和透射电镜表征了酸化石墨烯表面结构和微观形貌,利用拉伸、弯曲、冲击等机械测试手段评价了酸化石墨烯改性EP和CF-EP的力学性能,并利用扫描电镜对复合材料拉伸断面形貌进行观察。试验结果表明:石墨烯酸化处理后,成功在表面引入了羟基、羧基等极性基团;酸化石墨烯可对EP和CF/EP进行有效增强增韧,当其添加量为0.2wt%时,EP拉伸强度和冲击强度分别提高了23.3%和109.8%,CF/EP拉伸强度、弯曲强度分别提高了6.0%和10.6%,当酸化石墨烯添加量为0.5wt%时,CF/EP复合材料层间剪切强度提高了7.4%。微观形貌分析表明,酸化石墨烯对CF/EP增强改性主要是通过对EP进行增强增韧,同时提高CF和EP之间的界面性能来实现的。

固化温度和后处理温度对EP碳/布复合材料弯曲性能的影响

采用热压罐成型法制备了EP/碳布复合材料,研究了固化温度和后处理温度对复合材料弯曲性能的影响。结果表明,180℃固化的复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量高于120、150℃固化的复合材料;以180℃作为最高固化温度时,与不进行后处理相比,在180℃处理1 h后复合材料的弯曲强度得到大幅度的提高;较优的固化工艺参数为固化温度180℃、后处理温度180℃、后处理时间1 h。

树脂基复合材料固化过程温度场研究进展

综述了树脂基复合材料固化过程中温度场的影响因素及国内外的研究进展,指出温度场研究中存在的问题并对未来的研究进行了展望。

环氧树脂/PBO纤维复合材料性能研究

对环氧树脂(EP)/聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维复合材料的性能进行初步研究。结果表明,用浓度70%的甲基磺酸(MSA)溶液对PBO纤维表面进行处理,可改善PBO纤维与EP基体的粘结强度,但同时使PBO纤维的拉伸性能降低;对PBO纤维处理2h后,以胺类固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高41%,以酸酐固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高48%;前者的层间剪切强度大于后者。

碳纤维增强环氧树脂复合材料发动机壳体成型工艺

研制一种湿法缠绕环氧树脂体系,并对其与国产T700S碳纤维浸润性、界面性能进行了考察。经视频光学接触角测量仪、纤维/树脂界面剪切强度仪测试证明,该树脂体系能够很好浸润纤维,界面性能优良;通过黏–温关系、适用期的研究,证明其能满足湿法缠绕的要求。然后通过设计正交实验,对影响复合材料发动机壳体成型的工艺因素设置不同水平进行实验,比较结果确定:缠绕张力为30 N﹑补强封头方法为纤维织物补强﹑应力平衡系数为0.7、挤胶辊间隙为0.20 mm、缠绕纱片带宽为3 mm时制作的复合材料发动机壳体特性指数(PV/W值)最高(39 km),可为国产T700S碳纤维在复合材料发动机壳体上应用提供参考。

一种回转体类构件用中低温固化环氧树脂体系研究

采用等温黏度实验和浇铸体力学性能测试来优选自制改性固化剂CUR–1的配比,通过不同升温速率下的固化过程差示扫描量热并对固化物进行傅立叶变换红外光谱分析,确定了体系的固化制度,研制出一种适用于发动机壳体或结构复杂的回转体类结构件的碳纤维湿法缠绕树脂基复合材料的中低温固化环氧树脂体系,用湿法缠绕工艺制作单向纤维缠绕成型复合材料环(NOL环)并进行了性能测试。结果表明:当CUR–1的含量为15份时,树脂体系具有适于湿法缠绕工艺的黏度和使用期,树脂可在80℃完全固化,同时浇铸体拉伸强度为84 MPa,拉伸弹性模量为3.8 GPa,断裂伸长率为5.4%,热变形温度为131℃。该树脂体系与纤维粘结性好,NOL环力学性能高,NOL环拉伸强度为2 451 MPa,拉伸弹性模量为146 GPa,层剪切强度为55 MPa。

缝合对碳纤维复合材料性能影响研究

利用芳纶纤维对碳纤维增强环氧树脂复合材料进行缝合,研究了缝合密度、缝合方向和缝合线直径等缝合参数对复合材料拉伸性能、弯曲性能和层间剪切性能的影响。结果表明,缝合密度和缝合方向对材料性能影响较大,材料经缝合后拉伸性能和弯曲性能下降,层间剪切性能提高。

双阿累尼乌斯方程在湿法缠绕环氧树脂中的应用

为解决双阿累尼乌斯方程在模拟湿法缠绕用酸酐固化环氧树脂和芳香胺固化环氧树脂黏-温特性时出现较大误差的问题，对方程频率因子4和活化能因子M进行了探讨，在其表达式中增加时间变量t，得到新的双阿累尼乌斯方程表达式，并模拟实际固化温度下两种树脂的黏-温特性，对所建立的方程进行了验证。结果表明，时间变量的加入是合理的，新方程可准确模拟两种树脂的黏-温特性，预报不同工艺条件下树脂的黏度，确定酸酐固化环氧树脂在40-50℃符合湿法缠绕的要求，最佳缠绕温度为45℃；芳香胺固化环氧树脂在40℃和45℃符合湿法缠绕的要求，最佳缠绕温度为45℃。

湿法缠绕苯并噁嗪/碳纤维复合材料的性能

分析了3种环氧树脂改性苯并噁嗪(BZ)树脂固化体系的黏温特性、凝胶时间、浇铸体力学性能等,从而优选出一种适用于湿法缠绕且具有优异性能的树脂体系,其由100份BZ树脂预聚体,10份混合环氧树脂,5份芳香胺类固化剂组成。以该树脂体系为基体,利用湿法缠绕工艺制备了NOL环,探究了缠绕张力对NOL环力学性能的影响;在较优缠绕张力下,制备了内径150mm标准压力容器,并进行了相关性能测试。结果表明,优选的树脂体系具有优异的黏温特性,适用期超过8h,浇铸体具有较好的力学性能(如拉伸强度达到78MPa,拉伸弹性模量达到4.56GPa),拉伸断裂面出现些许韧窝;随着缠绕张力的增大,NOL环的拉伸及层间剪切强度先增大后减小,当缠绕张力为10N时,拉伸强度达到2 680MPa,层间剪切强度达到66MPa,且高温条件下(160℃),拉伸与层间剪切强度保持率均超过85%;在较优缠绕张力(10N)下,压力容器的特征系数为41.3km,纤维强度转化率达到89.1%,基本发挥了碳纤维的力学性能。

湿法缠绕成型工艺研究进展

湿法缠绕成型工艺是获得高性能树脂基复合材料的重要工艺之一,并且可以实现低成本制造。简要介绍了增强材料以及成型工艺方面的研究进展,综述了湿法缠绕成型所用树脂体系的黏度特性以及相关力学性能方面的研究,并指出了今后的发展方向。

湿法缠绕用耐温环氧树脂体系研制与性能

针对碳纤维增强复合材料固体火箭发动机壳体耐温需求,研制了一种低黏度、耐温等级高且适用于湿法缠绕的环氧树脂体系,考察了树脂体系的黏度-时间特性,并采用热分析方法研究了树脂体系的固化反应动力学特征,确定了树脂体系固化制度,并对树脂浇注体玻璃化转变温度、力学性能进行了研究。结果表明,研制的环氧树脂体系室温黏度低于800 mPa·s,适用期大于10 h,树脂浇注体玻璃化转变温度达到217.4℃,拉伸强度、弯曲强度分别达到94,122 MPa。以研制的环氧树脂体系为基体树脂,进一步考察了国产T700S级碳纤维增强复合材料单向板力学性能以及Ø150 mm标准压力容器特性指数,结果显示复合材料单向板拉伸强度、弯曲强度分别达到2720,2010 MPa,Ø150 mm标准压力容器特性指数达到42.1 km,纤维强度转化率达85%以上。以上研究结果表明研制的树脂体系适用于湿法缠绕工艺,与国产T700S级碳纤维具有良好的浸润性、匹配性,能够有效发挥碳纤维力学性能。

氢化物分离微分电位溶出分析法的研究——(Ⅰ)生物材料中铋的测定

由于生物材料中铋含量极低,因而必须用高灵敏的方法方能测定,虽然电位溶出分析法测定铋是比较灵敏的,但因Cu、Sb等一些干扰元素的存在,使其方法没能用于生物材料中铋的测定,本文将氢化物同微分电位溶出分析法有机地结合起来,从而克服了干扰,达到了测定生物材料中铋的目的。

聚醚砜增韧环氧树脂的结构与性能

本文研究了聚醚砜（PES）增韧环氧树脂的微观结构和热-力学性能，分析了PES在环氧树脂基体中的增韧机理。PES增韧环氧树脂体系为两相结构，分散相PES呈不规则的变形颗粒分散在环氧树脂中。加入一定量PES可较大幅度地提高环氧树脂的韧性，而不降低环氧树脂的模量和耐热性。这种增韧作用是由PES与环氧树脂在固化过程中形成半互穿网络和压力下分散的PES微粒的变形所引起的。

氢化物分离微分电位溶出分析法的研究——(Ⅱ)生物材料中锗的测定

锗及其化合物具有多种生物活性,它能增强机体免疫功能和延缓细胞衰老。因此锗的测定对人体健康长寿和疾病防治具有重要意义。目前微量锗的测定,主要采用光度法、原子吸收光谱法、阳极溶出伏安法和电位溶出分析法。由于生物材料中的锗含量低,干扰严重,因而难以用上述方法测定。本文将氢化物分离技术与微分电位溶出分析法有机地结合起来,克服了基体干扰并保持了较高灵敏度,从而达到了测定生物材料中锗的目的。