乙烯基酯树脂基碳纤维连续抽油杆的研制

研制的碳纤维连续抽油杆以乙烯基酯树脂为基体 ,碳纤维为增强体 ,采用拉挤成型工艺 ,杆体截面尺寸有 3 0×3、 3 2× 4 2和 3 5mm× 5mm 3种规格。对碳纤维连续抽油杆的力学性能和耐温性能的分析测试表明 ,其拉伸强度达到 2 0 0 0MPa,层间剪切强度 64MPa,材料的玻璃化转变温度Tg 为 1 3 8 6℃ ,杆体经 1 0 7次动态疲劳试验后强度保留率仍有 90 %。现场采油试验表明 ,碳纤维连续抽油杆比钢制抽油杆节能 3 0 %～ 5 0 %。

碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能研究

采用改性上浆剂对SCF-35S-48K碳纤维上浆,分析了上浆工艺对上浆碳纤维的表面形貌和碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料界面性能影响。复合材料的微观结构和层间剪切性能结果表明:上浆层对碳纤维起到了一定的保护作用,碳纤维表面平整、可加工性好,与树脂基体的界面黏结性好,复合材料的层间剪切强度达到68.18 MPa,比未上浆碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料高7.56%,满足复合材料应用要求。

有机硅及钛酸酯改性碳纤维树脂基复合材料力学性能研究

为了增韧纯环氧树脂基碳纤维复合材料,改善其力学性能,采用VARTM成型工艺制备有机硅改性碳纤维树脂基复合材料,使用傅里叶红外光谱仪、电子万能试验机、落锤式冲击试验机和SEM研究了改性后的环氧树脂官能团和化学键以及复合材料的拉伸、弯曲、冲击性能,并对其断口进行分析。结果表明:当有机硅质量分数为2%,钛酸酯偶联剂添加质量分数为0.4%时,复合材料的各项力学性能达到最佳,拉伸强度为751.55 MPa,提高了111.4%;弯曲强度为1023.64 MPa,相比未改性的复合材料提高了69.6%;冲击韧性为88.51 kJ·m^(-2),比纯环氧树脂碳纤维复合材料提高了61.3%。

硅烷偶联剂改性对玄武岩纤维增强乙烯基酯树脂复合材料力学性能的影响

为改善玄武岩纤维与乙烯基酯树脂的界面结合性能,分别采用质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的硅烷偶联剂KH550、KH560、A171对玄武岩纤维进行改性,采用模压成型工艺制备玄武岩纤维增强乙烯基酯树脂复合材料。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪和万能试验机等对玄武岩纤维的表面微观形貌和化学结构以及复合材料的力学性能进行测试与分析。结果表明:经质量分数为1%的硅烷偶联剂KH550、KH560、A171改性后的玄武岩纤维和乙烯基酯树脂的界面结合最好,经改性后的玄武岩纤维增强复合材料相比于未改性的弯曲强度分别提高了16.71%、14.96%、13.59%;冲击强度提高10.13%、8.84%、7.41%。综合考虑实验结果,3种硅烷偶联剂对复合材料的改性效果从大到小依次为KH550、KH560和A171。

玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料的湿热老化力学性能

为掌握玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料经湿热老化后的力学性能,采用真空辅助注射成型技术,制作玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料层合板,并根据复合材料压力容器在服役过程中的受力特点,利用水切割技术将层合板制成弯曲和剪切试样。考虑到压力容器的使用工况,对试样进行浸泡加速老化试验,分析了在不同温度和周期下复合材料的质量和力学性能变化。结果表明,随着浸泡时间的增加,复合材料的弯曲和剪切性能逐渐降低。相比于浸泡时间的影响,温度对复合材料性能的影响更显著,如在90℃水中浸泡6周后,复合材料的剪切强度、弯曲强度以及弯曲模量降为初始值的1/2。

偶联剂对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料界面性能影响研究

本文采用偶联剂添加的方法,分别研究了偶联剂种类、偶联剂用量、添加工艺对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料性能的影响。分别使用硅烷偶联剂和大分子偶联剂对复合材料进行改性,结果显示大分子偶联剂对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料的性能提升更为显著。对于不同种类的碳纤维织物,大分子偶联剂的增强效果不同。对于某国产T700碳纤维织物,随着大分子偶联剂的加入,复合材料性能不断提升,当用量为1.5%时,其层间剪切强度提升了41.4%(由24.4 MPa升至34.5 MPa)。而将大分子偶联剂用于某东丽T700碳纤维织物的改性时,其性能呈现出下降的趋势。此外,对比采用不同添加工艺时复合材料的性能提升幅度和数据分散性发现,大分子偶联剂在树脂中添加使用的工艺优于对碳纤维织物表面喷涂使用的工艺。

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料基体固化体系的研究

采用差示扫描量热法（DSC）分析了不同固化剂配方体系的乙烯基酯树脂固化反应特征,研究了固化放热量、固化程度及其浇铸体力学性能的关系,并对模压和拉挤成型碳纤维复合材料的力学性能进行评价,结果表明联用固化剂可使固化温度范围变窄,提高固化放热量。放热量能基本反映树脂的固化程度,直接影响浇铸体及复合材料的力学性能。

生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展

环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,其固化后会形成不溶、不熔的高度交联的三维网络结构,从而导致树脂及其碳纤维复合材料的降解困难而且难以再加工,造成了严重的资源浪费与环境污染。采用可再生生物质原料制备生物基可降解环氧树脂及其碳纤维复合材料,在缓解能源危机、减轻环境污染和实现资源再利用上具有重要意义。综述了生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展,主要包括含有热或化学不稳定键的可降解环氧树脂的合成、性能、降解机理及其碳纤维的无损回收,并总结了其优缺点。

考虑切削能耗和表面质量的碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂,导致现有相关经验公式难以适用。基于此,以CFRP二次加工的切削力分析为切入点,对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响,推导了切削力模型;然后建立了以切削三要素和纤维方向角为变量,以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型,并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法;最后通过铣削试验设计验证了上述模型和方法的可行性和优越性。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

碳纤维/乙烯基酯树脂单向复合材料拉挤工艺研究

本文系统研究了引发体系的组成及含量、三段模具温度、内脱模剂的含量和碳纤维体积含量对碳纤维 /乙烯基酯树脂复合材料拉挤工艺和拉挤复合材料性能的影响 ,确定了以上各参数的最佳范围 。

典型海洋环境碳纤维增强树脂基复合材料老化规律研究

目的研究典型海洋大气环境下碳纤维增强树脂基复合材料的老化规律。方法针对一种典型舰船用碳纤维增强树脂基复合材料,在青岛、厦门和三亚海洋大气环境下开展0.5、1、1.5、2a的自然曝晒试验。基于拉伸、弯曲和剪切强度等力学性能演变数据,采用灰关联分析方法构建环境损伤因子Rr,以综合评价其性能退化情况。结合形貌与傅里叶红外光谱,分析其老化损伤机制。结果及结论海洋大气环境下,碳纤维复合材料表层树脂发生老化降解,该过程主要源于酯基的水解,水解产物有多元醇类和多元羧酸类化合物等,这导致复合材料内部纤维外露,且随时间增加和纬度降低,表面降解减薄程度增大。各地的环境损伤因子Rr表明,经青岛和厦门长周期暴露试验后,在光氧老化和湿热老化等环境“损伤效应”主导作用下,其力学性能随时间呈下降趋势;三亚恶劣海洋环境则更早地对复合材料造成老化损伤,0.5 a起力学性能即单调下降。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

连续碳纤维/环氧树脂基复合材料增材制造设备研制

课题利用连续碳纤维与环氧树脂原位浸渍的方法,设计出原位碳纤维增强环氧树脂复合材料增材制造设备。采用龙门架结构作为移动机构,铺丝头承担碳纤维预浸丝的铺放动作。由于设备的结构设计以及其重要机构的强度对设备的铺放精度有着巨大的影响,所以要对铺放设备的关键受力零部件进行静力学分析,确保其设计强度满足设备正常工况下的运行。实验结果表明,设备结构满足设计要求,可以完成正常工况下的碳纤维预浸带精准铺放。

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料的增韧

聚合物基复合材料的增韧一直是高分子材料领域研究的热点之一。文中从乙烯基酯树脂基体增韧、乙烯基酯树脂/玻璃纤维界面改性及增强材料结构和形式的优化三个方面对玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料的增韧进行了综述,介绍了各种增韧方法的机理和增韧效果,对这些增韧方法进行了评述,并分析了今后的发展方向。

乙烯基酯树脂及其炭纤维复合材料的湿热老化行为

结合乙烯基酯树脂(VE)浇注体在65℃和95℃蒸馏水中的湿热老化行为,对其炭纤维复合材料(CF/VE)的吸湿性、静态和动态力学性能进行了对比分析。结果表明,根据VE浇注体的吸湿特性,可将其复合材料的吸湿过程划分为基体吸湿为主和界面吸湿为主的两阶段;VE浇注体与其复合材料的弯曲强度的下降趋势一致,均与吸湿率的增加趋势相对应,但VE浇注体的弯曲模量下降较复合材料明显;VE浇注体及其复合材料玻璃化转变温度(Tg)的变化均随时间的延长而降低,并随吸湿达饱和而保持在一定值,但两者内耗峰的变化趋势刚好相反。

玄武岩纤维增强乙烯基酯树脂的抗弹性能研究

以连续玄武岩纤维为增强剂,乙烯基酯树脂为基体,制备了新型纤维增强树脂基复合材料。通过分析该复合材料的抗弹性能与其结构设计因素的关系,确定了该复合材料中的纤维织物形式、织物面密度、纤维直径和纤维含量等结构参数;并对该复合材料的抗弹机理进行了初步的分析讨论。

转相乳化法制备乙烯基酯树脂炭纤维上浆剂

以乙烯基酯树脂与端环氧基反应型液态丁腈橡胶为主浆料,采用转相乳化法制备乳液型炭纤维上浆剂。探讨乳化剂种类、质量比、乳化温度、搅拌速率和溶剂对乳液性能的影响。结果表明:当乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚磷酸铵与蓖麻油聚氧乙烯醚质量比为3∶1,乳化剂质量分数为主浆料的10%、乳化温度为50℃、搅拌速率为10000r/min、苯乙烯质量分数为主浆料的50%时,乳液稳定性最高,平均粒径0.068μm。离心沉淀分数为8.67%,Zeta电位为53.24mV,表面张力为32mN.m-1。电导率在转相时突增,转相后电导率趋于平稳,体系发生完全相反转。

碳氮杂环乙烯基酯树脂的合成与表征

用含异氰脲酸酯基的环氧树脂与甲基丙烯酸反应合成了含有碳氮杂环的乙烯基酯树脂,研究了环氧基/羧基摩尔比、催化剂用量以及温度对反应的影响,确定了最佳反应条件,并利用红外光谱对其结构进行了表征。该树脂采用苯乙烯为交联剂,固化后延伸率达到7.2%,拉伸强度高达74.7MPa,与通用的乙烯基酯树脂相比延伸率得到提高。合成的碳氮杂环乙烯基酯树脂具有较好的力学性能和应用前景。

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂抗冲击复合材料的研究

通过对抗冲击复合材料要求进行分析,给出了树脂基体设计中应该着重考虑的几个因素。选择乙烯基酯树脂作为抗冲击复合材料的基体树脂,通过配方设计、树脂改性、性能表征等试验方法,得出了抗冲击复合材料树脂基体的优化设计方法。研究结果表明,乙烯基酯树脂是制备抗冲击复合材料较合适的树脂基体,以它制备的玻璃纤维增强抗冲击复合材料的各项性能均能满足设计要求。