碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

三维角联锁机织复合材料的制备及其弯曲压缩失效机制

为掌握三维纺织结构复合材料在准静态下的失效机制,以碳纤维角联锁预制体为增强体,环氧树脂为基体,采用树脂传递模塑成型工艺制备三维角联锁机织复合材料,并对试样进行匀速载荷下的三点弯曲和压缩试验。采用X射线计算机断层扫描技术观测材料内部结构的损伤情况,并分析材料的失效机制。结果表明:三维角联锁机织复合材料的弯曲强度达到136.43 MPa,弹性模量接近20 GPa,材料的抗弯曲性能优异;基体开裂、下表面纤维断裂和分层是材料的主要弯曲失效模式;材料沿厚度方向的压缩应力达到266.17 MPa,具有良好的抗压缩性能;当承受压缩载荷时,材料在厚度方向上的主要破坏机制表现为剪切破坏。

短切碳纤维增强环氧树脂形状记忆复合材料的制备与性能研究

为实现形状驱动能耗与复合材料力学性能的最佳配合,本文在热致环氧形状记忆聚合物基体中提高增韧剂新戊二醇二缩水醚(NGDE)含量来降低其玻璃化转变温度,同时添加短切碳纤维(SCF)来抵消由增韧剂引起的刚度降低负面效果。通过实验研究了不同NGDE、SCF含量对复合材料形状记忆转变温度、形状记忆性能和力学性能的影响。结果表明,增加NGDE含量可将环氧聚合物基体的形状记忆转变温度从90℃降至43℃,其储能模量和弯曲模量也随之降低。在11wt%NGDE上添加SCF后,复合材料的玻璃态储能模量、橡胶态储能模量、弯曲模量最高可提高至原始试样的1.9倍、7倍和2.4倍。

湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料弯曲性能的影响

采用不同温度下的三点弯曲测试方法,研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料吸湿前后弯曲性能的影响,分析了复合材料的吸湿量、断口形貌、动态力学性能及其加载曲线。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。干态试样的断裂形式都为脆性断裂,湿态试样只有在高温下未发生断裂。吸湿后复合材料的玻璃化转变温度(DMA T_g)为125℃,比干态时下降了16℃。在弯曲变形的前期,载荷和位移曲线都成线性变化,干态试样在载荷达到峰值之前会出现小的波动。湿态试样的后期会有明显的弯折或塑变,而且随着温度的升高这种现象越明显。

冷等离子体处理对碳纤维缝编织物/环氧复合材料界面性能的影响

采用冷等离子体对碳纤维缝编织物进行表面处理 ,并采用XRD对处理前后的碳纤维表面结构进行了分析 ,研究了冷等离子体处理对浸润性以及碳纤维缝编织物 /环氧复合材料的层间剪切强度的影响。实验结果表明 ,冷等离子体处理提高了碳纤维表面活性、浸润性 ,从而改善了碳纤维缝编织物 /环氧复合材料的界面粘结性能 ,进而改善了复合材料的界面性能。

冷等离子体接枝处理对碳纤维织物/环氧复合材料界面性能的影响

采用冷等离子体接枝法对碳纤维织物进行表面处理,在纤维表面产生活性官能团,研究了冷等离子体接枝处理对碳纤维织物/环氧复合材料的层间剪切强度的影响。实验结果表明,冷等离子体接枝处理提高了碳纤维表面活性,从而改善了碳纤维织物/环氧复合材料的界面粘结性能,进而改善了复合材料的界面性能。

经纱织造张力对碳纤维增强三维机织复合材料力学性能的影响研究

三维机织预制体生产过程中,经纱张力控制对预制体织造及复合材料性能有至关重要的影响,选择最佳经纱织造张力可以有效提高三维机织复合材料质量。文章研究了不同经纱织造张力对三维机织预制体及三维机织复合材料性能的影响,结果显示:经纱织造张力越大,在机织造过程中经纱的磨损就较大,预制体面密度越大。当经纱织造张力为150 gf时,织造的预制体对应的复合材料经向拉伸强度最大,但经纱织造张力对其经向压缩性能几乎没有影响。

碳纤维复合材料壳体用环氧改性有机硅涂料的研制

研制了一种室温固化环氧改性有机硅树脂涂料。研究结果显示,涂料热导率为0.266W/(m.K),比热容为1.993kJ/kg.K;拉伸强度为3.15MPa;断裂伸长率为30%;并具有较好的耐烧蚀性能以及良好的附着力;该涂层短时可耐450℃的高温,并且与碳纤维/环氧复合材料之间具有良好的界面相容性;涂料采用丙酮和二甲苯作为混合溶剂,可用于碳纤维/环氧复合材料壳体表面的外热防护。

运用神经网络设计碳纤维织物/环氧复合材料界面性能

提出一种设计碳纤维织物/环氧复合材料界面性能的新方法。利用BP(backpropagation)神经网络,建立起工艺参数与复合材料界面性能的关系模型,同时给出了实例用来验证此方法的有效性。

3K碳纤维编织布/环氧复合材料机械性能研究

介绍了针对真空浸渍+模压的RTM方法(RTM:resin transfer molding,树脂传递模塑成型工艺)制备的复合材料机械性能的研究结果,包括加入500 nm超细石墨或MoS2等添加剂的该类复合材料摩擦性能及其与组分的相关性。

温度和应力对碳纤维环氧复合材料吸湿行为的影响

吸湿行为对复合材料的实际应用有很大的影响。本文研究了温度与外加应力因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料在NaCl水溶液中吸湿行为的影响规律。结果表明，升高温度可以提高复合材料在初始阶段的吸湿速率，增大饱和吸湿率。在35～70℃试验温度范围内，复合材料的吸湿特性遵从Fick定律。在35％温度下施加弯曲载荷增大了复合材料在初始阶段的吸湿速率和饱和吸湿率，并且施加的弯曲载荷越大，复合材料在初始阶段的吸湿速率和达到平衡时的饱和吸湿率越大。同时，吸湿对复合材料的承载能力有明显的影响作用。

碳纤维环氧复合材料对铝合金应力腐蚀性能的影响

研究了碳纤维环氧复合材料与LY12CZ,LC4CS铝合金相互偶接时,在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,以及所产生的电偶腐蚀对铝合金应力腐蚀性能的影响。测量了复合材料与铝合金在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀电流及铝合金的腐蚀失重值,应用慢应变速率应力腐蚀(SSRT)、预制疲劳裂纹的双悬臂(DCB)试样应力腐蚀研究方法,研究在腐蚀介质和碳纤维环氧复合材料共同作用下,由于电偶腐蚀的存在,对铝合金应力腐蚀性能的影响。试验结果表明:碳纤维环氧复合材料增加LY12CZ铝合金的应力腐蚀敏感性,缩短断裂时间,而对LC4CS双悬臂(DCB)试样应力腐蚀的研究结果表明,电偶腐蚀对LC4CS铝合金KISCC值影响不大,对(da/dt) 稍有影响,但不十分明显。同时对电偶腐蚀影响铝合金的应力腐蚀机制和行为进行了一定的讨论。

纳米涂层在碳纤维/环氧基复合材料中的应用

该文研究纳米级氧化物涂层对碳纤维 /环氧基复合材料的界面性能和耐热性能的影响。采用溶胶 -凝胶法在碳纤维的表面涂覆了氧化铝和钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层 ,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为 1 0nm。通过比较氧化物涂层前后碳纤维 /环氧复合材料的力学性能发现 ,Al2 O3 和YSZ涂层后使复合材料的层间剪切强度分别提高了 1 7.7%和 52 .0 % ,拉伸强度和弯曲强度也均稍有提高。且在碳纤维表面形成的Al2 O3 或YSZ涂层在 350～ 70 0℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率。

超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响

对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温处理过程中产生的微裂纹情况,并测试了超低温处理后试样的静强度和拉—压疲劳1000次、10000次及130000次后的剩余强度。对T700碳纤维/环氧复合材料超低温损伤机理进行了分析,并讨论了超低温处理和拉—压疲劳对复合材料剩余强度的影响。结果表明,超低温处理和拉—压疲劳处理都会使试样产生微裂纹,并引起试样内的残余应力释放和试样的剩余强度降低;经历不同的超低温处理之后,试样的剩余强度达到最高值时所对应的拉—压疲劳次数不同;随着超低温处理和拉—压疲劳的作用,试样的剩余强度会经历先升高—再降低的过程。

环氧/纳米SiO_2杂化浆料的制备及其对碳纤维复合材料性能的影响

采用溶胶 凝胶技术制备了环氧 /纳米SiO2 杂化浆料,对杂化浆料膜的结构和性能进行了表征分析,同时研究了该浆料对碳纤维复合材料性能的影响。首先制备了(γ 异氰酸酯基)丙基三乙氧基硅烷接枝的环氧树脂,利用该树脂对纳米SiO2 先驱体进行原位改性,制备碳纤维表面环氧 /纳米SiO2 杂化浆料。采用FT IR,AFM和综合热分析仪对纳米SiO2 先驱体的原位改性结构、浆料膜的显微形态和相态及其热性能进行分析,成功制备了环氧 /纳米SiO2 杂化浆料,SiO2 以纳米尺度均匀地分布于杂化浆料膜中,纳米SiO2 的引入使杂化浆料膜的热性能得到了提高。采用该杂化浆料对碳纤维表面进行改性,复合材料力学性能研究表明,杂化浆料可同时提高复合材料的层间剪切强度和冲击性能。

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。

碳纤维增强环氧复合材料的界面自组装

为了在分子水平上对增强体表面、界面相进行有目的的控制,采用一种新的碳纤维表面改性方法─分子自组装.表面增强拉曼散射光谱(SERS)分析证实了一系列不同链长的羟基取代烷基硫醇化学吸附在镀银的碳纤维表面,并形成了竖直取向的自组装膜结构.微脱粘界面性能测试表明,经组装改性后的碳纤维和环氧复合后界面粘结强度得到了不同程度的提高,揭示了界面区域组装分子链长和界面性能的关系.

碳纤维环氧复合材料与不同表面状态TC16钛合金偶对的电偶腐蚀

将碳纤维环氧复合材料(GECM)与三种不同表面状态(脉冲阳极化、镀铝钝化以及不作任何处理)的TC16钛合金进行偶对,研究了GECM的开路电位和电化学极化,及不同偶对的电偶腐蚀行为。结果表明:GECM具有正的开路电位,而且较为稳定,随极化时间的延长,电位呈缓慢降低的趋势;GECM与脉冲阳极化钛合金偶对的平均电偶电流密度最小,为0.003μA.cm-2,其次为GECM与不作任何处理钛合金偶对的,为0.024μA.cm-2,而GECM与钛合金镀铝钝化偶对的最大,为6.270μA.cm-2;钛合金表面经脉冲阳极化处理后,可有效降低甚至消除钛合金与GECM间的电偶腐蚀。

碳纤维环氧复合材料对30CrMo钢的防护性能

通过自腐蚀电位测量、电偶腐蚀试验、中性盐雾试验等方法,评价了海水环境中表面铺覆碳纤维环氧复合材料的30CrMo钢的腐蚀性能。结果表明,碳纤维环氧复合材料具有良好的抗渗水性,完整的碳纤维环氧铺覆涂层对于30CrMo钢基体有优异的防护作用;但两者存在着较大的电位差,若表面铺覆不完整,或是出现破损,将导致钢基体遭受更为严重的电偶腐蚀。

碳纤维环氧复合材料的加速腐蚀老化试验方法

碳纤维环氧复合材料是目前飞机制造中主要使用的结构材料,其在使用过程中可能会遇到各种环境,如雨雪、阳光、盐雾等,这些都能引起碳纤维环氧复合材料的腐蚀老化。主要介绍了海洋环境下碳纤维环氧复合材料的3种加速腐蚀老化的试验方法,即湿热老化试验、盐雾试验、人工气候老化试验。