温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响

利用带有温度控制装置的分离式霍普金森杆(SHPB)测试碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的冲击压缩性能,分析温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响.结果表明:温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的面外冲击压缩模量、最大应力及破坏形态都有很大影响.随着温度的增加,纤维与树脂界面变弱,最大应力减小,压缩模量减小;随着应变率的增加,最大应力增加,压缩模量变大.通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,纤维与树脂界面在100℃时发生变化,有大量纤维束从经、纬纱中被拉出,导致纤维束无规则断裂.

环氧树脂/石墨烯复合材料的制备及其性能

为提高环氧树脂的导电性能和电磁屏蔽性能,将石墨烯作为导电填料添加到环氧树脂中制备了环氧树脂/石墨烯复合材料,并研究了石墨烯含量对复合材料力学性能及微观形貌的影响。结果表明:添加石墨烯使复合材料的电导率和电磁屏蔽效率显著提高。石墨烯含量为10.0%(w)时,复合材料的电导率和电磁屏蔽效率分别为1.34×10^(-3)S/m,2.95 dB;石墨烯含量为7.5%(w)时,复合材料的冲击强度为1.67 kJ/m^(2),较纯环氧树脂提高了50%。

麻纤维增强改性环氧树脂复合材料声学性能研究

为验证麻纤维增强改性环氧树脂复合材料的声学性能,探讨植物纤维改性材料制备某类乐器的可行性,以亚麻、黄麻、苎麻等麻纤维材料为例,制备了几种不同麻纤维增强改性环氧树脂材料,以增强改性环氧树脂材料代替木材制作打击乐器,采用自由振动方法对打击乐器的声学性能进行测试。结果表明:黄麻、苎麻增强改性后的环氧树脂基复合材料声学性能各占优势,与一般的枫木相比力学性能更好,但综合声学性能尚无法达到天然枫木的水平。

基于机器学习预测环氧树脂复合材料抗冲击性能

剩余压缩强度(RCS)是评价复合材料受到冲击损伤后力学性能的重要指标。采用声发射技术(AE)对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料冲击载荷进行了在线监测,分析了振铃计数、峰值计数、信号强度和信号均方根值4种冲击载荷参数,采用人工神经元网络(ANN)和径向基网络(RBF)基于冲击载荷参数预测了试件RCS。结果表明,高冲击能量造成了试件分层、玻璃纤维断裂、环氧树脂基体开裂、纤维脱黏,当冲击能量为10、15、20和30 J时,冲击3 ms后冲击能量达到最大值,分别为10.53、16.67、21.77和27.13 J,随后冲击能量不断下降。随着冲击能量的增加,试件冲击深度从0.18 mm增加到3.35 mm,RCS从56.87 MPa降低到20.45 MPa。最优ANN模型结构为4-48-1,预测和实验RCS的均方误差(MSE)最低为0.03 MPa,最优RBF模型结构为4-21-1,MSE最低为0.01。RBF模型的局部响应特性使得其对输入数据中的噪声具有较好的鲁棒性,预测与实验RCS数据的相关系数(R2)为0.9863,而ANN模型预测结果为0.9514。

基于超声反射法的环氧树脂复合材料内部缺陷检测与频谱分析研究

纤维增强树脂基复合材料被广泛地应用在电力设备中,其涉及多层介质,结构复杂,内部易产生缺陷,在长期电场作用下会引发局部放电甚至绝缘击穿。对绝缘内部缺陷进行早期检测,可以有效减少事故的发生。本文基于超声反射法搭建了复合材料超声检测系统,基于真空树脂传递模塑法人工制备了含裂纹、分层和金属杂质缺陷的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料平板试样,然后分别对含缺陷的平板试样进行超声检测与频谱分析。结果表明:不同种类缺陷试样的超声反射波形存在明显差异。通过对超声回波进行频谱变换,得出归一化频谱特性曲线,根据曲线计算特征值可以实现对不同形态缺陷的识别。其中裂纹缺陷试样的特征值最小,分层缺陷试样的特征值最大。

纳米颗粒填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

为探究纳米颗粒[纳米氧化铁(NFe)、纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNT)]填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)的力学性能,对纳米颗粒质量分数分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%的纳米颗粒/GFRP材料开展了拉伸、压缩、弯曲及冲击力学性能试验,并结合扫描电镜(SEM)分析了纳米颗粒的种类及质量分数对试件力学性能的影响规律。结果表明,随着纳米颗粒质量分数的增加,试件拉伸强度均先增大后降低,纳米颗粒的良好分散性及与树脂间的黏聚力能够提升试件的拉伸强度,但过量纳米颗粒的掺入会形成积聚现象,使得试件拉伸强度降低。相较于GFRP试件,掺入纳米颗粒的质量分数为0.1%、0.2%、0.5%和1.0%时,MWCNT/GFRP抗压强度的增幅分别为25.31%、36.04%、26.84%和27.25%,弯曲强度的增幅分别为58.74%、63.21%、40.89%及43.11%,纳米颗粒的掺入使得试件抗压强度、弯曲强度、冲击强度均得到改善,颗粒种类及质量分数的不同使得试件力学性能提升效果存在差异。SEM试验结果表明,外荷载作用下纤维出现断裂、分层现象,纤维与纳米颗粒间存在的摩擦效应增强其力学性能,颗粒的积聚使得试件力学性能降低。

热塑性树脂增韧环氧树脂复合材料研究进展

为了解决环氧树脂固化导致严重脆弱,低韧性和恶劣的内冲击性缺点,在特定范围内限制适用的问题,本文通过整理近年来环氧树脂增韧的相关文献,研究了热塑性树脂的改性方法和改性后界面情况的进展,对聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺等热塑性树脂增韧环氧树脂研究现状进行了分析。研究发现:热塑性树脂增韧环氧树脂的共混体系从均相状态到高交联结构的固定相形态,这种转变极大程度提高了材料的性能。

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。

聚多巴胺改性竹长纤维对环氧树脂基复合材料性能的影响

为改善竹长纤维与环氧树脂(EP)的界面相容性,开发高性能竹塑复合材料,采用多巴胺(DA)自聚形成聚多巴胺(PDA)改性竹长纤维,热压法制备竹纤维/EP基复合材料。通过万能力学试验机、表面张力测量仪等设备探究PDA的合成条件对EP基复合材料力学性能、润湿性等性能的影响机制。结果表明,采用三羟甲基氨基甲烷调节pH为8.5,质量浓度为2.0 g/L的聚多巴胺改性竹纤维,改性竹纤维及复合材料表面接触角增大,表面能下降,极性降低。FTIR和XPS表明改性竹纤维表面N元素含量增加,多巴胺分子结构中的儿茶酚基团与竹纤维中游离的羟基结合形成氢键,复合材料吸水性能下降。XRD显示改性竹纤维结晶度提高。复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别增强至131.10 MPa、8097.61 MPa、25.68 kJ/m^(2),比未改性复合材料分别提高5.36%、18.8%、36.02%。DMA和TG测试显示,改性复合材料的储能模量、损耗模量和热稳定性增强。

非共价改性石墨烯的制备及环氧树脂复合材料导热性能

采用非共价键表面修饰制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性的石墨烯(GR@PVP),通过共混方式将其作为填料与环氧树脂(EP)复合得到了不同填充量的EP/GR复合材料。红外光谱和热重分析结果表明,聚乙烯吡咯烷酮成功接枝到石墨烯表面。动态力学热分析和热性能测试结果表明,EP/GR@PVP复合材料的储能模量、玻璃化转变温度和损耗因子峰高度均比EP/GR复合材料有所降低,表明聚乙烯吡咯烷酮增强了环氧树脂复合材料的柔韧性。采用扫描电子显微镜观察复合材料断面形貌,GR@PVP在环氧树脂中分散均匀,且与基体相容性好。当填料质量分数为2.0%时,EP/GR@PVP复合材料的热导率比纯EP和EP/GR复合材料分别提高了205.3%和52.6%,25℃EP复合材料的表观黏度为13.29 Pa·s,符合电子封装材料对复合材料加工黏度的需求(<20 Pa·s)。其研究为进一步制备高导热、低黏度的电子封装材料提供了一种简便的方法。

剪切增稠凝胶/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

剪切增稠凝胶(STG)是近年来引起人们极大研究兴趣的一种剪切增稠材料,表现出冲击硬化效应。将STG与环氧树脂材料进行复合,获得一种强度更高的STG增强环氧树脂材料,一方面解决剪切增稠材料在实际过程中的冷流问题,另一方面通过高分子聚合物与剪切增稠凝胶材料的耦合作用,进一步改善环氧树脂的脆性以抗冲击防护性能。采用热分析表征样品的热稳定性;采用电子万能材料试验机对复合材料进行了多重拉伸速率的拉伸力学性能测试;采用扫描电子显微镜对材料进行微观结构观察。

自修复与阻燃功能一体化玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及性能

纤维增强环氧树脂基复合材料(FREPC)在实际应用中常因裂纹失效和燃烧破坏而受到限制。文中将自制的DA加合物(DOPO-FU-BMI)与糠胺(FA)配合,引入到环氧树脂DGEBA中,通过热压成型工艺制备了兼具自修复和阻燃双重功能的玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料。结果表明,DA加合物在复合材料中实现了均匀分布,提升了材料的热稳定性和玻璃化转变温度;复合材料通过动态可逆化学键的可逆Diels-Alder(DA)反应实现了裂纹的修复,当DA加合物质量分数为20%时,经2次“冲击-修复”循环后复合材料的强度保留率仍高达92.5%;同时,复合材料发挥了玄武岩纤维的阻燃特性优势,引入DA加合物后使其阻燃性能进一步增强,极限氧指数最高可达44.5%,较未改性复合材料提升25.4%。

APP-MCA-CFA三元复配阻燃体系改性环氧树脂基玻璃纤维复合材料及性能研究

首次以聚磷酸铵(APP)为酸源和主阻燃剂,以高氮含量的三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为气源,以大分子型三嗪成炭剂(CFA)为炭源,组成APP-MCA-CFA三元复配阻燃剂体系。将其用于环氧树脂体系的阻燃改性,通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧等级、锥形量热、扫描电镜(SEM)、热失重分析(TG)和动态力学分析(DMA)等实验分析了它们之间的协同效应。结果表明:与单独使用APP阻燃剂相比,三元复配阻燃剂体系(20%APP-5%MCA-5%CFA,均为质量分数)表现出显著的协同阻燃效应,LOI值提升至62.0%,热释放速率峰值(PHRR)降低至401kW/m^(2),总热释放量(THR)下降至37.3MW/m^(2)。成炭分析结果表明,APP-MCA-CFA三元复配阻燃剂体系的引入使环氧树脂在高温下形成孔洞直径约5μm的形貌均一且规整的微米级膨胀炭层。DMA实验表明MCA和CFA可以通过粒子表面的胺基参与环氧固化反应,提高环氧固化交联密度,在一定程度抵消APP阻燃剂粉体加入导致的环氧机械性能下降。APP-MCA-CFA三元复配阻燃体系可用于环氧树脂基玻璃纤维复合材料的阻燃改性,垂直燃烧等级提升至UL-94 V0级,LOI值提升至66.3%。该研究为开发综合性能优异的阻燃环氧树脂基复合体系提供了一种简单易行的途径。

二胺型苯并噁嗪改性双酚A环氧树脂及其玻璃纤维复合材料性能研究

为了延长环氧树脂漆的适用期,提高其耐热性,使用苯并噁嗪树脂对其进行共混改性。以溶液共混方式制备了环氧树脂漆(EP)与苯并噁嗪树脂(BZ)的共混树脂体系(E/B-x),讨论了BZ的加入对共混树脂的黏度、流变特性、凝胶化活化能、固化行为、表面特性及玻布增强复合材料的耐热性、力学性能的影响。结果表明:BZ的加入使共混树脂的黏度明显降低,凝胶温度及凝胶活化能增加,迟滞了EP的固化反应,延长了其适用期;少量BZ的加入不会改变EP的玻璃化转变温度(Tg),当BZ加入量达到40份时,与EP复合材料相比,E/B-40复合材料的干态和湿态Tg分别提高了12.6%和11.7%;随BZ加入量的增加,复合材料的弯曲强度先下降后上升,E/B-40复合材料的弯曲强度和弯曲模量可达569 MPa和27.9 GPa,与EP复合材料相当。

六方氮化硼增强环氧树脂基复合材料的研究进展

环氧树脂作为一种综合性能优异的热固性树脂在众多领域得到广泛应用,但是其固化后脆性大且断裂韧性比较低,六方氮化硼(h-BN)作为一种纳米填料与环氧树脂结合可以显著提高环氧树脂的各项综合性能,同时可以极大增强环氧树脂在实际应用中的潜力。文中首先系统介绍了h-BN的结构与性能特点,以及常用的制备、改性与分散方法。其次,着重阐述了h-BN作为纳米填料添加到环氧树脂中形成复合材料,其对于环氧树脂复合材料的热学、电学、机械以及防腐性能的影响,同时也对h-BN增强环氧树脂各种性能的研究进展进行了阐述。最后展望了h-BN/环氧树脂复合材料的发展与应用前景。

纳米SiO_(2)/桐油基环氧树脂复合材料的制备及性能

通过制备环氧化桐油酸甲酯,并将其与E51环氧树脂共混,得到桐油基环氧树脂。再用硅烷偶联剂KH-570改性纳米SiO_(2),并以不同的质量比添加到桐油基环氧树脂中,探究不同纳米SiO_(2)含量在力学性能、接触角以及耐磨损性能上对桐油基环氧树脂复合材料的影响。结果表明:质量比为6%的纳米SiO_(2)的桐油基环氧树脂复合材料的拉伸和冲击强度都得到了提高,冲击强度较未加入纳米SiO_(2)提高了53.3%,水接触角也从93.3°提高到104.76°,并且添加纳米SiO_(2)之后复合材料的耐磨损性能也随之增强。

用于导热绝缘环氧树脂复合材料的氮化硼改性研究进展

环氧树脂是电子器件常用的绝缘高分子基体材料,但存在导热性偏低的问题。六方氮化硼(h-BN)常被用于环氧树脂的导热填料,而h-BN的化学惰性使其在环氧树脂中的分散性和相容性较差,限制了其作用的发挥,因而对其进行改性就成了导热绝缘环氧树脂复合材料制备中需要面对的一个重要问题。本文主要总结了近年来用于导热绝缘环氧树脂复合材料的氮化硼的改性方法及其特点,其中包括剥离、包覆、场取向和杂化等物理方法,以及功能化、偶联剂修饰、活性剂修饰、化学接枝等化学方法,并对BN改性今后的发展趋势进行了讨论。

环氧树脂基导热复合材料的研究现状及展望

目前提高环氧树脂导热系数的途径主要有两种,本征型和填充型,其中填充复合型以其较高的导热系数和复合稳定性等优点而被广泛使用和研究。主要介绍了填充型环氧树脂基导热复合材料的发展进程,简述了其导热机理,探讨了不同导热填料复合材料的研究进展,并简述了其在电子封装、航天航空领域的主要应用,最后提出了导热材料现阶段仍需解决的问题,对其未来的发展方向进行了展望。

环氧树脂复合材料残余应力检测技术研究进展

环氧树脂复合材料被广泛应用于电工装备核心构件制造,但成型过程增强材料和树脂基体的热学、力学参数不匹配会导致内部存在较大残余应力,对构件机械性能和使用寿命产生直接影响,因此准确有效的残余应力检测表征手段对于优化构件成型工艺和提高电工装备可靠性具有重要意义。本文首先介绍了增强型环氧树脂复合材料残余应力的形成机理,综述了基于曲率测量法、去层法、柔度法、钻孔法、光弹性法、X射线衍射法、拉曼光谱法、光纤法和声弹性法几种残余应力检测方法的原理及其适用范围,讨论了残余应力影响环氧树脂构件机械性能的研究进展,最后对环氧树脂复合材料残余应力检测方法进行了展望。本文相关总结有助于掌握构件残余应力分布规律并为成型工艺优化提供参考。

拉挤成型锚杆环氧树脂基体及复合材料杆体力学性能研究

针对高强度复合材料锚杆拉挤成型的应用需求,开发了酸酐固化环氧树脂基体。研究了树脂基体的流变性能、固化性能和浇注体力学性能,并建立了Arrhenius粘度模型来预测树脂的粘度特性。结果表明,开发的环氧树脂基体具有粘度低、工艺操作期长、固化反应放热集中等优点,树脂浇注体的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度分别达到了74.25 MPa、4.48%、127 MPa,性能满足高强度复合材料锚杆拉挤生产工艺及性能要求。实验选取高强度玻璃纤维拉挤成型制备了直径22 mm的全螺纹复合材料锚杆,杆体的拉伸强度、横向剪切强度分别达到了1027.3 MPa、223.6 MPa,符合高强度复合材料锚杆要求。