碳纤维增强环氧树脂复合材料盐雾腐蚀行为及其老化分子机制

碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)综合性能优异,广泛用于国防军工、航空航天等领域。文中针对CFRP在海洋气候环境下的实际应用需求,研究了具有产品结构特征的NOL环及层压板试样在高温、高浓度盐雾(55℃,10%NaCl)条件下的盐雾腐蚀行为,并通过研究材料在老化过程中的吸湿行为、盐分扩散行为及树脂分子/交联网络结构及体系界面结构的演变,探究了其老化分子机理及界面损伤机制。其老化过程可分为3个阶段,在此期间水分子对树脂的溶胀与塑化作用、纤维-基体湿膨胀系数不匹配诱发的界面损伤作用及盐分/水分对树脂的腐蚀断链作用均可导致体系交联密度降低、界面脱粘及基体破碎,诱使材料力学及界面强度劣化。老化90 d后,NOL环及层压板试样的层间剪切强度(ILSS)保留率分别为73.75%及84.10%。

碳布/环氧树脂复合材料层合板在升温过程中的电阻变化

通过对升温过程中[0/90]、[0/90/±45]、[±45]等不同铺层方式碳布增强环氧树脂复合材料电阻变化规律的研究表明:在-50℃～160℃温度范围内,不同铺层方式复合材料的电阻均逐渐下降,复合材料电阻表现出负温度系数效应。其中,[0/90/±45]8复合材料电阻下降幅度最大,降幅为9.59%。在-50℃～-20℃、-20℃～130℃1、30℃～160℃等不同温度区间,随着温度升高,复合材料电阻下降速率不同。其中,在-20℃～130℃区间,复合材料电阻下降速率最大。

环氧树脂改性聚双环戊二烯及其碳纤维复合材料的制备与表征

本文在双环戊二烯单体/Grubbs二代催化剂体系中加入双酚A型环氧树脂配套甲基纳迪克酸酐固化剂,通过逐步升温聚合得到环氧树脂/聚双环戊二烯(PDCPD)共混物。利用接触角测量仪、差示扫描量热仪(DSC)、红外光谱仪(FT-IR)、力学试验机和扫描电镜(SEM)对环氧树脂改性PDCPD进行了表征。研究结果表明:加入10 phr环氧树脂的DCPD单体与碳纤维织物表面接触角由83.2°降低至22.6°,润湿性得到明显改善;环氧树脂改性PDCPD相比于纯PDCPD,玻璃化转变温度由124.7℃提升至133.2℃;改性PDCPD红外光谱中未发现环氧官能团(913 cm^(-1)),说明混合体系中环氧树脂反应完全;力学性能测试结果表明改性后PDCPD弯曲强度提升13.3%,断裂韧性降低11.0%,微观结构显示环氧树脂固化物呈直径小于2μm的微球均匀分布在PDCPD内部;利用湿法模压制备的改性PDCPD/碳纤维复合材料层间剪切强度由8.2 MPa提升至15.1 MPa,断面结构显示环氧树脂的加入有效改善了PDCPD对碳纤维的附着力。

碳纤维增强羟基磷灰石/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

采用树脂传递模塑 (RTM)工艺制备了碳纤维增强环氧树脂以及碳纤维增强羟基磷灰石 (HA) 环氧树脂两种复合材料 ,并测试了其力学性能。结果表明 ,RTM工艺可以基本保证环氧基体均匀浸入碳纤维织物内部。碳纤维增强HA 环氧复合材料的冲击韧性高于碳纤维增强环氧复合材料 ,而弯曲强度和弯曲模量低于碳纤维增强环氧复合材料。两种复合材料的弯曲强度远高于人体皮质骨 ,弯曲模量与皮质骨非常接近。动态力学分析 (DMA)表明加入HA后 ,复合材料的贮存模量和内耗降低 。

ZnO纳米棒/碳布多尺度增强酚醛树脂复合材料的制备与性能研究

采用新颖的水热电泳法在碳布表面生长ZnO纳米棒,制备出ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体,与传统水热法相比,有效地缩短了ZnO纳米棒的生长时间。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体的结构特征、微观形貌进行表征。探索了不同电泳时间(15、30、45、60 min)对碳布增强复合材料的湿式摩擦性能和拉伸性能的影响规律。结果表明,ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体有效提高了复合材料的摩擦磨损性能和拉伸性能,归因于多尺度增强体与树脂基体之间形成良好的界面结合。当电泳30 min时,复合材料表现出最高且稳定的摩擦系数,与原始碳布复合材料相比磨损率降低了55.40%。复合材料的拉伸强度为133.74 MPa,与原始复合材料相比提高了30.10%。因此,水热电泳法在制备碳布多尺度增强的复合材料方面具有广阔的应用前景。

电阻法诊断碳布/环氧树脂复合材料压缩损伤

采用电阻法与声发射技术研究了压缩载荷对不同规格的碳布/环氧树脂复合材料的影响,得出电阻法诊断复合材料压缩损伤的依据。试验结果表明,当受到压缩载荷作用时,碳布/环氧树脂复合材料中的导电网络会发生变化,从而引起复合材料电阻的变化。同时,复合材料的声发射能量会增加。当电阻变化幅度超过一定值时,则可诊断复合材料中存在压缩损伤。电阻法诊断复合材料压缩损伤能够提高复合材料的使用安全性能。

碳质材料增强环氧树脂复合材料力学性能研究进展

综述了炭黑、碳纤维、碳纳米管等碳质材料增强环氧树脂复合材料的力学性能特征、论述了碳质材料的类型、用量,改性方法对复合材料抗张强度、抗拉强度、断裂伸长率、抗冲击强度以及韧性等力学性能的影响。讨论了表面化学修饰碳质材料、改进共混技术以及材料微观结构对复合材料力学性能的影响,碳质材料的分散性是影响复合材料力学性能和微观结构的主要因素,对碳质材料进行表面化学修饰或改进共混技术是提高碳粒分散性和复合材料微观结构和力学性能的有效途径。

碳纳米管基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

为研究碳纳米管(CNTs)对碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP复合材料)性能的影响,采用超声共混的方式将CNTs引入到CF/EP复合材料基体体系中,制备CNTs基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP-CNTs复合材料)。对两种复合材料的黏弹性能、热稳定性能、弯曲性能和耐疲劳性能进行测试。结果表明40.0℃时CF/EP-CNTs复合材料的储能模量E′值较CF/EP复合材料提高了16.1 GPa,Tg值略有降低;CF/EP-CNTs复合材料开始热降解的温度较CF/EP复合材料低,热稳定性略有下降;CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度和弯曲模量比CF/EP复合材料分别提高了6.3%和15.9%;经40000次弯曲疲劳后,CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度保持率和弯曲模量保持率高达90.7%和93.8%。

碳纤维布增强聚苯硫醚复合材料的性能研究

研究碳纤维布的含量、表面处理方法及填料等对聚苯硫醚复合材料性能的影响。结果表明,随着碳纤维布含量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度提高;碳纤维布经过表面处理后与聚苯硫醚的粘接强度大大提高,其中用丙酮浸泡的效果好于高温热处理;填料硅灰石经偶联处理后加入复合材料中,可提高材料的力学性能和耐热性。

碳纤维/环氧树脂单向复合材料的吸湿残余应力研究

对碳纤维增强环氧树脂基(CFL/EP)单向复合材料在湿热环境下吸湿残余应力进行了研究。首先,采用ABAQUS有限元软件计算了环境温度T=37℃及T=80℃条件下随时间变化的材料中水分分布,该结果和材料吸湿实验结果吻合较好,同时也发现碳纤维随机分布模型能更好地模拟复合材料吸湿行为;随后,根据获得的水分分布对随时间变化的吸湿残余应力进行了研究。结果表明:树脂基体长时间吸湿导致的残余应力能够达到很高的水平(30MPa以上),其中纤维间距较小的基体区域以及基体和纤维界面处的应力水平明显高于其他区域,而在界面处应力值最高。这种高水平的残余应力在吸湿、脱湿循环下可能导致材料发生疲劳损伤及失效。

光固化碳纤维增强树脂基复合材料的研究

通过改进光固化树脂的引发体系,实现了不透光碳纤维增强树脂基复合材料的快速光固化。将双[(3,4–环氧环己基)甲基]己二酸酯和甲基丙烯酸丁酯混合构成互传聚合物网络,并以此为光固化复合材料树脂基体,研究了组分比例对碳纤维增强树脂基复合材料的拉伸性能的影响。研究发现,当双[(3,4–环氧环己基)甲基]己二酸酯和甲基丙烯酸丁酯以85/15的质量比混合时,复合材料具有最好的拉伸性能。湿热环境会导致复合材料拉伸性能的明显下降,但是,甲基丙烯酸丁酯的引入可以提高复合材料的耐湿热性能。当其质量分数为25%时,湿热处理后拉伸性能的下降最小。

SiC微粉含量对先驱体转化制备碳纤维布增强碳化硅复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了碳纤维布增强碳化硅复合材料,考察了SiC微粉含量对材料结构与性能的影响。实验表明,SiC微粉含量过低,材料内部存在大的孔洞,容易造成应力集中,导致材料的力学性能较差;而当SiC微粉含量较高时,在制备过程中微粉对碳纤维机械损伤加大,同样导致材料力学性能下降。当SiC微粉含量为30%(质量分数)时,所制备的材料的力学性能较好,其弯曲强度和拉伸强度分别为246.4MPa和72.5MPa。

短切碳纤维增强环氧树脂复合材料的研究

采用冷模压成型工艺制备了短切碳纤维增强环氧树脂(SCFRER)复合材料,并对复合工艺参数进行了讨论。借助于金相显微镜研究了SCFRER复合材料的微观结构特征;较全面地研究了短碳纤维(SCF)含量对复合材料的热、电性能和力学性能(拉伸、弯曲和压缩强度)的影响。

回收碳纤维增强环氧树脂复合材料的方法

碳纤维（CF）／环氧树脂（EP）复合材料（简称CF／EP）复合材料），具有密度小、比强度及比模量都比较高的特点。随着低碳经济的发展，碳纤维／环氧树脂复合材料在各个领域的用量迅猛增长，而且拓展到新兴的领域，如新能源、高速列车等。随着碳纤维／环氧树脂复合材料在这些高新领域的应用，所产生的热固性树脂废旧物与日俱增，一方面给环境带来了巨大的压力，另一方面复合材料中含有高价值的碳纤维成分，如果对复合材料进行简单处理，就会造成资源的浪费。

成型工艺对中温固化环氧树脂碳纤维复合材料性能影响

对3233中温固化环氧树脂黏度-温度曲线、凝胶时间-温度曲线和DSC进行了分析。采用热熔法制备了其碳布预浸料,通过热压罐法、模压法和真空袋法成型复合材料层合板,进行性能测试并对比。结果表明,3233中温固化树脂固化工艺为(125±5)℃固化90～120 min。采用热熔法制备的3233/CF3052中温固化环氧碳布预浸料具有良好工艺性能。模压成型和热压罐成型的层合板力学性能相当,略高于真空袋成型。3233树脂具有良好的韧性,夹层结构的抗滚筒剥离强度高,其预浸料可与蜂窝直接共固化。

海军舰炮弹药用碳布增强环氧复合材料热老化寿命预测

研究了热老化对海军舰炮弹药用碳布增强环氧复合材料力学性能的影响,并利用回归分析方法对复合材料热老化寿命进行了预测。结果表明,碳布增强环氧复合材料分别在温度110,120,130,140℃热空气条件下老化2 000 h,材料的各项力学性能总体呈下降趋势,但降幅很小,甚至在整个试验过程中会出现性能升高的情况,说明材料具有优异的力学性能。以90%作为材料失效判据点,碳布增强环氧树脂基复合材料常温贮存条件下贮存寿命为20年。

空气等离子处理对碳纤维增强复合材料表面特性及胶接性能的影响

为了改善碳纤维增强复合材料(CFRP)表面浸润性及提高胶接强度,采用常温常压空气等离子方法对CFRP胶接表面进行预处理,测试了不同预处理参数下CFRP与水的接触角,计算了其表面能;利用原子力显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析不同处理参数下CFRP表面的物理和化学性能;采用4种胶粘剂测试CFRP的胶接拉剪强度.结果表明:喷头与CFRP表面的距离为6 mm、喷头移动速度50 mm/s为最佳的等离子处理条件;经等离子处理后,CFRP与水的接触角由处理前的114°降低至23°,表面能由32.49 mJ/m^2升高到72.19 mJ/m^2;等离子处理增强了CFRP表面环氧官能团,降低了表面粗糙度,表面形成了大量微米级沟壑;采用等离子处理能够显著提高环氧树脂胶粘剂接头的拉剪强度,使其失效形式由界面失效转变为基材失效,而聚氨酯胶粘剂接头的拉剪强度变化不大,其失效形式由界面胶层与内聚复合失效转变为纯界面失效.

影响碳纤维增强复合材料摩擦系数的因素

本研究对碳纤维的体积比、分布方向及温度对增强热固性环氧树脂摩擦系数的影响作了试验及分析讨论 ,结果表明 ,碳纤维加入后可显著降低复合材料的摩擦系数 ,随碳纤维加入方式不同 。

航天复合材料用低温固化改性环氧树脂体系的研究

0引言 连续碳纤维增强热塑性树脂改性环氧基体复合材料在航空材料领域具有广泛的应用。这类材料韧性好，耐热性优良（可耐150℃的高温），易加工，可作为纤维的预浸料，也可用于热压罐成型。一般地，这类复合材料在热压罐成型时都是使用高温固化（HTC）（如，〉180℃）来达到优异的性能。

建筑工程应用的碳纤维增强复合材料

一、建筑工程用碳纤维复合材料的应用范围及分类 使用碳纤维材料加固结构的主要目的，是提高建筑工程承载能力或改善其功能。目前，建筑工程中广泛使用的碳纤维及其复合材料产品具有多种形式，常用的碳纤维及其复合材料产品主要有碳纤维布、碳纤维板、碳纤维条带、碳纤维网格等，如图1所示。