碳纤维表面改性及其对热塑性复合材料界面性能影响的研究进展

基于复合材料界面作用机制,系统总结了碳纤维表面改性方法,分别讨论了不同碳纤维改性处理方法对热塑性复合材料界面性能的影响及相关研究进展。碳纤维表面进行改性处理是增强热塑性复合材料界面结合强度的有效途径。最后对碳纤维表面改性方法的未来发展方向进行了展望。

硅烷偶联剂改性金属加热元件提高碳纤维/聚苯硫醚热塑性复合材料电阻焊接强度

以使用碳纤维为增强体,聚苯硫醚为树脂基体的碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon Fiber Polyphenylene Sulfide,CF/PPS)热塑性复合材料为研究对象,对其电阻焊工艺进行了研究,获得了最佳工艺参数,并使用硅烷偶联剂对加热元件(304不锈钢金属网)进行改性。在探索最佳工艺参数时,使用了田口试验方法,设计了三因子三水平的正交试验,得到了在CF/PPS电阻焊试验最佳参数(电流为42 A,压力为2.0 MPa,时间为10 s)下的最大单搭接剪切强度(Lap Shear Strength,LSS)为24.5 MPa。运用硅烷偶联剂对加热元件进行表面改性,提高了聚苯硫醚与金属网之间的黏附性。与加热元件未进行任何处理的焊接接头相比,使用硅烷偶联剂处理加热元件的焊接接头搭接剪切强度为31.1 MPa,提高了27%。

台塑与中国台湾纺织研究所合作研发回收碳纤维/PC热塑性复合材料

近日,台塑集团宣布与中国台湾纺织研究所(TTRI)合作开发了一种新型回收碳纤维(rCF)/聚碳酸酯(PC)热塑性复合材料。采用最先进的PC纤维纺丝技术,将干式均质混合无纺布技术与回收碳纤维相结合,制成中间材料。除了使用回收的碳纤维外。

碳纤维增强热塑性复合材料螺旋铣磨制孔损伤研究

目的研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)螺旋铣磨制孔的切削温度和切削力的变化趋势,以及典型制孔损伤的特点,并分析切削温度的下降对制孔损伤的影响。方法采用螺旋铣磨的方法开展CFRTP的制孔试验研究,通过改变工艺参数研究切削温度、切削力的变化趋势,分析各类典型制孔损伤的特点、形成原因及随工艺参数的变化情况,并研究添加冷却辅助降低切削温度对抑制制孔损伤的效果。结果随着刀具自转转速、公转转速和螺距的升高,切削温度分别升高了约46.43%、12.06%和95.97%;切削力随着自转转速的升高而降低,随着公转转速和螺距的升高而增大。当螺距达到0.45mm时,轴向力会有所下降。入口损伤和出口损伤主要以毛刺为主,损伤会随着各工艺参数的升高而加剧,孔壁损伤主要表现为涂覆、变形、裂纹等3种形式。添加冷却辅助后,制孔质量得到显著提高,高温下的刀具涂覆问题基本解决。结论切削温度是影响CFRTP制孔质量的主要因素,切削温度的升高导致树脂基体软化,使得切屑形貌从粉末状转变为连续薄片状,进而对切削力产生影响,树脂软化对制孔损伤有着明显的影响。冷却辅助能够明显地降低切削温度,从而起到抑制损伤的作用。

玻璃纤维增强热塑性弹性体复合材料的研究

以玻璃纤维(GF)为填充材料,对热塑性弹性体(TPE)进行共混改性,研究了GF尺寸、用量对TPE/GF复合材料的流变性能、力学性能以及热稳定性能的影响。结果表明:复合材料的流变性能随GF尺寸、用量的增加而下降;在TPE中加入质量分数10%、长度3 mm的GF,可获得较优的力学性能,GF有较好的增强效果;复合材料具有较好的热稳定性,具备可重复加工性,对成本节约和环境保护均具有十分重要的意义。

碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有重量轻、强度大、模量高、耐高温、耐磨性好等特点,在国防、航空航天和高端民用产品等领域具有广泛的应用前景。概述了碳纤维增强热塑性复合材料的成型工艺,探讨了复合材料成型工艺的研究实例,以期对未来碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的发展有所启发。

碳纤维增强热塑性复合材料感应焊接的温度控制及接头强度

随着热塑性复合材料在航空领域的用量日益增加,如何解决结构复杂热塑性航空部件的连接问题引起了研究者的广泛关注。利用其可二次成型的特点可采用焊接,感应焊接是其中一种快捷、可靠的连接方式。感应焊接工艺过程稳定,可实现连续化焊接,是一种人为因素介入较少、小(焊接装置小)、快(焊接速度快)、灵活的焊接技术,也被视为热塑性复合材料连接技术未来最重要的发展方向。本文采用热电偶测温研究了连续碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)焊接试样厚度方向上温度分布及温度随时间的变化规律,确定了不同功率下焊接试样可焊的最长时间。采用定点焊接的方式研究了焊接功率及时间对单搭接剪切强度的影响,并探索了不同植入层用于CF/PPS热塑性复合材料感应焊接的可行性。

热塑性复合材料防撞梁模压成型工艺研究

通过对某型号不锈钢防撞梁结构进行热塑性碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料铺层和受力分析,利用热压罐成型工艺制备热塑性复合材料层合板,最后采用机械臂自动化转移和热模压成型工艺,研究了CF/PPS料片加热软化制备防撞梁零件的可行性。另外,对热塑性复合材料防撞梁零件进行了测试,结果表明:热塑性复合材料防撞梁外观质量良好,无明显缺陷以及纤维紊乱等现象;平均厚度为2.867 mm;单件防撞梁零件平均质量为462.4 g,比原来不锈钢零件质量减轻约51.3%;孔隙率平均值为1.20%;热塑性复合材料防撞梁零件耐环境性能良好;三点弯力学性能试验与仿真结果偏差为4%;热塑性复合材料防撞梁产品生产效率为10件/h。

短纤维增强热塑性聚氨酯弹性体复合材料的性能研究

通过短切碳纤维(CF)与热塑性聚氨酯弹性体(TPU)共混改性制得一系列不同CF质量分数(含量)、不同方法处理CF的碳纤维/TPU复合材料。重点研究了不同CF质量分数和不同表面处理方法对碳纤维/TPU复合材料的微观形态、物理机械性能、热性能和动态力学性能的影响。研究结果表明:随着CF质量分数的提高,复合材料的杨氏模量和压缩模量逐渐提高,当CF质量分数为25%时,拉伸强度出现最大值。热性能和动态性能也均以CF质量分数为25%时最佳。各种表面处理中以胺基硅烷KH5501处理CF对CF/TPU复合材料的机械性能和热稳定性改善效果明显;而TCA-K44和浓硝酸氧化刻蚀CF/TPU复合材料则表现出较好的韧性和弹性。SEM分析结果表明,TPU与CF间具有很好的粘接。

碳纤维增强树脂基复合材料界面改性及应用进展

轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在碳达峰和碳中和的国家战略中展现出重要的研究价值,提高复合材料界面结合强度是重点和难点问题。针对碳纤维表面浸润性差和力学性能转化率低的问题,简述了CFRP界面增强理论和碳纤维表面处理方法,重点阐述了氧化法、化学接枝和涂层法,用物理或化学手段提高复合材料力学性能。此外,从热固性树脂和热塑性树脂两种基体材料的各自性能特点分析了碳纤维与树脂基体适配性的问题,提出了不同的解决方案。最后,介绍了CFRP在航空、风电叶片和新能源汽车领域的研究进展,提出了飞机轻量化、风机大型化和电车普及背景下材料研究的发展建议,如优化针对高强或高模等具有不同表面形态碳纤维的特定表面改性技术,开发针对不同树脂的改性方法,研发不同类别及应用场景下的碳纤维上浆剂,加强复合材料界面增强理论和界面表征技术研究,制定碳纤维复合材料标准化体系。

短纤维/热塑性弹性体复合材料拉伸强度的理论预测与试验研究

对短纤维／热塑性弹性体复合材料的破坏机理进行了理论分析， 提出了短纤维／热塑性弹性体复合材料拉伸强度的理论预测方程， 并对短纤维／ 热塑性聚氨酯复合材料结构与性能的关系进行了试验研究，理论预测结果与试验结果吻合较好。

注射成型制备的碳纤维聚丙烯复合材料蠕变性能

碳纤维热塑性树脂基复合材料在极端环境及长期服役条件下的蠕变行为会使结构件的形状发生改变,影响其性能稳定性,因此对该种材料蠕变性能的研究是材料设计及应用的关键。本文通过对注射成型制备的碳纤维增强聚丙烯复合材料进行单轴拉伸蠕变试验,研究其蠕变行为,并基于以上试验数据得到该种材料的Burgers模型理论方程,采用Moldex3D模流分析软件模拟注射成型哑铃型试样内部碳纤维的取向和分布情况,将该模拟结果映射到ABAQUS中进行有限元分析。结果发现Burgers模型的拟合曲线与试验曲线吻合程度较高,能够用于更长时间以及更广范围应力水平下该种材料的蠕变行为预测;模流分析结果与实际试样横截面观察结果具有较好的一致性;注射成型过程中碳纤维取向及分布会影响最终成型试样的蠕变行为,采用模流分析与有限元分析相结合的方式能够更好地反映材料的蠕变进程。

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响。结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料。由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理。

由短碳纤维和热塑性弹性体组成复合材料的力学性能

前言强劲和坚韧的碳纤维的开发及其在易碎结构中作为补强剂的应用,是最近十年中的主要技术成就之一,从而导致这些碳纤维产量增加和新应用的研究。由纤维补强的弹性体母胶复合材料在诸如造纸。

碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展

碳纤维增强热塑性复合材料因出色的机械性能及易于加工、回收等优点受到广泛关注。对碳纤维/树脂进行界面改性可改善碳纤维与热塑性树脂之间的化学键合、机械啮合以及界面浸润性,进而提高复合材料的综合性能。对碳纤维增强热塑性复合材料的界面改性和材料性能研究等方面进行了综述,重点总结了碳纤维增强聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜等热塑性复合材料的最新研究进展。

热塑性碳纤维复合材料界面研究

综述了热塑性碳纤维复合材料界面研究的新进展。指出由于热塑性复合材料基体树脂是高聚物 ,熔体粘度很大 ,很难均匀地分布在增强纤维之中并与纤维形成良好浸渍 ,存在界面结合不良的问题 ,因此对其界面优化设计要有一个新的认识。界面上没有化学键结合 ,界面结合不良 ,但只靠短化学键的连接 ,界面结合也不良 ,必须有一个强韧结合的界面 ,既有强结合又具有界面松弛能力 ,同时又能与高聚物基体融合的界面缓冲层的优化设计。对于Plueddemann偶联剂的概念中偶联剂“必须成为树脂的一部分” ,作者认为最好的方法是就是树脂本身 ,即它既与纤维化学键键合 ,又与树脂良好相容 ,界面匹配 。

碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究现状

综述了国内碳纤维增强聚酰胺(PA6)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜酮(PPESK)、聚醚醚酮(PEEK)、热塑性聚酰亚胺(PI)等热塑性树脂基复合材料研究现状,对比了热固性树脂基复合材料与热塑性树脂基复合材料性能及成型工艺方面的差异,并对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的成型方法,碳纤维质量分数、长度和表面处理方法对复合材料性能影响的一般规律作了总结。

碳纤维增强热塑性复合材料盒形件热冲压成型研究

碳纤维增强热塑性复合材料型材传统成型工艺存在操作复杂、成型效率低、成本高、不适合大批量生产等问题,限制其在航空航天领域的大规模应用。为改善成型工艺,提出一种采用模具直接加热纤维增强复合材料板的热冲压成型方法,通过板料拉伸试验和盒形件热拉深成型试验,研究纤维铺向工艺参数以及分析成型过程中试件纤维变形,得出极限拉深深度及成型极限剪切角。针对纤维编织复合材料盒形件热冲压成型,建议采用坯料纤维经纬方向与模具直边平行的放置方式。

碳纤维增强热塑性复合材料工艺与性能的研究

短切碳纤维的ＢＵＳＳ捏合机和连续碳纤维的双螺杆挤出增强工艺开发了碳纤维增强聚酰胺、碳纤维增强聚甲醛、碳纤维增强聚碳酸酯、碳纤维增强热塑性聚酯、碳纤维增强聚苯硫醚等碳纤维增强热塑性工程塑料，并以碳纤维增强聚酰胺为例进行成型工艺的研究，探讨了加工工艺参数与材料性能的关系。

碳纤维／热塑性树脂复合材料在我国民用行业中的应用前景

碳纤维／热塑性树脂复合材料在我国民用行业中的应用前景张凤英，王惠琼，张西萍（北京化工学院碳纤维复合材料研究所）碳纤维／热塑性树脂基复合材料的主要特点是比强度高，刚性好，比重小，有优良的耐磨损、耐疲劳、耐蠕变特性，自润滑性好，能抗静电及电磁波干扰，热膨...