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%。

碳纤维增强环氧树脂复合板材的制备及其各向异性传热和弹性变形行为

采用模压成型技术制备了太阳能电池阵用碳纤维增强环氧树脂(CF EP)复合板材,并通过光学显微镜、SEM及XRD对其宏观、微观结构进行表征。基于多物理场耦合计算软件Comsol建立了CF EP复合板的固体传热数值模型,借助曲线坐标系转换算法揭示了热量于复合板碳纤维中优先沿纤维轴向传导,进而解释了碳纤维对CF EP复合板导热性能提升的作用机制。并基于有限元计算软件Abaqus,建立了CF EP的轴向应力-应变模型。研究发现在CF EP的弹性变形过程中,沿平行于应力方向排列的碳纤维承担了绝大部分应力,且当应变率升至1%时,轴向碳纤维的内部应力最高可达54.1 MPa。

3D打印与仿生学融合:仿竹结构的碳纤维增强碳化硅复合材料

随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料科学与技术杂志(Journal of Materials Science&Technology)》上发表了一篇关于仿竹结构的连续碳纤维增强SiC(Cf/SiC)复合材料的研究成果,为CMCs的应用提供了新的思路。

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。

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用

随着新材料和成型工艺的不断发展,现代装备制造领域正朝着高强度、轻量化方向迈进。碳纤维增强聚醚醚酮[CarbonFiber/Poly(Ether-Ether-Ketone),CF/PEEK]复合材料,因其绝缘性好、耐腐蚀性强、力学性能优异的特点,在航空、医用等领域备受关注,促使其制备工艺及性能研究取得了飞速发展。文章主要阐述近年来CF/PEEK复合材料的研究进展,并总结其在航空领域中的应用。

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 。

碳纤维三维网络体增强环氧树脂复合材料的性能

以酚醛树脂粘结短切碳纤维(SCF)并炭化制得碳纤维三维网络增强体(CFNR),再采用真空袋成型法浸入环氧树脂(EP)制得新型EP/CFNR复合材料。通过显微镜观察CFNR和复合材料的微观结构,采用万能试验机测试力学性能,以及用电阻仪测定导电性能等方法对复合材料进行了评价。结果表明,炭化后的酚醛树脂将SCF粘结成连续的三维网络结构,EP/CFNR复合材料中SCF间有明显可见的炭质粘结点;当SCF质量分数为7.3%时,EP/CFNR复合材料较纯EP,EP/SCF复合材料的弯曲强度分别提高33%,29%,压缩强度分别提高23%,10%,同时,其体积电阻率是EP/SCF复合材料的1/45。

不同孔隙率碳纤维增强环氧树脂复合材料板的压缩强度及其预测模型

通过压缩试验研究了IMA碳纤维增强M21环氧树脂复合材料板孔隙率对压缩强度的影响,建立了孔隙率与压缩强度的非线性关系模型。结果表明:孔隙率不大于1.87%时,该复合材料板的压缩强度较孔隙率为0的变化不明显,孔隙率对压缩强度的影响较小;孔隙率大于1.87%时,复合材料板的压缩强度较孔隙率为0的明显降低,此时孔隙率对压缩强度的影响较大;用建立的孔隙率与压缩强度的非线性关系模型对复合材料板的压缩强度进行了预测,预测结果较经典Gürdal指数模型的准确。

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%。

碳纤维增强环氧树脂机枪枪架

采用碳纤维增强环氧树脂制备了大口径机枪枪架,不仅实现了机枪枪架轻量化,而且保证了射击精度,满足了战技指标要求,为机枪枪架设计开创了新途径。

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。

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。

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。

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。

中科院实现碳纤维增强环氧树脂高效降解及循环利用

日前，中科院山西煤化所侯相林研究团队实现了热固性树脂基复合材料的高效降解和全成分回收。

氮化硅/碳纤维/环氧树脂复合材料的制备研究

采用高温模压成型法制备氮化硅/碳纤维/环氧树脂导热复合材料(SiN/CF/EP)。研究了34SiN用量和表面改性对SiN/CF/EP复合材料导热性能、导电性能和力学性能的影响。结果表明,复合材料3434的导热性能随SiN质量分数的增加而增大,当SiN质量分数为40%时,导热率为1.02W/mK;而3434SiN/CF/EP复合材料的导电率随SiN质量分数的增加而呈线性降低;力学性能则随SiN质量分数的增加先343434增大后降低。表面改性有助于进一步提高SiN/CF/EP复合材料的导热性能和力学性能。

中空碳纤维毡环氧树脂复合材料及其制备方法

中空碳纤维毡环氧树脂复合材料及其制备方法,它涉及碳纤维环氧树脂复合材料及其制备方法。本发明解决了现有的碳纤维环氧树脂复合材料密度大和作为复合材料增强体的碳纤维三维编织困难的问题。本发明由中空碳纤维毡和环氧树脂胶制成;方法是将尿素和碳粉放入到石墨坩埚中,然后在气氛烧结炉中制成中空碳纤维毡;然后将中空碳纤维毡放入模具中,密封之后。

微波辅助MgO改性碳纤维增强增韧环氧树脂复合材料

对碳纤维表面进行改性处理是提高碳纤维/环氧树脂复合材料(CFs/EP)界面结合力的主要方法,而特殊的表面形貌结构能有效预防应力集中并提升复合材料的综合力学性能。本文采用微波辅助的方法在碳纤维表面快速高效地制备了一种花朵状MgO,考察了其对CFs/EP复合材料力学性能的影响。研究发现:花朵状MgO增加了碳纤维表面的粗糙程度,促进了碳纤维与EP基体不规则界面的形成,增强了其与EP基体的机械啮合作用。这种多尺度边界形态可以增加裂纹扩展途径,从而消耗更多的能量并有效缓解CFs/EP复合材料因应力集中而产生的破坏。花朵状MgO改性碳纤维极大地改善了复合材料的力学性能,与未改性碳纤维增强环氧树脂相比,花朵状MgO改性碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了15.2%、21.8%和14.3%。因此,花朵状MgO改性碳纤维同时显著提高了CFs/EP复合材料的强度和韧性。这为碳纤维在聚合物基复合材料中的广泛应用提供了技术支持,为制备更多特殊形貌纤维增强树脂基复合材料提供了更广阔的思路。

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.

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。