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%。

聚醚醚酮-羟基磷灰石-碳纤维复合材料的生物相容性研究

目的对聚醚醚酮(PEEK)-羟基磷灰石(HA)-碳纤维(CF)复合材料的生物相容性进行评价。方法应用注塑法制备不同质量分数的PEEK-HA-CF复合材料,选择70PEEK-20HA-10CF复合材料(PEEK、HA、CF质量分数分别为70%、20%、10%)为实验组,75PEEK-05HA-20CF复合材料(PEEK、HA、CF质量分数分别为75%、5%、20%)为阳性对照组,70PEEK-30CF(PEEK、CF质量分数分别为70%、30%)为阴性对照组。从新生SD大鼠颅盖骨提取原代成骨细胞,培养至第2代,用于实验。测定不同质量分数的PEEK-HA-CF复合材料的黏附性、增殖能力、细胞形态及相关碱性磷酸酶(ALP)、Ⅰ型胶原(COL-Ⅰ)、骨钙素(OCN)mRNA含量,评价复合材料的生物相容性。结果荧光显微镜下CF和HA均匀分布在PEEK中。与对照组相比,各组细胞黏附性差异无统计学意义(P> 0.05);实验组第5天、第7天光密度(OD)分别为1.88±0.08、2.83±0.15,阳性对照组第5天、第7天OD值为1.55±0.09、2.56±0.12,阴性对照组第3天、第5天OD值分别为1.47±0.03、2.46±0.06;实验组增殖力明显高于对照组(P <0.05)。ALP mRNA、COL-ⅠmRNA含量在第14天时达到高峰;在第5、7天时,实验组高于对照组(P <0.05),而两对照组间差异无统计学意义(P> 0.05);第14天时,实验组ALP mRNA、COL-ⅠmRNA含量高于对照组(P <0.05),且阳性对照组高于阴性对照组(P <0.05),而3组间OCN mRNA表达差异无统计学意义(P> 0.05)。扫描电子显微镜观察发现,细胞在复合材料上生长良好,并随着时间的延长,细胞在材料表面达到融合,形成矿化颗粒。结论 PEEK-HA-CF复合材料具有良好的生物相容性和生物活性。

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。

短碳纤维增强羟基磷灰石生物材料的制备与性能

以短碳纤维(C_f)为增强体,采用湿法搅拌均化和自组装合成工艺使短碳纤维均匀分散于反应生成的羟基磷灰石(HA)粉体中,30 MPa下将复合粉体压制成型,并于1250℃氮气保护气氛常压烧结制备了短碳纤维增强羟基磷灰石生物复合材料(C_f/HA)。为提高复合材料的界面结合,低温氧化法对碳纤维进行表面处理。采用IR,SEM技术研究短碳纤维处理前后的表面状态;SEM观察复合粉体的分散效果及复合陶瓷的断口形貌:三点弯曲法测其抗弯强度;单边切口梁法测其断裂韧性。实验结果表明:碳纤维的表面处理对力学性能有很大影响,可大大提高复合材料界面结合强度,C_f添加量为0.5%(质量分数)时,增强效果最为理想,最大抗弯强度为67.70 MPa,断裂韧性达1.18 MPa.m^(1/2),比C_f未氧化处理的复合材料分别提高近20%和18%。研究表明湿法搅拌均化和自组装合成工艺是一种行之有效的均化技术,具有最小的纤维损伤度、高的碳纤维体积分数以及操作便利等优点,常压下烧结制备的短Cf/HA复合材料是一种很有发展前途的骨替代植入材料。

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/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。

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。

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 。

用于制造碳纤维复合材料的新型环氧树脂体系

一种包含染料溶液的双组分可固化环氧树脂体系。所述树脂体系包括含有至少质量分数为80%的多酚的聚缩水甘油醚的环氧树脂组分。所述体系还包括主要含有聚乙烯四胺的硬化剂混合物。所述体系包括以特定量作为催化剂的三乙烯二胺。所述体系在所需色彩下具有有利的固化特性,使其可用于以树脂传递模制方法生产纤维增强的复合材料。

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3~0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m2,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m2时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5~40 g/m2范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。

拉挤成型碳纤维增强EP复合材料高低温力学性能

为了研究环境温度对轨道交通车辆复合材料力学性能产生的影响,以4轴向碳纤维经编布为增强体,环氧树脂(EP)为基体,采用拉挤成型制备了碳纤维增强EP复合材料板。研究了复合材料在三种环境温度(–50,23,70℃)下的拉伸与弯曲性能,并计算B基准值。结果表明,随着温度的升高,其力学性能呈现下降趋势。开孔拉伸性能变化较小,弯曲性能更易受到温度的影响,与常温条件相比,高温状态下弯曲强度下降28.8%,弯曲弹性模量下降8.3%,低温下弯曲强度上升20.3%,弯曲弹性模量变化不大,仅为2.4%。从计算数据看,在复杂的环境温度下该种成型材料也能够基本满足较高的力学性能要求,为扩展碳纤维增强EP复合材料从小型辅助件到大型主体承力件的应用研究提供了依据。

碳纤维改性HA／PMMA生物复合材料力学性能的研究

采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维增强纳米羟基磷灰石(HA)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料。研究了碳纤维的含量和长度对HA/PMMA复合材料结构和力学性能的影响。采用万能材料试验机和扫描电子显微镜对复合材料的力学性能及断面的微观形貌进行了测试和表征。结果表明:碳纤维在HA/PMMA复合材料中分布均匀,有效提高了复合材料的力学性能;碳纤维含量为4%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和弹性模量等均达到最大值;复合材料的断裂伸长率随碳纤维含量的增加而减小;当碳纤维含量一定时,随其长度的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均增加,但断裂伸长率降低。

短纤维增强HA／PMMA生物复合材料

采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维(Cf)增强纳米羟基磷灰石(HA)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料。研究了Cf含量和长度对HA/PMMA力学性能的影响。采用万能材料试验机和扫描电子显微镜对Cf/HA/PMMA的力学性能及断面的微观形貌进行了测试和表征。结果表明,Cf在Cf/HA/PMMA中分布均匀,且有效提高Cf/HA/PMMA的力学性能;Cf的质量分数在4%左右时,Cf/HA/PMMA的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和弹性模量等均达到极大值;Cf/HA/PMMA的断裂伸长率随Cf含量的增加而减小。当Cf含量一定时,随Cf长度的增加,Cf/HA/PMMA的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均增加,断裂伸长率降低。

碳纤维/环氧复合材料弯曲模量影响因素的研究

就环氧树脂固化条件、碳纤维体积比、加载环境温度对碳纤维 /环氧复合材料弯曲模量的影响作了系统研究 .试验结果表明 ,弯曲模量与碳纤维的体积比基本上呈线性关系 ,充分固化有利于提高碳纤维/环氧复合材料弯曲模量的稳定性 .

碳纤维增强BT-HA复合材料的制备与性能

目前,人工骨由于力学性能不佳在应用上受到极大的限制,因此,如何在保证人工骨具有压电性能和生物性能的前提下提高其力学性能成为了研究热点。本文以钛酸钡-羟基磷灰石(BT-HA)复合材料为基体,质量分数为5%的碳纤维(C_(f))作为增强体,利用传统固相烧结法制备了C_(f)/BT-HA复合材料,目的是在保证电学性能不变的前提下提高复合材料的力学性能。结果表明,BT-HA复合材料中加入C_(f)后,电学性能基本保持不变,力学性能得到了很大的提升。样品具有较好的铁电性,压电常数d;为37 pC/N,居里温度为170℃,高于人工骨的使用温度。抗弯强度达到121.7 MPa,硬度达到3.56 GPa,均增大到未加C_(f)样品的3倍,断裂韧性增加了1倍,达到1.21 MPa·m^(1/2)。C_(f)/BT-HA复合材料没有细胞毒性且骨诱导性良好,有望应用于骨替代材料领域。

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。