中温环氧MF6052高模碳纤维织物复合材料性能研究

以中温环氧树脂为基体,以MF6052高模碳纤维织物为增强材料,通过热熔两步法成功制备了一种预浸料,制备出的预浸料具有良好的物理和工艺性能。并采用模压成型工艺制备了复合材料层压板,复合材料表现出良好的室温力学性能、较高的拉伸模量和优异的疲劳性能,拉伸模量达94.0 GPa,拉伸疲劳强度达353 MPa。相比中温T300级和T800级碳纤维织物预浸料复合材料,拉伸模量分别高出44%和34%,疲劳性能与T800级碳纤维织物预浸料复合材料相当,同时面内剪切性能和层间剪切性能良好,表明研制中温环氧树脂与MF6052高模碳纤维织物界面结合良好,成功实现了中温环氧高模碳纤维织物预浸料的国产化研制。

碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

选择不同纱线间距[即二经(纬)纱之间的中心距]尺寸的碳纤维三向织物,采用热压成型技术制备了碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料.研究了纱线间距及样品裁剪角度等对力学性能的影响,并与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的力学性能进行对比.结果表明,随着纱线间距尺寸从2 mm增加到6 mm,0°方向断裂强度从221.7 MPa下降到148.1 MPa,撕裂强力从1000 N下降到600 N;90°方向断裂强度从50.0 MPa下降到22.1 MPa,撕裂强力从330 N下降到100 N;顶破强力从424 N下降到216 N.这些力学性能的逐渐降低是单位面积的碳纤维增强体含量减少和织物的孔洞增大共同作用的结果.纱线间距为2 mm的碳纤维三向织物复合材料在0°(以纬纱为基准),30°,45°,60°和90°方向的断裂强度分别为221.7,48.5,44.3,227.7和50.0 MPa,即断裂强度在0°和60°方向大于在30°,45°及90°方向.由三向织物的编织原理可知,0°与60°方向完全相同,因此其断裂强度相似,且样品中有一组纱线与外加载荷平行,对形变破坏具有一定的约束作用,而30°,45°和90°方向样品中三组纱线所在的方向均和外加载荷存在一定的夹角,有效分散外加载荷的能力减弱.对比碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、撕裂强力和顶破强力发现,前者的综合性能明显优于后者,碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、撕裂强力、顶破强力分别为221.7 MPa,1000 N和424 N,三向织物的优势得到凸显,为后续制备多种类型的碳纤维三向织物复合材料及应用奠定了基础.

浸渍树脂中添加纳米碳纤维对碳纸性能的影响

在质子交换膜燃料电池用碳纸制备工艺的浸渍工序用树脂中加入纳米碳纤维,研究它对碳纸强度、透气性及电性能的影响。结果表明,添加纳米碳纤维后,碳纸抗张强度和导电性能提高,而透气度减小;纳米碳纤维的用量以1.5%为最佳。

碳纤维纸增强浸渍胶膜纸饰面纤维板的制备工艺研究

采用浸渍胶膜纸、碳纤维纸及三聚氰胺树脂胶膜叠层对纤维板进行热压贴面,通过正交试验分析探讨贴面工艺对饰面纤维板力学性能的影响,以优化提高饰面性能。结果表明,胶膜层数和热压时间是表面胶合强度和内结合强度的主要影响因子,而影响静曲强度的则是胶膜层数和单位压力;将碳纤维纸嵌入饰面层中后,饰面纤维板性能均得到提高,其中静曲强度最高提升了37%,均高于GB/T 15102—2017标准要求;较优工艺为单位压力1.6 MPa、压板温度180℃、2层胶膜、热压时间90 s/mm。

一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法

本发明提供了一种连续高导热沥青基碳纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法,包括:将高导热沥青基碳纤维轴卷放出的碳纤维穿过至少两个定位环,经定位辊下压后固定在铺覆有离型纸的排纱机的卷筒上;采用硅烷偶联剂水解处理导热无机粒子,清洗干燥后加入到环氧树脂基体中用于制备环氧树脂胶液,然后注入自动注胶系统;启动湿法预浸料排纱机的卷筒,牵引碳纤维卷绕。

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能

采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.

国产碳纤维纸合成PEMFC气体扩散层

以国产碳纤维纸为基体、酚醛树脂为粘接剂,采用液相浸渍法对碳纤维纸进行导电碳黑填充,合成了适合质子交换膜燃料电池扩散层使用的碳纤维纸。采用Pt载量为0.6mg/cm2的MEA,在70℃H2/O2常压条件下对碳纤维纸组装的单体电池进行了性能测试,测试结果表明:电池输出性能良好,在0.55V时输出功率为520mW/cm2。

新型碳纤维复合材料纸节省了树木

在加州Anaheim举办的美国2003年复合材料展览会和美国复合材料制造商协会(AMCA)会议上，CFRP手提琴创造了优美的音乐，并赢得了“最佳演出”的殊荣。

超薄碳纤维纸的制备工艺与性能

研究了湿法造纸技术制备超薄碳纤维纸的工艺。采用的碳纤维长度为6mm,通过超声分散、原纸成型(纯碳纤维面密度为20g/m2)、树脂浸渍、定模热压、碳化等步骤制得超薄碳纤维纸。研究了5种树脂浸渍浓度条件下,碳纤维纸的各物性参数随热压温度的变化关系。热压后的碳纤维纸厚度达到0.085mm。4%～10%浸渍浓度下,超薄碳纤维纸的电阻率随热压温度升高而增大;电阻率随树脂残炭量与纤维量的比值增加而降低,且变化率逐渐减小;透气率随浸渍浓度的增加而减小,且变化率逐渐减缓。

碳纤维/TiO_(2)改性树脂复合材料的制备及力学性能

针对环氧树脂脆性大、与碳纤维形成的界面性能较差等问题,本文选用纳米TiO_(2)对5284环氧树脂进行改性,并以角联锁机织物为增强体制备了碳纤维/环氧树脂复合材料。使用FT-IR、旋转流变仪、表面张力仪等设备对TiO_(2)/环氧树脂进行表征,并研究了树脂改性对复合材料压缩与层间剪切性能的影响。研究表明:TiO_(2)的羟基与环氧树脂的环氧基和羟基发生了反应;经1wt.%TiO_(2)改性的树脂复数黏度为0.066 Pa·s,纤维与树脂间接触角为28.85°,浸润效果较好;相较于未改性复合材料,树脂改性的复合材料纵向压缩强度与模量分别提高了7.46%和11.03%,横向压缩强度与模量分别提高了6.99%和4.96%,纵向、横向的剪切强度分别提高了6.88%和4.65%。TiO_(2)改性环氧树脂提高了复合材料的承载能力,改善了界面结合强度。

薄层碳纤维织物预浸料的制备与性能

通过超声波扩展技术将T700-12K碳纤维扩展成20mm宽,然后利用全自动编织机编织成平纹布,最后采用后浸渍法中的胶膜法制备高性能YPH-69/T700和SZ-125/T700的织物预浸料。预浸料的单位面积纤维质量为(80±3)g/m^2,单层固化厚度为(0.080±0.015)mm。通过模压工艺制备层合板测试力学性能,结果表明:利用SZ-125树脂制备的层合板比用YPH-69树脂制备的层合板力学性能好,与树脂的性能密切相关。同时用abaqus软件建立有限元模型,研究在拉伸、压缩载荷下复合材料层合板的应力分布,模拟结果与实验过程中断裂位置相符。

三维编织碳纤维/环氧复合材料的吸湿特性及外应力的影响

采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。结果表明,与环氧树脂不同,C3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。

碳纤维导电复合材料的电学性能研究

研究了 FR- 4溴化环氧树脂玻璃布和碳纤维导电纸层压复合面状发热板的电学性能 ,结果表明 :溴化环氧树脂固化过程对其电性能产生影响 ,对于不同规格的导电纸 ,其电阻下降率不同。面状发热板的电阻在升温和降温过程中存在不同程度的偏离 ,呈现 PTC或 NTC效应 ,数次热循环后 ,可以使室温电阻保持恒定。发热板的电阻随通电时间的延长而逐渐下降并趋于稳定 ,通断电次数对其电阻影响不大 ,在长期通电使用下能保持其功率稳定性 ,发热板的功率密度与表面温度呈现良好的线性关系。

聚酰亚胺纤维纸基复合材料的制备及性能

以聚酰亚胺短纤和沉析纤维为原料,通过湿法抄造结合热压和树脂浸渍的方法制备聚酰亚胺纤维/环氧树脂纸基复合材料,研究了热压温度、热压压力以及环氧树脂浸渍量对聚酰亚胺纸基复合材料性能的影响.结果表明,热压处理增加了聚酰亚胺纤维间的接触面积,使聚酰亚胺纤维纸的力学性能和电学性能增强;采用环氧树脂浸渍处理,可以进一步增加聚酰亚胺纸基复合材料的力学性能(抗张指数提高了1.25倍)和电学性能(耐压强度提高了17%);当热压温度为210℃、热压压力为120 N/mm、浸渍量为20%时,所制备的聚酰亚胺纸基复合材料具有较好的力学性能和电学性能,其抗张指数为57.5 N·m/g,撕裂指数为6.86 m N·m2/g,耐压强度为12.3 k V/mm,在航空航天、绝缘阻隔、环境保护等领域具有潜在的应用前景.

碳纤维体积含量对碳玻混复合材料性能的影响

为研究不同碳纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,以环氧树脂为基体,制备了不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维(碳玻)层间混编织物复合材料,研究了不同碳纤维体积含量的碳玻混杂复合材料的拉伸性能、压缩性能及其破坏形貌。0°拉伸试验表明,混杂层合板的拉伸强度与模量及碳纤维的体积含量均呈正相关,0°拉伸强度最高可以达到899.92 MPa,模量最高可以达到73.58 GPa。在混杂纤维中,适当提高碳纤维体积含量,能有效提高复合材料的拉伸模量,混杂复合材料的拉伸失效方式主要为边缘剥离断裂。0°压缩试验表明,混杂层合板压缩强度最低值为552.56 MPa,最高可以达到603.16 MPa。碳纤维的体积含量每增加2%,0°压缩模量提升约6%。在90°拉伸试验中,碳玻混杂层合板较玻纤层合板的拉伸模量有小幅下降,拉伸强度基本不变,模量最大下降幅度为7.81%,拉伸强度最低为51.48 MPa。碳纤维的体积含量对混杂层合板的拉伸模量基本无影响,均约为12.10 GPa。

碳纤维增强材料新应用

航空用Tenax 碳纤维增强塑料大多数航空结构历来是用热固性碳纤维预浸料制造，即用热固性树脂浸渍的碳纤维单向带或织物。而预浸料现用的航空级环氧树脂体系在使用前需要在低温（-18℃）下储存和运输。为了降低制品成本，提高生产率和控制对环境的影响，必须寻找新的材料和制造工艺。碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）就是一种能够省去热压罐投资，减少制造时间并可以在室温下储存的解决方案。为此，总部位于日本的碳纤维制造商东邦特耐克丝公司多年来积极研发这种复合材料。

碳纤维结构加固技术

随着时间的变化，建筑结构的修补问题不容忽视，目前国内外许多建筑都面临着这一问题。碳纤维加固修补结构技术是近年来比较新型的一种结构加固技术，它是采用碳纤维片材（高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材），将片材用专门配制的粘贴树脂粘贴在混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力体并共同工作，从而起到加固作用。

形状记忆环氧树脂及其四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂的动态力学性能

采用动态力学分析仪对研制的形状记忆环氧树脂(Shape memory epoxy polymer,SMEP)及三种四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂复合材料的动态力学性能进行了测试,测出了玻璃化转变温度Tg、储能模量E和损耗角正切值tanδ。试验表明,SMEP及四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂复合材料均有显著的相变力学行为特征,相变前后E差异超过一个量级,表明其具有良好形状记忆能力。在SMEP中植入碳纤维织物增强复合材料会导致Tg和tanδ降低,而E显著增强;对同一种编织物的形状记忆复合材料经向和纬向的Tg和tanδ基本相同,但E相差较大。

CNT纳米碳填料含量对航天用EP/CFDSF材料性能的影响

研究了在环氧树脂(EP)中同时加入碳纤维双层间隔织物(CFDSF)与酸化碳纳米管(CNT)来提高EP强度的相关作用机理,探讨CNT对EP/CFDSF/CNT电学特性的影响。结果表明,当改性CNT的含量逐渐上升后,材料的缺口冲击测试强度与弯曲强度都呈现先增大后减小情况。在加入2. 5份后,材料达到最大的缺口冲击强度与弯曲强度。此时的断面形成了凹凸不平的结构,断裂后的CF也存在明显的参差不齐现象。当基体中的改性CNT含量增大后,材料的体积电阻率都出现了下降的趋势。在较低的CNT含量下,CNT相互间处于一种分离状态,无法为电子移动提供连接通道,当CNT含量继续上升至2. 5份时,试样体积电阻率大幅减小。

混杂纤维复合材料性能研究

对碳纤维织物、玻璃纤维织物和芳纶织物的性能进行测试,采用热熔法分别制备了一种增韧中温固化环氧碳纤维织物预浸料、玻璃纤维织物预浸料和芳纶织物预浸料。预浸料以单种预浸料铺层和不同纤维织物预浸料混合铺层方式铺贴组合,通过模压法成型复合材料层合板,进行性能测试并对比。结果表明,增韧中温固化环氧树脂的不同纤维织物预浸料混合铺层成型的层压板力学性能可以根据铺层设计优化,并不损失不同纤维铺层之间的界面性能。