生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展

环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,其固化后会形成不溶、不熔的高度交联的三维网络结构,从而导致树脂及其碳纤维复合材料的降解困难而且难以再加工,造成了严重的资源浪费与环境污染。采用可再生生物质原料制备生物基可降解环氧树脂及其碳纤维复合材料,在缓解能源危机、减轻环境污染和实现资源再利用上具有重要意义。综述了生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展,主要包括含有热或化学不稳定键的可降解环氧树脂的合成、性能、降解机理及其碳纤维的无损回收,并总结了其优缺点。

考虑切削能耗和表面质量的碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂,导致现有相关经验公式难以适用。基于此,以CFRP二次加工的切削力分析为切入点,对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响,推导了切削力模型;然后建立了以切削三要素和纤维方向角为变量,以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型,并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法;最后通过铣削试验设计验证了上述模型和方法的可行性和优越性。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料基体固化体系的研究

采用差示扫描量热法（DSC）分析了不同固化剂配方体系的乙烯基酯树脂固化反应特征,研究了固化放热量、固化程度及其浇铸体力学性能的关系,并对模压和拉挤成型碳纤维复合材料的力学性能进行评价,结果表明联用固化剂可使固化温度范围变窄,提高固化放热量。放热量能基本反映树脂的固化程度,直接影响浇铸体及复合材料的力学性能。

电子束固化树脂基复合材料中碳纤维表面改性研究

利用阳极氧化方法和偶联剂对碳纤维表面的物理和化学性质进行改性。采用原子力显微镜 (AFM )和X射线光电子能谱 (XPS)分析了碳纤维表面改性前后的形貌和化学成分的变化 ,利用Kaelble法计算了碳纤维的表面能。研究结果表明 ,阳极氧化改性的碳纤维表面粗糙度增加 ,表面活性官能团增多 ,表面能中极性成分增加明显。碳纤维表面引入的活性氮和化学吸附的碱性物质使电子束固化复合材料界面处的引发剂中毒 ,复合材料界面性能减弱。与电子束固化工艺相匹配的偶联剂在碳纤维与树脂基体之间形成化学桥 。

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料体系冲击后压缩强度研究

探讨了树脂基体、碳纤维增强体以及树脂基体 纤维的界面等对双马来酰亚胺 (简称双马 )树脂基复合材料冲击后压缩强度 (CAI)值的影响 ,指出降低树脂基体的交联密度和产生微观两相结构是提高碳纤维 /双马复合材料CAI值的两个典型方法。合适的树脂含量有利于保持复合材料体系较高的CAI值 ,采用高强高韧性的碳纤维可明显提高复合材料体系的CAI值。为获得较高的CAI值 ,保持合适的树脂基体

TDE—85/芳香胺树脂基体及碳纤维复合材料性能

选用了一种改性芳香胺来固化ＴＤＥ—８５环氧树脂，得到了一种耐热性、 工艺性及机 械性能都很好的环氧树脂基体，并结合ＦＴ—ＩＲ，ＤＳＣ及凝胶化时间的测试分析对该基体的固化 反应进行了研究．优化了固化工艺制度，并对该基体的Ｔ—７００碳纤维复合材料的性能进行了研 究．实验证明，该基体与碳纤维粘结良好，纤维强度转化率最高可达８６．５％，可用作碳纤维复合材 料湿法缠绕成型用高性能树脂基体．

炭纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料电子束固化的初步研究

以双马来酰亚胺树脂体系为基体制备成复合材料 ,对炭纤维单向层压板进行电子束辐射固化 ,并对其玻璃化温度及力学性能进行了测试。玻璃化温度为 2 6 3.2℃ ,拉伸模量为 12 8GPa,弯曲模量为 10 3.3GPa,拉伸强度为

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。

乙烯基树脂及其碳纤维复合材料的电子束辅助固化研究

本文详细讨论了乙烯基树脂进行电子束固化的机理，成功地实现了乙烯基树脂为基体的碳纤维复合材料的电子束辐射固化，并比较电子束辅助固化该树脂基碳纤维复合材料的力学性能与相应热固化复合材料的力学性能。

基于微波固化技术的碳纤维/环氧树脂复合材料试验

通过微波固化技术针对碳纤维/环氧树脂复合材料进行试验,采用力学性能测试、红外光谱分析、电镜扫描、CT扫描对热固化与微波固化试样的力学性能、微细观形态做了比较分析。试验结果表明,基于温度平台监控、功率不断增加的微波固化反应速率显著提高,周期也明显缩短了大约60%;基于力学性能角度,微波固化与热固化试样的拉伸强度与层剪强度大体持平,但是力学性能分散度相对偏低,离散系数较小,碳纤维表层带有大量树脂基体;基于电镜与CT扫描分析,微波固化可更有效控制试样孔隙率,以确保试样质量。

连续碳纤维/环氧树脂基复合材料增材制造设备研制

课题利用连续碳纤维与环氧树脂原位浸渍的方法,设计出原位碳纤维增强环氧树脂复合材料增材制造设备。采用龙门架结构作为移动机构,铺丝头承担碳纤维预浸丝的铺放动作。由于设备的结构设计以及其重要机构的强度对设备的铺放精度有着巨大的影响,所以要对铺放设备的关键受力零部件进行静力学分析,确保其设计强度满足设备正常工况下的运行。实验结果表明,设备结构满足设计要求,可以完成正常工况下的碳纤维预浸带精准铺放。

木质素和香草醛基vitrimer及可回收碳纤维复合材料研究进展

热固性树脂广泛用于碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber-reinforced polymers,CFRPs)的构建,其固化后具有不溶、不熔的特点,导致热固性树脂和碳纤维难以实现回收和再利用。类玻璃高分子材料(vitrimer)兼具热固性树脂与热塑性树脂的优点,可实现高性能CFRPs制备和CFs无损回收。此外,利用资源丰富、廉价易得的木质素及香草醛等生物基原料构建vitrimer及其CFRPs,符合绿色可持续发展理念。本文总结了木质素和香草醛构建生物基vitrimer的方法、性能及其应用;综述了香草醛基vitrimer在可回收CFRPs领域的应用;对木质素/香草醛基vitrimer及其CFRPs的发展方向进行了展望,以期为高性能木质素及其衍生物基vitrimer和CFRPs构建提供借鉴。

湿热老化对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能影响研究

研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在30℃和80℃两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响。研究发现:浸泡使复合材料的力学性能下降,80℃下浸泡使复合材料力学性能下降更显著;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显,80℃下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著。

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。

快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的性能

利用差示扫描量热分析仪研究了一种快速固化环氧树脂体系的固化工艺参数,确定了以真空辅助树脂灌注工艺制备快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的成型方法,并与常规固化环氧树脂体系制备的碳纤维复合材料进行对比,采用傅里叶变换红外光谱仪对两种材料的树脂基体进行了分析,考察了两种复合材料的纤维含量、孔隙率及力学性能,最后通过扫描电子显微镜观察了快速固化树脂基体与碳纤维的界面结合性。结果表明,快速固化树脂在99℃下固化6 min后固化度可达96%,能够大幅缩减碳纤维复合材料的成型时间,以其制备的碳纤维复合材料拉伸强度比常规固化环氧树脂复合材料高11.20%,弯曲强度高16.92%,纵横剪切强度高7.44%,快速固化树脂与碳纤维界面结合性良好。

飞机结构强度试验中碳纤维增强树脂基复合材料无损检测技术

新型飞机大量使用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为结构用材,为确定CFRP结构强度试验后的最终损伤状态,必须制定相应的无损检测方案与损伤评定方法。针对强度试验后CFRP工件表面粘接物对检测效率的影响、变厚度弧形CFRP结构原位检测损伤识别以及CFRP结构冲击损伤定量基准波选取等关键技术,结合强度试验中无损检测的特点,采用现场检测典型信号分析的方法,提出了CFRP结构强度试验中的无损检测方案和损伤评定方法,最后通过实验验证了检测方案和评定方法的有效性。

碳纤维(CF)表面接枝对聚酰亚胺(PMR-15)基复合材料界面性能的影响

通过冷等离子体连续表面接枝技术对 CF进行表面处理 ,采用 XPS对 CF表面组成及特征基团变化进行分析。同时测定了 CF/ PMR- 15层间剪切强度、拉伸强度和冲击强度 ,研究了表面接枝对 CF/ PMR-

碳纤维树脂基复合材料的传感特性研究

通过伏安特性实验,表明碳纤维树脂基复合材料的伏安特性曲线基本过零点,且线性较好,其电流-电压关系符合欧姆定律。通过对碳纤维树脂基复合材料进行拉伸、循环加载等试验,得到其电阻随变形而变化的规律为:在弹性范围内,拉伸加载时电阻值呈可逆地增加;卸载时电阻值呈可逆地减小。结果表明,碳纤维树脂基复合材料具有良好的电阻-变形敏感性,灵敏度高于60,具有满意的线性度和良好的重复性,蠕变很小,稳定性较好。