固化工艺对高模量碳纤维/环氧648复合材料性能影响的分析

高模量碳纤维 /环氧 6 48复合材料是目前应用于卫星结构的主要材料之一。文章对高模量碳纤维 /环氧 6 48复合材料的固化工艺进行了分析 。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

环氧涂层处理高模量碳纤维/氰酸酯复合材料

采用表面预涂环氧E51树脂的方法制备了具有层间柔性缓冲层的M40增强双酚A型二氰酸酯(BADCy)复合材料单向板。FT-IR、SEM及力学性能分析表明,高温下(>180℃)环氧E51与BADCy反应形成柔性好且线胀系数(CTE)较低的五元噁唑烷酮环能有效地松弛复合材料界面间的层间应力。当E51处理液的浓度为10%时,M40/BADCy复合材料的层间剪切和弯曲强度分别由原来的69.8和1 080 MPa增加到78.1和1 110 MPa,提高了约12%和3%。

无坐力炮高模量碳纤维缠绕身管损伤行为研究

无坐力炮的轻量化设计是当前的一个重要趋势。高模量碳纤维复合材料因弹性模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等优异性能,广泛应用在无坐力炮复合材料身管。基于NOL环碳纤维缠绕件的宏观力学测试通常用于反映碳纤维缠绕复合材料的性能。本文以M46高模量缠绕制备的NOL环纤维试件为研究对象,通过准静态拉伸和疲劳试验,研究材料的应变响应和拉-拉疲劳行为。结合无坐力炮身管失效准则,将动态应变准则作为高模量碳纤维缠绕复合材料身管性能和使用寿命的标准。结果表明:高模量碳纤维无明显地疲劳累积损伤,抗疲劳特性良好。疲劳过程中应变响应较低,经1000次疲劳载荷循环,相同位置的最大应变变化幅度约为0.2%,无坐力武器身管能保持预定弹道和结构性能良好,满足轻量化和使用寿命设计要求。

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 .

短切碳纤维增强环氧树脂形状记忆复合材料的制备与性能研究

为实现形状驱动能耗与复合材料力学性能的最佳配合,本文在热致环氧形状记忆聚合物基体中提高增韧剂新戊二醇二缩水醚(NGDE)含量来降低其玻璃化转变温度,同时添加短切碳纤维(SCF)来抵消由增韧剂引起的刚度降低负面效果。通过实验研究了不同NGDE、SCF含量对复合材料形状记忆转变温度、形状记忆性能和力学性能的影响。结果表明,增加NGDE含量可将环氧聚合物基体的形状记忆转变温度从90℃降至43℃,其储能模量和弯曲模量也随之降低。在11wt%NGDE上添加SCF后,复合材料的玻璃态储能模量、橡胶态储能模量、弯曲模量最高可提高至原始试样的1.9倍、7倍和2.4倍。

多壁碳纳米管增强环氧胶粘剂的性能

为了充分发挥陶瓷材料抗压性能好和碳纤维材料高比刚、高比强、耐冲击性能好等优点,实现两者稳定、高效的连接,采用多壁碳纳米管(MWCNTs)对环氧胶粘剂进行增强改性,探讨了MWCNTs添加量以及胶层厚度对CFRP-陶瓷接头剪切强度和断裂模式的影响。3D轮廓仪、旋转流变仪、综合热分析仪及胶接接头力学性能测试结果表明:MWCNTs提高了CFRP-陶瓷接头的剪切强度,当MWCNTs质量分数为1.00%、胶层厚度为0.5 mm时,接头剪切强度达到最大值20.01 MPa,提高了19.96%;同时,不同胶层厚度的CFRP-陶瓷接头经历不同的失效阶段,胶层厚度为0.5 mm,表现在搭接区端部胶层开裂,胶层厚度超过1.0 mm,表现在搭接区端部胶层开裂逐渐向胶层内部断裂过渡;在此最优含量下,改性后环氧胶粘剂固化反应速率最大、热分解温度最高、热稳定性最佳,热分解残余剩余率提高了9.57%,但是,纳米颗粒的增强效果与其团聚性能相关,随着纳米颗粒含量增加,改性效果反而降低。

温度和应力对碳纤维环氧复合材料吸湿行为的影响

吸湿行为对复合材料的实际应用有很大的影响。本文研究了温度与外加应力因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料在NaCl水溶液中吸湿行为的影响规律。结果表明，升高温度可以提高复合材料在初始阶段的吸湿速率，增大饱和吸湿率。在35～70℃试验温度范围内，复合材料的吸湿特性遵从Fick定律。在35％温度下施加弯曲载荷增大了复合材料在初始阶段的吸湿速率和饱和吸湿率，并且施加的弯曲载荷越大，复合材料在初始阶段的吸湿速率和达到平衡时的饱和吸湿率越大。同时，吸湿对复合材料的承载能力有明显的影响作用。

热塑性树脂含量对CCF800H碳纤维环氧复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的影响

采用国产CCF800H高强中模碳纤维增强环氧制备了复合材料,研究不同热塑性树脂含量对复合材料张开(Ⅰ)型层间断裂韧度的影响,研究表明:随着热塑组分含量的提高,复合材料的裂纹起始应变能量释放率(GⅠC-init)与裂纹稳态扩展应变能量释放率(GⅠC-prop)都获得了大幅度提升,在增韧组分质量分数大于20%时,增韧聚芳醚酰亚胺粉体可在复合材料层间富集形成层间高韧区,并在复合材料层间形成了由"连续相"和"分散相"组成的层间增韧结构。

湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料弯曲性能的影响

采用不同温度下的三点弯曲测试方法,研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料吸湿前后弯曲性能的影响,分析了复合材料的吸湿量、断口形貌、动态力学性能及其加载曲线。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。干态试样的断裂形式都为脆性断裂,湿态试样只有在高温下未发生断裂。吸湿后复合材料的玻璃化转变温度(DMA T_g)为125℃,比干态时下降了16℃。在弯曲变形的前期,载荷和位移曲线都成线性变化,干态试样在载荷达到峰值之前会出现小的波动。湿态试样的后期会有明显的弯折或塑变,而且随着温度的升高这种现象越明显。

碳纤维环氧复合材料对铝合金应力腐蚀性能的影响

研究了碳纤维环氧复合材料与LY12CZ,LC4CS铝合金相互偶接时,在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,以及所产生的电偶腐蚀对铝合金应力腐蚀性能的影响。测量了复合材料与铝合金在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀电流及铝合金的腐蚀失重值,应用慢应变速率应力腐蚀(SSRT)、预制疲劳裂纹的双悬臂(DCB)试样应力腐蚀研究方法,研究在腐蚀介质和碳纤维环氧复合材料共同作用下,由于电偶腐蚀的存在,对铝合金应力腐蚀性能的影响。试验结果表明:碳纤维环氧复合材料增加LY12CZ铝合金的应力腐蚀敏感性,缩短断裂时间,而对LC4CS双悬臂(DCB)试样应力腐蚀的研究结果表明,电偶腐蚀对LC4CS铝合金KISCC值影响不大,对(da/dt) 稍有影响,但不十分明显。同时对电偶腐蚀影响铝合金的应力腐蚀机制和行为进行了一定的讨论。

纤维表面处理对三维编织碳纤维/环氧复合材料力学性能的影响

在对长碳纤维 /环氧复合材料 (Cl/Ep)研究的基础上 ,重点研究了纤维空气氧化和次氯酸钠氧化对三维编织碳纤维 /环氧复合材料 (C3D/Ep)力学性能的影响。结果表明 ,纤维表面处理可显著增强纤维 /基体的界面结合强度 ,使其力学性能大幅度提高。其中 。

纳米涂层在碳纤维/环氧基复合材料中的应用

该文研究纳米级氧化物涂层对碳纤维 /环氧基复合材料的界面性能和耐热性能的影响。采用溶胶 -凝胶法在碳纤维的表面涂覆了氧化铝和钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层 ,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为 1 0nm。通过比较氧化物涂层前后碳纤维 /环氧复合材料的力学性能发现 ,Al2 O3 和YSZ涂层后使复合材料的层间剪切强度分别提高了 1 7.7%和 52 .0 % ,拉伸强度和弯曲强度也均稍有提高。且在碳纤维表面形成的Al2 O3 或YSZ涂层在 350～ 70 0℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率。

冷等离子体处理对碳纤维缝编织物/环氧复合材料界面性能的影响

采用冷等离子体对碳纤维缝编织物进行表面处理 ,并采用XRD对处理前后的碳纤维表面结构进行了分析 ,研究了冷等离子体处理对浸润性以及碳纤维缝编织物 /环氧复合材料的层间剪切强度的影响。实验结果表明 ,冷等离子体处理提高了碳纤维表面活性、浸润性 ,从而改善了碳纤维缝编织物 /环氧复合材料的界面粘结性能 ,进而改善了复合材料的界面性能。

超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响

对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温处理过程中产生的微裂纹情况,并测试了超低温处理后试样的静强度和拉—压疲劳1000次、10000次及130000次后的剩余强度。对T700碳纤维/环氧复合材料超低温损伤机理进行了分析,并讨论了超低温处理和拉—压疲劳对复合材料剩余强度的影响。结果表明,超低温处理和拉—压疲劳处理都会使试样产生微裂纹,并引起试样内的残余应力释放和试样的剩余强度降低;经历不同的超低温处理之后,试样的剩余强度达到最高值时所对应的拉—压疲劳次数不同;随着超低温处理和拉—压疲劳的作用,试样的剩余强度会经历先升高—再降低的过程。

冷等离子体接枝处理对碳纤维织物/环氧复合材料界面性能的影响

采用冷等离子体接枝法对碳纤维织物进行表面处理,在纤维表面产生活性官能团,研究了冷等离子体接枝处理对碳纤维织物/环氧复合材料的层间剪切强度的影响。实验结果表明,冷等离子体接枝处理提高了碳纤维表面活性,从而改善了碳纤维织物/环氧复合材料的界面粘结性能,进而改善了复合材料的界面性能。

碳纤维复合材料壳体用环氧改性有机硅涂料的研制

研制了一种室温固化环氧改性有机硅树脂涂料。研究结果显示,涂料热导率为0.266W/(m.K),比热容为1.993kJ/kg.K;拉伸强度为3.15MPa;断裂伸长率为30%;并具有较好的耐烧蚀性能以及良好的附着力;该涂层短时可耐450℃的高温,并且与碳纤维/环氧复合材料之间具有良好的界面相容性;涂料采用丙酮和二甲苯作为混合溶剂,可用于碳纤维/环氧复合材料壳体表面的外热防护。

碳纤维用环氧树脂上胶剂的改性研究

在环氧树脂乳液中分别加入了3,3'-二甲基-4,4'-二氨基二环己基甲烷(DMDC)和7k型水溶性胺类固化剂,以提高碳纤维上胶剂的集束性。研究了固化剂用量、种类对上胶剂稳定性、集束性及复合材料界面粘接性能的影响。采用离心沉降法评价了上胶剂的稳定性,通过傅立叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)分析了上胶剂的化学结构和复合材料的破坏断口。结果显示,7k型水溶性固化剂可以提高环氧树脂乳液的稳定性,明显改善碳纤维的集束性,同时提高碳纤维与环氧648基体树脂间的界面粘接性能,使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从77 MPa提高到86.5 MPa。

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。

环氧/纳米SiO_2杂化浆料的制备及其对碳纤维复合材料性能的影响

采用溶胶 凝胶技术制备了环氧 /纳米SiO2 杂化浆料,对杂化浆料膜的结构和性能进行了表征分析,同时研究了该浆料对碳纤维复合材料性能的影响。首先制备了(γ 异氰酸酯基)丙基三乙氧基硅烷接枝的环氧树脂,利用该树脂对纳米SiO2 先驱体进行原位改性,制备碳纤维表面环氧 /纳米SiO2 杂化浆料。采用FT IR,AFM和综合热分析仪对纳米SiO2 先驱体的原位改性结构、浆料膜的显微形态和相态及其热性能进行分析,成功制备了环氧 /纳米SiO2 杂化浆料,SiO2 以纳米尺度均匀地分布于杂化浆料膜中,纳米SiO2 的引入使杂化浆料膜的热性能得到了提高。采用该杂化浆料对碳纤维表面进行改性,复合材料力学性能研究表明,杂化浆料可同时提高复合材料的层间剪切强度和冲击性能。