模压温度对GO-CF/EP复合材料阻尼性能的影响

研究了模压温度对氧化石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的阻尼性能的影响。采用真空浸渗热压法制备不同模压温度下的GO-CF/EP复合材料,通过力锤法试验测试其阻尼性能,通过扫描电镜观察不同模压温度下的试件的微观形貌,得出了阻尼性能与复合材料结构之间的关系。根据试验结果和微观形貌图分析了不同模压温度下GO-CF/EP复合材料的阻尼性能的增强与失效机制。研究发现,模压温度通过影响树脂的浸渗情况,来影响基体与增强体之间的结合强度。当树脂浸渗效果较差时,材料的阻尼比会增大,但是浸渗效果差会影响复合材料的力学性能。因而该工艺下制备GO-CF/EP复合材料时,其模压温度应设置为50℃。

上浆剂对CF/EP界面粘结的影响

本文通过单纤维碎裂法 ,分别对未上浆及不同上浆剂处理的碳纤维与基体的界面粘结性进行表征。结果表明 ,不同上浆剂对界面粘结的影响不同。含活性基团较多的上浆剂可改善界面粘结 。

超临界水/正丁醇混合流体对CF/EP复合材料的降解作用

采用水/正丁醇混合流体降解碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料以回收高性能CF,分析了水、正丁醇和水/正丁醇混合流体对EP基体的降解能力,研究了水/正丁醇的体积比例、温度、时间及KOH浓度等对EP基体的降解率影响。结果表明:混合流体对EP基体的降解能力优于水和正丁醇;临界条件下,水的含量越高,混合流体对EP基体的降解能力越强;EP基体的降解率与温度、时间及KOH浓度呈正相关性;350℃、30min条件下,采用水含量为50%的水/正丁醇混合流体作为反应溶剂时,EP基体的降解率达到93.4%,与纯组分的水和正丁醇相比,CF/EP复合材料的降解率分别提高10.9%和24.6%;与原碳纤维相比,混合流体回收的CF单丝拉伸强度保持率在97%以上,且韦氏模数相近。

EP/CNTs-CF复合材料制备及工艺优化

为提高碳纤维(CF)复合材料层间剪切强度,探索了在CF二维织物上直接沉积碳纳米管(CNTs)制备准三维结构增强体的研究,利用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪研究了碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)结构,采用热熔胶膜法制备CNTs-CF织物环氧树脂(EP)预浸料,制备了生长CNTs前后两种二维织物增强EP复合材料,分析了两种复合材料结构和力学性能的差异,并优化了EP/CNTs-CF复合材料的成型工艺。结果表明,在80℃,0.490 MPa保压4 min的条件下,能够制备浸渍较完全、表面平整的CNTs-CF预浸料;相比CF/EP复合材料成型,EP/CNTs-CF复合材料成型过程中需要提前加压并提高成型压力,经过工艺优化后,EP/CNTs-CF的层间剪切强度较CF/EP的层间剪切强度提高10.2%。

X型号滑翔增程弹EP/CF复合材料弹翼的研制工艺探讨

介绍了X型号滑翔增程弹EP/CF复合材料弹翼的研制过程,根据设计指标,分别采用纤维缠绕/模压和手糊/模压两种成型工艺进行了试验。结果表明,在满足弹翼性能指标要求的前提下,手糊/模压成型工艺生产的EP/CF复合材料弹翼周期短、工序少、过程简单、原材料浪费少、质量容易控制,更适合该弹翼的制造。

CF接口技术在诱发电位测试系统中的应用

一种基于PDA等移动计算平台和CF接口技术的诱发电位测试系统的设计。这种诱发电位测试系统在PDA等移动计算设备的CF接口基础上,设计出工作于IO模式的CF+卡,并编写出运行于Windows CE等移动操作系统平台上的设备驱动程序和数据采集、处理程序,完成诱发电信号的产生和诱发电位的采集。系统对输入的模拟信号进行调理,A/D转换后,进行数字信号处理,处理结果显示在PDA上。系统硬件设计简洁,软件支持完善,能够满足各种诱发电位生理研究的需要。

CF接口技术在诱发电位测试系统中的应用

本文介绍了一种基于PDA等移动计算平台和CF接口技术的诱发电位测试系统的设计。这种诱发电位测试系统在PDA等移动计算设备的CF接口基础上,设计出工作于IO模式的CF+卡,并编写出运行于Windows CE等移动操作系统平台上的设备驱动程序和数据采集、处理程序,完成诱发电信号的产生和诱发电位的采集。系统对输入的模拟信号进行调理,A/D转换后,进行数字信号处理,处理结果显示在PDA上。本系统硬件设计简洁,软件支持完善,能够满足各种诱发电位生理研究的需要。

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。

碳纳米管/共聚酰亚胺复合膜增强炭纤维/环氧树脂复合材料的层间断裂韧性和导热性

炭纤维/环氧树脂复合材料已被广泛用作航空航天领域的结构材料,但由于其沿厚度方向缺乏炭纤维增强材料,层间力学性能和面外导热性较差。本文制备了碳纳米管/共聚酰亚胺(CNT/BOH)复合膜作为增韧层,以提高炭纤维/环氧树脂层压板的层间断裂韧性和厚度方向导热性。由于BOH膜的塑性变形和CNTs的增强效应,CNT/BOH膜的引入使炭纤维/环氧树脂层压板的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高260%和220%,此外,由于CNTs高的本征导热性和交联网络的形成,有效改善了层压板的厚度方向导热性。这种增韧方法为同时提高炭纤维/环氧复合材料的力学性能和导热性提供了一种有效的策略。

酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究

针对石墨烯在复合材料增强增韧上的应用,对石墨烯进行了酸化处理,采用超声分散方法制备酸化石墨烯/环氧树脂(EP)浇注体,并在此基础上制备了酸化石墨烯/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)复合材料。分别利用红外光谱和透射电镜表征了酸化石墨烯表面结构和微观形貌,利用拉伸、弯曲、冲击等机械测试手段评价了酸化石墨烯改性EP和CF-EP的力学性能,并利用扫描电镜对复合材料拉伸断面形貌进行观察。试验结果表明:石墨烯酸化处理后,成功在表面引入了羟基、羧基等极性基团;酸化石墨烯可对EP和CF/EP进行有效增强增韧,当其添加量为0.2wt%时,EP拉伸强度和冲击强度分别提高了23.3%和109.8%,CF/EP拉伸强度、弯曲强度分别提高了6.0%和10.6%,当酸化石墨烯添加量为0.5wt%时,CF/EP复合材料层间剪切强度提高了7.4%。微观形貌分析表明,酸化石墨烯对CF/EP增强改性主要是通过对EP进行增强增韧,同时提高CF和EP之间的界面性能来实现的。

氯化锌乙醇溶液回收炭纤维/环氧树脂复合材料

采用高浓度氯化锌乙醇溶液为反应体系,高效催化降解环氧树脂基炭纤维(CF/EP)复合材料并回收炭纤维。考察反应温度与氯化锌浓度对树脂基体降解的影响,探讨环氧树脂在氯化锌乙醇溶液中的催化降解机理。结果表明,复合材料中的树脂基体完全降解,炭纤维表面微观结构基本不变,且回收炭纤维的强度最高为原始炭纤维强度的97.1%,但表面含氧官能团有所减少。

碳纳米管对碳纤维复合材料防辐射性能的影响

为探究碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)中添加碳纳米管(CNTs)对复合材料防γ辐射性能的影响,文中采用y射线辐照后的无碳纳米管的γ-CFEP复合材料,基体中含CNTs的γ-CFEP复合材料(γ-CF/EP-CNTs),界面区中有CNTs的γ-CFEP复合材料(γ-CF-CNTs/EP)和基体界面含有CNTs的γ-CF/EP复合材料(γ-CF-CNTs/EP-CNTs)。结果表明,与γ-CFEP相比,CNTs改性后的γ-CFEP的弯曲性能,耐疲劳性能和热稳定性都有所提高,其中γ-CF-CNTs/EP-CNTs的提升最明显,是由于CNTs可以清除辐射产生的自由基,减少自由基对分子链的破坏,且CNTs可以与EP、CF,固化剂等反应,增强复合材料的界面性能和分子交联程度。该研究为未来碳纳米管对碳纤维复合材料的防辐射性能提供一定参考。

界面结合方式对氧化石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

采用不同制备工艺制备氧化石墨烯(graphene oxide,GO)-碳纤维(carbom fibre,CF)/环氧树脂(epoxy,EP)复合材料,探讨了3种界面结合机理,对比分析了不同的界面结合方式对氧化石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料界面剪切强度(interfacial shear strength,IFSS)、弯曲性能及层间剪切强度(interlaminar shear strength,ILSS)的影响.研究结果表明:氧化石墨烯对复合材料界面的作用主要是增强界面处机械互锁能力,以及少量化学键形成产生的作用力;氧化石墨烯吸附在碳纤维表面再与环氧树脂形成的界面结合方式可使复合材料界面剪切强度提升66.97%,弯曲强度提升31.84%,层间剪切强度提升10%.可见,氧化石墨烯利用率高,工艺简单,有利于实现工业生产.

聚氨酯/纳米SiO_(2)改性碳纤维增强环氧树脂复合材料界面性能

聚合物与纤维之间的界面性能对提升复合材料力学性能尤为重要。本文采用异氰酸根(-NCO)封端的聚氨酯(PU)分子对纳米SiO_(2)表面进行改性,同时采用KH550对碳纤维(CF)进行表面改性,利用-NH2与-NCO较高的反应活性,在CF和纳米SiO_(2)粒子间通过PU分子链形成共价键连接。结果显示:PU极性分子链的引入,提高了CF的表面能,使其表面润湿性显著提高。相较于KH550直接接枝纳米粒子的碳纤维(CF-KH550-SiO_(2)),通过PU分子链接枝纳米粒子的碳纤维(CF-KH550-PU-SiO_(2)),其表面能提升23.0%,表面纳米SiO_(2)粒子的接枝率和分散均匀性也明显提升。CF-KH550-PU-SiO_(2)/环氧树脂(EP)的界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)相比未改性CF/EP分别提高72.9%和47.9%,相比CF-KH550-SiO_(2)/EP分别提高17.3%和11.2%。

高性能碳-玻璃纤维布加固混凝土梁的非线性响应

针对高性能碳-玻璃-环氧树脂(CF-GF-EP)混杂纤维布加固钢筋混凝土(RC)梁,研究了一种三维非线性混杂组合单元,并推导了统一单元模式,对RC梁的刚度退化、应力重分布等进行了分析。首先根据实体退化单元理论,研究了组合单元模拟RC梁,并利用选择积分技术推求了高性能CF-GF-EP纤维布单元对混杂组合单元刚度矩阵的贡献。运用Jiang屈服准则、Hinton压碎准则和Madrid强化准则等描述混凝土材料非线性,研制了相应的三维非线性分析程序。与试验资料对比分析可知,计算结果与试验数据吻合良好,表明本文构造的非线性单元模式的正确性和研制程序的可靠性,推导的混杂组合单元能准确用于混杂CF-GF-EP纤维布加固RC梁的非线性响应分析。加载初期高性能CF-GF-EP纤维布加固梁未有明显的刚度折减,其后达到屈服荷载和极限荷载时,加固梁刚度折减系数分别约为0.6和0.9。在开裂荷载前,高性能CF-GF-EP纤维布应力发展较为平缓且应力重分布系数变化较小,其后应力重分布系数逐渐增大直至结构失效。

基于插层法协同提升碳纤维树脂基复合材料的导电性能与层间韧性

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)因其低密度、高比强度等特点,在航空航天领域得到了广泛的应用,但其导电性和层间韧性的不足降低了CFRP作为飞机结构件的使用安全性。为了改善CFRP弱的导电性和层间断裂韧性,本文采用溶液浇铸法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯纳米片(GNPs)掺杂聚醚砜(PES)的导电热塑性薄膜(CTFs)。然后将CTFs交错放入碳纤维/环氧树脂(CF/EP)预浸料中制得复合材料层压板,并对其导电性和层间断裂韧性进行了探究。结果表明,相较于对照样品(CS),在横向(Y)和厚度(Z)方向,层压板的电导率分别提高了474%和554%。采用双悬臂梁(DCB)和端口弯曲(ENF)法评估了ModeⅠ和ModeⅡ层间断裂韧性,当插入的CTF中纳米填料质量比为CNT∶GNP=2∶1时,复合材料层压板的ModeⅠ层间断裂韧性(G;)和断裂阻抗(G;)分别提高了441%和165%,此外,纳米填料质量比CNT∶GNP=8∶1时,ModeⅡ层间断裂韧性(G;)提高了79%。最后通过SEM观察了复合材料的微观结构形貌,并分析了复合材料的失效机制。

考虑物理老化效应的树脂基复合材料长时黏弹性变形实验测试与建模分析

为充分掌握碳纤维增强环氧树脂基(CF/EP)复合材料的短时和长时变形特性,对一类碳纤维/环氧层合试样开展了蠕变试验研究。试验采用恒温、恒定载荷拉伸加载方式,获得了其在不同试验温度(25℃和50℃)、不同拉伸载荷水平(20%、30%和40%的拉伸极限强度值)下的应变变化规律。试验结果表明:该类材料的变形行为表现出显著的黏弹性特征,并且兼具蠕变温度效应与物理老化效应。加载初期的较短时间内,拉伸应变随时间逐渐增大,呈现出明显的蠕变变形第一、第二阶段特征;当加载时间超过其物理老化特征时间之后,在加载的大部分时间段内,这种与时间有关的变形则开始逐渐减小,呈现出清晰的物理老化特征。为了合理表征这种特殊的黏弹性变形行为,进一步构建了包含蠕变温度效应与物理老化效应的线性黏弹性理论模型。提出了可描述该复合材料黏弹性变形的本构关系,并给出了Prony级数近似解法,进而编写了相应的有限元材料子程序UMAT。仿真结果表明,所构建的理论模型能够合理地描述该类复合材料的黏弹性变形。

微胶囊层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的超声导波评价

选用微胶囊作为改性材料,采用热压机层压成型工艺制备出微胶囊层间增韧T300碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料。通过双悬臂梁(DCB)Ⅰ型层间断裂试验评估了CF/EP复合材料的增韧效果。利用超声导波技术对普通CF/EP复合材料和增韧CF/EP复合材料层间力学性能进行评价。通过SEM对CF/EP复合材料层间断面微观形貌进行观察,以揭示微胶囊的增韧机制,同时对超声导波检测结果进行辅助说明。结果表明,微胶囊以团聚形式分布在层间基体中,可以有效提高CF/EP复合材料的层间断裂韧性。微胶囊的填充改变了CF/EP复合材料层间基体特性,增加了导波传播过程中的衰减,导致响应信号峰值降低。同时,团聚的微胶囊改变了CF/EP复合材料对于中心频率125 kHz五峰波激励的振动响应,导致中心频率在信号频谱中的幅值低于普通CF/EP复合材料。