Durability Testing of Composite Aerospace Materials Based on a New Polymer Carbon Fiber-Reinforced Epoxy Resin

In this study,the durability of a new polymer carbonfiber-reinforced epoxy resin used to produce composite material in the aerospacefield is investigated through analysis of the corrosion phenomena occurring at the microscopic scale,and the related infrared spectra and thermal properties.It is found that light and heat can con-tribute to the aging process.In particular,the longitudinal tensile strength displays a non-monotonic trend,i.e.,itfirst increases and then decreases over time.By contrast,the longitudinal compressive and inter-laminar shear strengths do not show significant changes.It is also shown that the inter-laminar shear strength of carbonfiber/epoxy resin composites with inter-laminar hybrid structure is better than that of pure carbonfiber materials.The related resistance to corrosion can be improved by more than 41%.

铁粉/碳纤维增强树脂复合材料的制备 及脆化损伤研究

将偶联剂改性纳米铁(Fe)粉与预处理后的碳纤维混合,浸润于环氧树脂基料中,经过搅拌混合制备纳米Fe粉/碳纤维增强树脂复合材料,研究了复合材料在高温老化、水浸老化环境下的脆化损伤行为。结果表明:树脂受到高温老化和水浸泡老化后会出现脆化损伤,碳纤维和纳米Fe粉加入会对该损伤有一定抑制;加入质量分数为4.0%的纳米Fe粉后,随着高温老化时间延长,碳纤维质量分数为3.0%的纳米Fe粉/碳纤维增强复合材料的拉伸强度、断裂韧性下降幅度较小,同时脆化损伤后树脂与纳米Fe粉、碳纤维仍结合紧密;碳纤维质量分数为3.0%、纳米Fe粉质量分数为4.0%的纳米Fe粉/碳纤维增强复合材料经水浸老化后,断裂韧性仍旧保持较高水平。

Ⅳ型储氢气瓶承载层CFRP基体优选与性能研究

以SW树脂及HY4006树脂为基体树脂,以12K T700碳纤维(HY-1、HY-2、HY-3)为纤维增强体,制备Ⅳ型储氢气瓶承载层用碳纤维增强复合材料(CFRP),从固化特性、耐热性能、流变性能和树脂浇注体的力学性能等方面筛选适合的树脂基体,通过树脂对纤维的浸润性及CFRP的力学性能、微观形貌、孔隙率等筛选出最优的CFRP体系。结果表明:SW树脂的固化温度为109~142℃,固化速率快,固化时间短,黏度增长较慢,而且其浇注体力学性能好,比HY4006树脂更适合于Ⅳ型储氢气瓶的缠绕工艺;SW树脂对HY-2碳纤维的浸润性更好,起始接触角为80.06°,浸润时间仅2.5 s;由SW树脂与HY-2碳纤维制备的CFRP拉伸强度为2650 MPa,剪切强度为64.63 MPa,密度为1.67 g/cm 3,纤维体积分数为63.61%,该CFRP界面结合好,孔隙率低,力学性能优异,是Ⅳ型储氢气瓶缠绕层的理想材料。

一种生物基上浆剂的制备及应用

以可再生天然生物质厚朴酚、衣康酸为原料,通过简单、高效的两步法合成生物基环氧上浆剂,并对碳纤维复合材料的耐热性能、界面性能和力学性能进行研究。实验结果表明,生物基环氧上浆剂具有良好储存稳定性和热稳定性好,碳纤维复合材料的三点弯曲和层间剪切分别提高了33.2%和36.2%。

建筑用碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

选择以T700碳纤维为增强相,将碳纤维经浓HNO 3浸渍处理0,40,80,120和160 min后掺入到环氧树脂中,制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料。分析了浸渍时间对复合材料微观形貌、力学性能和热稳定性的影响。结果表明,经浓HNO 3浸渍的碳纤维表面粗糙度增大,沟槽数量和深度增加,碳纤维和环氧树脂的结合强度增大;随碳纤维浸渍时间的增大,复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量均先增大后减小,当浸渍时间为120 min时,复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均达到了最大值,分别为80.2和90.3 MPa,其弯曲强度和弯曲模量也达到了最大值,分别为902.6 MPa和79.3 GPa,且应力-应变最高点增大,弯曲性能提高;在800℃下浓HNO 3浸渍处理120 min的复合材料的残炭率最大为58.2%,热稳定性最佳。

碳纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟手段,构建了碳纤维氧化表面及其增强的环氧树脂基复合材料模型。系统研究了碳纤维表面含氧官能团演变与碳纤维表面张力的作用关系,构建了碳纤维的不同氧化表面增强的环氧树脂模型,并进一步升温固化,获得最终的热固性复合材料。揭示了不同碳纤维表面化学结构对复合材料的剪切、拉伸及弯曲性能的影响。研究结果表明:—C=O和—COOH的含量提升有利于碳纤维表面能的提高,这主要归因于—C=O双键可弥补—C=C—破坏损失的表面共价键能,也提高了表面非键相互作用能。此外,一定含量含氧官能团的引入对复合材料力学性能均有不同程度的提高,但过量的含氧基团则削弱了力学性能。当电流密度为0.69 A/m^(2)时,对应碳纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切应力、拉伸强度和弯曲强度均为最优,进一步提升的电流密度使得复合材料的力学强度均逐渐降低。

重质碳酸钙/环氧树脂复合材料的制备及性能

以重质碳酸钙为原料,硬脂酸、钛酸酯为改性剂,制备了改性重质碳酸钙。将其与环氧树脂复合,制备了改性重质碳酸钙/环氧树脂复合材料。利用热失重分析仪、近红外光谱仪、X射线衍射仪以及扫描电子显微镜对复合材料进行表征,探讨了改性条件对复合材料力学性能的影响。研究结果表明:以硬脂酸、钛酸酯为复配改性剂,对重质碳酸钙进行干法改性。当硬脂酸用量为重质碳酸钙质量的1.5%、硬脂酸改性时间为20 min、钛酸酯用量为重质碳酸钙质量的2.0%、钛酸酯改性时间为10 min时,复合材料的拉伸性能最佳,为10.2 MPa,此时吸油值最低。经过硬脂酸、钛酸酯改性以及与环氧树脂复合都未改变重质碳酸钙的晶型,复合改性剂成功地接枝在重质碳酸钙表面。改性重质碳酸钙颗粒间分散性良好,与环氧树脂结合性较强。

国产T700碳纤维用环氧树脂及其复合材料性能研究

本文针对国产碳纤维特点研制一种新型改性环氧树脂配方,测试CCF700S碳纤维NOL环、单向板以及Ф150mm标准容器水压爆破,并对爆破后复合材料结合SEM对碳纤维的微观结构进行表征。试验结果表明,该改性环氧树脂体系与CCF700S碳纤维浸润性好,界面粘接能力强,力学性能优异,改性环氧树脂体系适用于CCF700S碳纤维湿法缠绕工艺。

挤压力对CF/EP复合材料微观结构与弯曲性能的影响

以E44环氧树脂(EP)为基体、T700单向碳纤维(CF)布为增强体,在挤压力为1~5 MPa条件下,采用液态浸渗的方法制备CF/EP复合材料层合板,研究了挤压力对CF/EP复合材料层合板微观组织及弯曲性能的影响。结果表明:挤压力过低影响EP基体的浸渗效果,CF不能发挥增强体作用,挤压力过高会将已经浸渗到CF预制体的EP被部分压出;挤压力为3 MPa时,EP基体在CF中浸渗充分且均匀,纤维与基体结合紧密,浸渗效果好,有效增强了复合材料的承载能力;随着挤压力的增大,CF/EP复合材料的弯曲强度和最大弯曲力均呈现先增大后降低的趋势,当挤压力为3 MPa时,CF/EP复合材料的弯曲强度和最大弯曲力均最大,分别为465 MPa、383.17 N;制备CF/EP复合材料层合板的最佳挤压力为3 MPa,此时复合材料断裂整齐,基体的断裂模式为韧性断裂,复合材料的弯曲性能最佳。

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性,分析了该固化体系浇铸体的性能;并以碳纤维(T-700S)为增强材料,采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-3/T-700S复合材料,研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能,并对弯曲断面进行分析。研究结果表明,WBS-3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好,适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺;由此制得的WBS-3/T-700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能,其弯曲强度为1434MPa,拉伸强度为1972MPa,剪切强度为76.1MPa,玻璃化温度(Tg)超过210℃;该WBS-3/T-700S复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。

碳纤维/环氧树脂复合材料的改性及改性机理

介绍了碳纤维/环氧树脂复合材料中碳纤维的增强机理。综述了纳米材料、聚合物对碳纤维/环氧树脂复合材料的改性进展,并总结了相应的改性机理。探索新型柔和的碳纤维表面处理技术以及对碳纤维表面接枝将是碳纤维/环氧树脂复合材料改性的发展方向。

适量木炭粉改善环氧树脂复合材料热/力学性能

为了充分利用木材炭化物,扩大其在复合材料等方面的应用范围,该文采用炭化后的木粉(木炭粉)和环氧树脂,通过模压工艺制备了木炭/环氧树脂复合材料。借助扫描电镜、万能材料试验机、动态热机械分析仪和维卡软化点测量仪等研究木炭粉质量分数对木炭/环氧树脂复合材料弯曲性能、冲击强度、动态力学性能以及耐热性的影响。在环氧树脂中,环氧树脂、反应性稀释剂和固化剂质量比为3∶2∶5;在木炭/环氧树脂复合材料中,木炭粉质量分数分别为0,5%,10%,20%,30%和40%。复合材料固化温度和时间分别设定为100℃和3 h。结果表明,添加木炭粉能有效增强环氧树脂力学性能:与纯环氧树脂相比,弯曲强度和冲击强度最高增加了278%和135%。动态力学性能结果证实随着木炭粉质量分数的增加,复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(Tg)也逐渐增加。此外当木炭粉质量分数从0增加到40%时,复合材料的耐热性逐渐提高;维卡软化点从81.2℃提高到274℃。研究结果为,当木炭粉质量分数在10%时,环氧树脂/木炭复合材料具有较佳的力学性能和较好的耐热性能,为木炭在复合材料领域中的应用提供有益的借鉴。

激光参数对碳纤维复合材料质量烧蚀率的影响

为了研究激光参数对碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料质量烧蚀率的影响规律,选用不同激光参数、采用高强度CO2激光器对该复合材料进行了激光辐照试验。分别分析了入射激光的辐照时间、强度和光斑直径对碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料质量烧蚀率的影响规律。研究结果表明:激光辐照时间对该复合材料的质量烧蚀率的影响不大,而该复合材料的质量烧蚀率随入射激光强度和光斑直径的增大而增大。

大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体湿法缠绕用树脂配方研制

针对大尺寸炭纤维增强复合材料(CFRP)固体火箭发动机壳体的制备要求,研制了一种具有良好粘度-温度及粘度-时间特性的炭纤维复合材料湿法缠绕成型树脂配方A。采用差示扫描量热法(DSC)、傅立叶红外光谱(FT-IR)等分析技术对树脂基体的固化反应进行了系统地研究,并测试了配方的粘度、力学性能及容器爆破强度。结果表明,该树脂配方A的反应表观活化能为41.71kJ/moL,室温下粘度低(≤0.5390Pa.s),适用期较长(>48h),不仅完全满足大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体的湿法缠绕成型工艺要求,而且其树脂基体及其炭纤维复合材料表现出优良的力学性能。炭纤维复合材料界面粘接良好,缠绕的Φ150mm容器的PV/W均大于48km,纤维强度转化率达到89.0%以上。

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。

高速冲击过程中碳纤维/环氧树脂复合材料筒体强度分析

利用复合材料层合板理论对碳纤维/环氧树脂复合材料筒体在高速冲击过程中的受力状况进行了简要分析,并结合高速冲击试验结果,对碳纤维/环氧树脂复合材料筒体的破坏形式进行了简析。

单向M40/环氧648复合材料层板的破坏模式分析

M4 0 /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 ,根据工程应用实际需要 ,对单向层板性能进行了有关力学性能实验且还对其破坏模式进行了初步分析。

高精度碳纤维/环氧复合材料天线的研制

简述了碳纤维复合材料(CFRP)的优异性能,指出了高精度CFRP天线成型的技术要点,通过技术攻关研制了低膨胀、高居里温度的精密合金模具材料和中温固化环氧树脂体系,并采用铺层设计和转移法金属化技术,最终研制出口径为1000mm,型面精度达到0.131 mm(rms)的高精度、薄板式碳纤维/环氧复合材料抛物面天线。

风机叶片真空吸塑成型(VRAM)工艺的研究

简要介绍了一种新型风机叶片成型工艺——真空吸塑成型(VRAM)工艺,并对适用于该工艺的树脂体系和复合材料进行了综述。

碳纳米管增强环氧树脂复合材料阻尼性能的研究

采用热压成型法制备出碳纳米管环氧树脂复合材料，并对其分散性能和阻尼性能进行了研究。扫描电镜（SEM）分析表明，通过超声振荡处理和分散剂辅助处理可以将碳纳米管较好地分散在环氧树脂基体材料中。采用自由振动对数衰减率法和动态热机械分析仪（DMTAV）对复合材料的阻尼性能进行了测试，结果表明，在环氧树脂基体中加入碳纳米管能够提高复合材料的阻尼性能，并且随着碳纳米管质量分数的增加，复合材料的阻尼性能不断增强，掺加直径为10-20nm的碳纳米管比掺加直径为30-50nm的碳纳米管能更大地提高复合材料的阻尼性能。