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%。

织造中碳纤维束间的摩擦磨损试验模拟

织造过程中碳纤维束的摩擦磨损会导致成型后复合材料制件的机械性能下降.采用自制的试验装置模拟织造过程中经纬纱线间的相互作用,研究了法向负载、预加张力和摩擦速率对碳纤维束摩擦磨损行为的影响.结果表明:碳纤维束的摩擦系数随着法向负载的增加而减小,其磨损程度随着法向负载的增加而增大,相对应的碳纤维束拉伸断裂强力也逐渐下降;碳纤维束的摩擦力和摩擦系数因实际摩擦接触面积的变化随预加张力的增加而增大;摩擦速率的增加几乎不影响碳纤维束的摩擦力和摩擦系数,但延长了其测试值达到稳定所需的周期数.

不平衡2.5D碳纤维机织预制体偏轴拉伸性能

通过偏轴拉伸实验研究了因纱线细度变化而引起的不平衡2.5D碳纤维机织预制体(2.5D CFWPs)的面内剪切变形性能,实验材料包括4组不平衡2.5D CFWPs试样和1组平衡2.5D CFWPs试样。观察了不平衡2.5D CFWPs试样的典型宏观变形形貌和细观结构变化;对比了不平衡试样和平衡试样的剪切角和拉伸载荷变化;通过归一化处理,详细分析了纱线细度对预制体面内剪切变形的影响。结果表明:不平衡2.5D CFWPs试样典型变形形貌呈左右不对称形态,且纱线呈"S"型或"Z"型抽拔;经纬纱细度组合为792 tex×396 tex(表示经纱细度为792 tex,纬纱细度为396 tex)和396 tex×792 tex的不平衡2.5D CFWPs试样的偏轴拉伸性能基本相同,另两组不平衡试样(经纬纱细度组合为198 tex×792 tex和792 tex×198 tex)的偏轴拉伸性能也基本相同;平衡试样的拉伸载荷明显大于不平衡试样,在达到剪切锁紧后,平衡试样载荷快速上升,不平衡试样载荷上升缓慢;对拉伸载荷归一化处理后,剪切角小于20.81°时, 5组2.5D CFWPs试样剪切力基本相同,在20.81°~30.02°时, 4组不平衡试样剪切力基本相同。