单向纤维增强树脂基复合材料的制备及表征
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塑料工业CHINAPLASTICSINDUSTRY第49卷第3期2021年3月纤维增强CFP/PPS复合材料的制备与性能表征李继涛ꎬ王㊀淼ꎬ邵宝刚ꎬ相鹏伟∗(中材科技(苏州)有限公司ꎬ江苏苏州215021)㊀㊀摘要:以碳纤维(CF)和碳纤维粉末(CFP)为导电基体ꎬ制备出导电聚苯硫醚(PPS)复合材料ꎮ研究了复合材料的形貌㊁导电及力学性能ꎮ结果表明ꎬCFP能很好地分散在PPS复合材料内部ꎬ复合材料的表面电阻可达到103Ωꎮ同纯PPS复合材料相比ꎬ导电性能增加了四个数量级ꎻ一定范围内的CFP可以提高PPS复合材料的拉伸强度和冲击强度ꎻCFP含量过多时ꎬ复合材料内部因发生团聚而力学性能下降ꎮ关键词:碳纤维粉末ꎻ导电基体ꎻ聚苯硫醚ꎻ复合材料ꎻ形貌ꎻ力学性能中图分类号:TQ32㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005-5770(2021)03-0050-04doi:10 3969/j issn 1005-5770 2021 03 010开放科学(资源服务)标识码(OSID):PreparationandCharacterizationofFiberReinforcedCFP/PPSCompositesLIJi ̄taoꎬWANGMiaoꎬSHAOBao ̄gangꎬXIANGPeng ̄wei(SinomaScience&Technology(Suzhou)Co.ꎬLtd.ꎬSuzhou215021ꎬChina)Abstract:Theconductivepolyphenylenesulfide(PPS)compositeswerepreparedbyusingcarbonfiber(CF)andcarbonfiberpowder(CFP).Themorphologyꎬelectricalandmechanicalpropertiesofcompositeswerestudied.TheresultsshowthatthecarbonfiberpowdercanbewelldispersedinthePPSmatrixꎬandthesurfaceresistanceofthecompositecanreach103Ω.ComparingwiththoseofneatPPSꎬtheelectricalconductivityhasincreasedbyfourordersofmagnitude.ThetensilestrengthandimpactstrengthofPPScompositescouldbeimprovedbyaddingacertainrangeofcarbonfiberpowder.Whentheadditionofcarbonfiberpowderistoomuchꎬthemechanicalpropertiesofthecompositecoulddecreaseduetotheinternalagglomeration.Keywords:CarbonFiberPowderꎻConductiveMatrixꎻPolyphenyleneSulfideꎻCompositesꎻMorphologyꎻMechanicalProperties聚苯硫醚(PPS)是全球六大通用工程塑料之一ꎬ也是全球第一大特种工程塑料[1]ꎮ作为一种有机高分子聚合物ꎬPPS的机械性能优异ꎬ但不具备导电能力ꎬ需要加入一些导电填料对PPS进行改性ꎬ从而使复合材料具备一定的导电性能ꎬ常用的导电材料有碳纤维㊁导电炭黑㊁石墨烯㊁碳纳米管和金属粉末等[2-3]ꎮ袁霞等[4]研究了不同含量碳纳米管和碳纤维填料对PPS复合材料力学性能和电导率的影响ꎬ研究得出:在PPS中添加20%的碳纤维(CF)和15%的碳纳米管(CNTs)时ꎬ复合材料的力学性能和导电性能最优ꎻ吴兰峰等[5]采用熔融共混的方式制备了PPS/CNTs复合材料ꎬ在添加少量的CNTs时ꎬCNTs可以在复合材料内部形成导电逾渗网络ꎬ给电子建立起导电传输通路ꎬ从而增加复合材料的导电性能ꎬ而增加CNTs的填充比例后ꎬCNTs发生微观聚集和应力传递矛盾导致复合材料的力学性能下降ꎮCF在提升复合材料导电性能的同时ꎬ也可以提升复合材料的力学性能和降低摩擦系数ꎮ然而ꎬCF的表面呈惰性且少量的CF同PPS复合改性后ꎬCF的粒径依然较长ꎬ无法在复合材料的内部形成导电逾渗网络ꎬ导电效果并不理想ꎮ本文选用碳纤维粉末(CFP)和CF作导电填料ꎬ制备PPS复合材料ꎬ在提升复合材料导电性能的同时ꎬ更具有良好的力学性能ꎮ1㊀实验部分1 1㊀原辅材料PPS:注塑级ꎬ浙江新和成特种材料有限公司ꎻ玻璃纤维:T443Rꎬ泰山玻璃纤维有限公司ꎻ碳纤维短切:4~8mmꎬ中复神鹰碳纤维有限责任公司ꎻ碳纤维粉末:200~500目ꎬ东丽(TORAY)株式会社ꎮ1 2㊀设备与仪器双螺杆挤出机:TDS-30Bꎬ诺达鑫业挤出设备05 ∗通信作者:相鹏伟ꎬ男ꎬ硕士ꎬ高工ꎬ主要从事高性能材料及其改性等研究ꎮxpw@sinomatech com作者简介:李继涛ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要从事热塑性复合材料等研究ꎮlijt@sinomatech com第49卷第3期李继涛ꎬ等:纤维增强CFP/PPS复合材料的制备与性能表征有限公司ꎻ注射成型机:EM80-Vꎬ震雄注塑(深圳)有限公司ꎻ高速混合机:SRL-100ꎬ张家港鑫达机械有限公司ꎻ鼓风干燥机:WGLL-65BEꎬ天津泰斯特仪器有限公司ꎻ扫描电子显微镜:Quanta200FEGꎬ美国Fei公司ꎻ电子万能试验机:UTM6140ꎬ深圳三思纵横科技股份有限公司ꎻ摆锤式冲击试验机:PTM2000-11Jꎬ深圳三思纵横科技股份有限公司ꎻ缺口制样机:QTM1000ꎬ深圳三思纵横科技股份有限公司ꎻ表面电阻测试仪:DSLS-385ꎬ深圳市福田区万华城电子商行ꎮ1 3㊀复合材料的制备各组试样配方如表1所示ꎮ将称取好的PPS㊁CFP等材料一起加入到高速混合机中搅拌均匀ꎬ然后将混料投入到双螺杆挤出机的主喂料中ꎬ玻璃纤维(GF)投入到侧位料1中ꎬCF投入到侧位料2中ꎬ用双螺杆挤出机挤出造粒ꎮ挤出机各段温度设置如下:一段265ħ㊁二段270ħ㊁三段275ħ㊁四段280ħꎬ五段285ħꎬ六段290ħꎬ七段295ħ㊁八段295ħ㊁九段290ħ㊁换网290ħ和机头295ħꎬ主螺杆转速:350r/minꎮ样品制备完成后110ħ下干燥4h注塑试样ꎬ注射机各段温度采用一段290ħ㊁二段300ħ㊁三段315ħꎬ注射压力3 5MPaꎬ保压压力4MPaꎬ保压时间8sꎬ冷却时间10sꎮ表1㊀实验材料的配比Tab1㊀Proportionofexperimentalmaterials配方编号PPS质量分数/%CFP质量分数/%CF质量分数/%GF质量分数/%17001020265510203601010204551510201 4㊀性能测试拉伸性能按照GB/T1040 3 2006进行ꎬ拉伸速度50mm/minꎻ冲击样条按照GB/T1043 2008进行ꎬA型缺口ꎻ悬臂梁缺口冲击强度按照GB/T1843 2008进行ꎬ摆锤能量5 5Jꎻ扫描电镜:冲击断裂面喷金处理ꎬ放置电镜下观察ꎻ导电性能:采用表面电阻测试仪测试冲击样条的表面电阻ꎮ2㊀结果与讨论2 1㊀CFP含量对PPS复合材料力学性能的影响对不同CFP含量的PPS复合材料进行力学性能表征ꎬ测试结果如图1ꎮ从图1可知ꎬ在不加CFP的情况下ꎬ复合材料的拉伸强度为120MPaꎬ加入CFP后ꎬ复合材料的拉伸性能得到急剧增强ꎬ在加入5%的CFP时ꎬ复合材料的拉伸性能达到136MPaꎬ而在CFP添加量为10%时ꎬ复合材料的拉伸性能达到最大值153MPaꎬ比不加CFP时提升了约28%的拉伸强度ꎬ继续增加CFP的添加含量ꎬ复合材料的拉伸性能不升反降ꎬ拉伸强度为127MPaꎬ但仍高于未加入CFP时复合材料的拉伸强度ꎬ因此ꎬCFP能有效地增强PPS复合材料拉伸强度ꎮCFP增强PPS复合材料ꎬ其主要作用是起到 填充 与 桥接 作用ꎬCF的表面通常呈惰性且具有一定的粒径长度ꎬ与PPS混炼后ꎬ二者并不能紧密地包覆在一起ꎬCFP是由CF磨粉而来ꎬ二者具有相同的上浆剂ꎬ可以很好的黏连在一起ꎬ同时ꎬCFP的目数较小ꎬ能填充在PPS和填料之间ꎬ从而使PPS和填料包覆得更加紧密ꎬ以致提升PPS复合材料的拉伸强度ꎮ图1㊀CFP含量对PPS复合材料力学性能的影响Fig1㊀InfluenceofCFPcontentsonmechanicalpropertiesofPPScomposites在不加入CFP时ꎬPPS复合材料的缺口冲击强度约为3 5kJ/m2ꎬ加入CFP后ꎬ复合材料的缺口冲击强度先升后降ꎬ在添加10%的CFP时ꎬPPS复合材料的缺口冲击达到最大5 4kJ/m2ꎬ与PPS复合材料拉伸性能的变化趋势相一致ꎬ由此证明ꎬ在10%的CFP添加量时ꎬPPS内部间各种填料的比例最佳ꎮCFP在PPS复合材料中只具备少量的抗冲击作用ꎬ其主要优势在于CFP能将PPS和CF紧密地黏连起来ꎬ当受到外力冲击时ꎬ外力能及时被传导给CF和PPS其他填料上ꎬ从而提升PPS复合材料的冲击强度ꎬ当PPS复合材料内部包覆得越紧密时ꎬPPS复合材料的抗冲击性能越好ꎮ图2为不同CFP含量的PPS复合材料的弯曲强度图ꎮ从图可知ꎬPPS复合材料的弯曲强度随CFP含量增加呈现先增后降的趋势ꎬ在10%的CFP含量时ꎬ复合材料的弯曲性能最佳ꎮPPS复合材料的弯曲强度之所以得到增强ꎬ其原因是CFP填补PPS和填料间细小的缝隙ꎬ使PPS复合材料间的填料彼此黏连在一起ꎬ从而起到填补补强的作用ꎮ当CFP含量过高15塑㊀料㊀工㊀业2021年㊀㊀时ꎬCFP在复合材料内部发生堆积ꎬ影响填料间的分散ꎬ使填料间排列杂乱无章ꎬ从而增强效果降低ꎮ图2㊀CFP含量对PPS复合材料弯曲强度的影响Fig2㊀InfluenceofCFPcontentsonbendingstrengthofPPScomposites2 2㊀CFP含量对PPS复合材料界面的影响选取有缺口冲击后样条的截面ꎬ对添加不同含量的CFP/PPS复合材料进行SEM表征分析ꎬ结果如图3ꎮ在图3a中ꎬ不加CFP时ꎬPPS复合材料界面间填料的取向基本一致ꎬ当材料受到冲击时ꎬ填料被大量拔出而留下孔洞ꎮ在添加5%(图3b)㊁10%(图3c)或15%(图3d)的CFP时ꎬPPS复合材料界面间填料的取向逐渐出现混乱ꎬ含量越大ꎬ取向越乱ꎬ在15%的添加量时ꎬPPS复合材料间填料间的取向趋于无序状态ꎮCFP能填补PPS和填料间的缝隙ꎬ使PPS与填料黏连在一起ꎬ当含量过高时ꎬCFP在PPS复合材料内部受到堆积ꎬ从而挤压周围的填料ꎬ导致填料间的取向呈现混乱状态ꎮ图3b~d的截面SEM中ꎬ孔洞数量少于图3aꎬ说明CFP的添加ꎬ可以提升PPS复合材料的力学性能ꎬ这与之前力学结果分析的一致ꎮa-CFP/PPS(0/100)复合材料b-CFP/PPS(5/95)复合材料c-CFP/PPS(10/90)复合材料d ̄CFP/PPS(15/85)复合材料图3㊀不同CFP含量的PPS复合材料SEM图Fig3㊀SEMimagesofPPScompositeswithdifferentCFPcontents2 3㊀CFP含量对PPS复合材料导电性能的影响表2㊀CFP含量对PPS复合材料导电性能的影响Tab2㊀TheinfluenceofCFPcontentsontheelectricalconductivityofPPScomposites材料CFP/PPS(0/100)CFP/PPS(5/95)CFP/PPS(10/90)CFP/PPS(15/85)表面电阻/Ω107105104103表2是不同CFP含量下PPS复合材料冲击样条的表面电阻测试数据ꎮ不加入CFP时ꎬPPS复合材料的表面电阻为107Ωꎬ导电介质主要是CFꎬ当加入5%的CFP时ꎬPPS复合材料的表面电阻为105Ωꎬ提升了两个数量级ꎬ添加10%的CFP时ꎬ表面电阻为104Ωꎬ添加15%的CFP时ꎬ表面电阻最大为103Ωꎬ随CFP含量的增加ꎬPPS复合材料的表面电阻呈线性增加ꎮCFP在PPS复合材料中除本身起到一定的导电作用外ꎬCFP在PPS复合材料内部间还起到 导电桥接 作用ꎬ为PPS和CF间形成导电网络通路ꎬ从而大幅度地提升PPS复合材料的导电性能ꎮ3㊀结论1)CFP可以提升PPS复合材料的力学性能ꎮ在CFP添加量为10%时ꎬPPS复合材料的整体力学性能最佳ꎮ2)CFP可以填补PPS复合材料同其他填料间的缝隙ꎬ从而影响PPS复合材料内部填料的取向ꎮ3)CFP可以在PPS复合材料内部起到 导电桥接 作用ꎬ为PPS复合材料内部形成导电通路ꎬ从25第49卷第3期李继涛ꎬ等:纤维增强CFP/PPS复合材料的制备与性能表征而大幅度地提升PPS复合材料的导电性能ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]徐俊怡ꎬ刘钊ꎬ洪瑞ꎬ等.聚苯硫醚的产业发展概况与复合改性进展[J].中国材料进展ꎬ2015ꎬ34(12):883-889.XUJYꎬLIUZꎬHONGRꎬetal.Progressinindustryde ̄velopmentandmodificationofpolyphenylenesulfide[J].MaterialsChinaꎬ2015ꎬ34(12):21-25. [2]陈新ꎬ侯灿淑ꎬ陈永荣ꎬ等.导电性聚苯硫醚的研究进展[J].塑料工业ꎬ1994(1):53-56.CHENXꎬHOUCSꎬCHENYRꎬetal.TheAdvanceintheresearchofconductivePPS[J].ChinaPlasticsIndustryꎬ1994(1):53-56.[3]曹轶ꎬ杨家操ꎬ王孝军ꎬ等.具有隔离结构的聚苯硫醚/石墨烯纳米片复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究[J].中国塑料ꎬ2019(8):1-5.CAOYꎬYANGJCꎬWANGXJꎬetal.Preparationandelectromagneticinterferenceshieldingperformanceofpoly ̄phenylenesulfide/graphenenanoplatescompositeswithseg ̄regatedstructure[J].ChinaPlasticsꎬ2019(8):1-5. [4]袁霞ꎬ孙义红ꎬ安玉良ꎬ等.碳纳米管/碳纤维增强聚苯硫醚复合材料研究[J].化学与粘合ꎬ2015ꎬ37(1):11-14.YUANXꎬSUNYHꎬANYLꎬetal.PreparationandpropertiesofpolyphenylenesulfidecompositeenhancedbyCNTs/carbonfibers[J].ChemistryandAdhesionꎬ2015ꎬ37(1):11-14.[5]吴兰峰ꎬ吴德峰ꎬ张明.聚苯硫醚/碳纳米管复合材料的导电和力学性能[J].高分子材料科学与工程ꎬ2009ꎬ25(8):36-39.WULFꎬWUDFꎬZHANGM.Electricalandmechnicalpropertiesofpoly(phenylenesulfide)/carbonnanotubescomposites[J].PolymerMaterialsSciencesandEngineer ̄ingꎬ2009ꎬ25(8):36-39.(本文于2020-11-30收到)㊀(上接第22页)[40]YEWYꎬLIUHWꎬJIANGMꎬetal.Sustainableman ̄agementoflandfillleachateconcentratethroughrecoveringhumicsubstanceasliquidfertilizerbyloosenanofiltration[J].WaterResearchꎬ2019ꎬ157(15):555-563. 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[35]张金利ꎬ盛伟ꎬ李韡ꎬ等.乙炔氢氯化合成氯乙烯的Ru ̄Pt ̄Cu催化剂:201210307780 5[P].2015-12-02.ZHANGJLꎬSHENGWꎬLIWꎬetal.Ru ̄Pt ̄Cucatalystforsynthesisofvinylchloridefromacetylenehydrochlorination:CN201210307780 5[P].2015-12-02.[36]盛伟ꎬ刘秉言ꎬ郑琳.等.乙炔氢氯化合成氯乙烯的Ru ̄Co ̄Cu催化剂:201210305820 2[P].2016-01-06.SHENGWꎬLIUBYꎬZHENGLꎬetal.Ru ̄Co ̄Cucat ̄alystforthehydrochlorinationofacetylenetovinylchloride:CN201210305820 2[P].2016-01-06.(本文于2020-11-12收到)35。
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术是一种新型的制造技术,它采用逐层堆积的方法来制造复合材料零件。
通过增材制造技术,可以使复合材料零件具有更高的复杂性和更高的性能,并且可以大大缩短制造周期,节约成本。
该技术主要应用于航空航天、汽车、医疗和体育用品等领域。
由于纤维增强树脂基复合材料具有轻量化、高强度、高刚度和耐腐蚀等优点,因此在这些领域中得到了广泛应用。
通过增材制造技术,可以生产出更轻、更强、更耐用的复合材料零件,为相关行业的发展提供了重要的支持。
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的优点在于可以对零件
进行定制化设计和生产,从而满足不同领域的需求。
此外,这种制造技术还具有生产效率高、能耗低、环保等特点,对于推动相关行业的可持续发展也有着积极的作用。
总之,纤维增强树脂基复合材料增材制造技术是一种非常有前景的技术,它将为相关领域的发展带来更多的机遇和挑战。
我们相信,随着这项技术的不断发展和完善,它将在未来发挥更加重要的作用。
- 1 -。
任意举例一种纤维增强树脂基复合材料的
制备工艺
一种常见的纤维增强树脂基复合材料的制备工艺是层压工艺,以下是一个简要的制备过程:
材料准备:准备所需的纤维增强材料和树脂基质。
常见的纤维增强材料包括碳纤维、玻璃纤维等,而树脂基质可以选择环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。
布料预处理:对纤维增强材料进行预处理,例如去除杂质、调整纤维表面的粗糙度等,以提高材料的粘结性能。
层叠:将预处理后的纤维增强材料按照设计要求的层数和方向进行层叠。
每一层纤维布料之间通常需要涂覆树脂基质,以提高层与层之间的粘结。
预压:将层叠好的材料放入预压模具中,施加适当的压力和温度。
预压过程有助于排除空气和树脂中的气泡,提高复合材料的密实度。
固化:在一定的温度和时间条件下,将预压后的材料进行固化,使树脂基质发生化学反应,形成坚固的结构。
固化过程可以使用热固化或光固化等方法。
加工和整形:根据设计要求,对固化后的复合材料进行加工和整形,例如切割、打孔、磨削等。
表面处理:对加工后的复合材料进行表面处理,如打磨、喷涂等,以提高外观和保护性能。
这只是一个基本的纤维增强树脂基复合材料的制备工艺流程,实际制备过程可能会因材料类型、应用领域和具体要求而有所不同。
在工业生产中,还需要进行工艺参数的调控、质量检测和产品性能评估等环节。
纤维增强树脂基复合材料增材制造技术一、概述纤维增强树脂基复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)是由纤维和树脂组成的一种新型材料。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等优点,在航空、航天、汽车、建筑等领域得到了广泛应用。
而增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)则是近年来快速发展起来的一种新型生产方式,它可以通过逐层堆叠材料的方式直接制造出所需产品。
本文将介绍纤维增强树脂基复合材料的增材制造技术。
二、纤维增强树脂基复合材料1. 纤维纤维是构成FRP的重要组成部分,主要包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
其中,碳纤维具有高强度、高模量和低密度等优点,但价格较高;玻璃纤维则价格相对较低,但强度和模量较低。
芳纶纤维则具有良好的耐化学性能和耐高温性能。
2. 树脂树脂是FRP的另一个重要组成部分,主要包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。
其中,环氧树脂具有良好的粘结性能和耐热性能,被广泛应用于航空、航天等领域;酚醛树脂则具有良好的耐化学性能和耐高温性能;聚酰亚胺树脂则具有优异的力学性能和耐高温性能。
3. 制造工艺FRP的制造工艺主要包括手工层叠法、自动化层叠法和增材制造技术等。
其中,增材制造技术是一种新型生产方式,它可以通过逐层堆叠材料的方式直接制造出所需产品。
三、增材制造技术1. 概述增材制造技术是一种新型生产方式,它可以通过逐层堆叠材料的方式直接制造出所需产品。
与传统加工方式相比,增材制造技术具有快速、高效、灵活等优点,在航空、航天、汽车、建筑等领域得到了广泛应用。
2. 增材制造技术的分类增材制造技术主要包括激光烧结成型(Selective Laser Sintering,SLS)、激光熔化成型(Selective Laser Melting,SLM)、电子束成型(Electron Beam Melting,EBM)和喷墨打印成型等。
其中,激光烧结成型和激光熔化成型是目前应用最广泛的两种增材制造技术。
PBO纤维增强树脂基复合材料的制备及性能研究的开题报告一、研究背景和意义纤维增强树脂基复合材料 (Fiber Reinforced Polymer Composites, FRP Composites) 具有高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀、轻量化等优异性能,因而在航空航天、汽车、建筑、民用、军事等领域得到广泛应用。
纤维增强树脂基复合材料的研制是一种重要的新材料开发方向。
PBO (Poly(p-phenylene benzobisoxazole)) 纤维是最具有强度和模量的材料之一,也是目前市场上最先进的高强度、高模量技术纤维。
PBO纤维具有高强度、高模量、阻燃、耐热性好、耐腐蚀、抗紫外线、耐疲劳等卓越性能,已被广泛应用于高温、高强度和防护等领域。
PBO纤维与树脂基体复合材料中,能够发挥纤维增强和增加复合材料的强度、模量、热稳定性等优异性能。
本文旨在研制 PBO纤维增强树脂基复合材料,研究其制备工艺,评估其力学性能和热稳定性能,以期为广大使用者提供一种新型高性能材料。
二、研究内容和方法本文将采用热固性树脂为基体,PBO纤维为增强体,采用手层叠工艺制备 PBO纤维增强树脂基复合材料,研究不同PBO纤维含量下的复合材料的制备工艺优化和力学性能表现,探讨纤维含量和力学性能之间的关系。
同时,利用热重分析、差热分析和红外光谱等手段对复合材料的热稳定性能进行评估,研究不同温度下的热性能表现和热分解动力学机理。
三、预期研究结果本研究将研究 PBO纤维增强树脂基复合材料的制备工艺及其力学性能和热稳定性能,预计得到以下几方面的研究结果:1. 研究不同PBO纤维含量下的复合材料的制备工艺优化,确定最佳纤维含量和制备工艺。
2. 评估 PBO纤维增强树脂基复合材料的力学性能,研究纤维含量和力学性能之间的关系,探讨其在高强度和高刚度方面的应用潜力。
3. 评估 PBO纤维增强树脂基复合材料的热稳定性能,研究不同温度下的热性能表现和热分解动力学机理,探讨其在高温环境下的应用潜力。
纤维增强树脂基复合材料的制备工艺一、引言纤维增强树脂基复合材料是一种结构性材料,具有高强度、高刚度、轻质化等优点,广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
本文将介绍纤维增强树脂基复合材料的制备工艺。
二、纤维增强树脂基复合材料的组成纤维增强树脂基复合材料由纤维和树脂组成。
其中,纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等;树脂可以是环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。
三、制备工艺1. 玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备工艺(1)预处理:将玻璃纤维切割成所需长度,然后进行表面处理,去除油污和灰尘。
(2)涂覆:将环氧树脂涂覆在玻璃纤维表面,使其充分浸润。
(3)层数叠加:将涂覆好树脂的玻璃纤维层叠加在一起,形成所需厚度。
(4)热固化:将叠加好的玻璃纤维和树脂放入模具中,进行热固化处理,使其成型。
(5)后处理:将成型后的复合材料进行修整、打磨等后处理工艺,使其达到所需尺寸和表面光洁度。
2. 碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料的制备工艺(1)预处理:将碳纤维切割成所需长度,然后进行表面处理,去除油污和灰尘。
(2)涂覆:将聚酰亚胺树脂涂覆在碳纤维表面,使其充分浸润。
(3)层数叠加:将涂覆好树脂的碳纤维层叠加在一起,形成所需厚度。
(4)热固化:将叠加好的碳纤维和树脂放入模具中,在高温高压下进行热固化处理,使其成型。
(5)后处理:将成型后的复合材料进行修整、打磨等后处理工艺,使其达到所需尺寸和表面光洁度。
四、结论纤维增强树脂基复合材料的制备工艺包括预处理、涂覆、层数叠加、热固化和后处理等步骤。
不同的纤维和树脂需要采用不同的制备工艺。
制备出的复合材料具有高强度、高刚度、轻质化等优点,在航空航天、汽车工业、体育器材等领域有广泛应用前景。
高性能纤维增强复合材料的制备与表征高性能纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Composites,FRC)是一类具有优异力学性能的材料,广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
本文将介绍高性能纤维增强复合材料的制备方法和表征技术,以及未来的发展趋势。
第一节:纤维增强复合材料的制备方法高性能纤维增强复合材料的制备过程主要包括纤维的预处理、树脂基体的灌注和固化以及复合材料的成型。
其中,纤维的预处理是关键步骤之一。
在纤维的表面进行各种表面处理,如去除杂质、增加粗糙度和改善附着力,能够提高纤维与树脂基体间的界面结合强度。
树脂基体的灌注和固化是通过浸润法、真空浸渍法或树脂传导法实现的。
不同方法的选择取决于纤维的种类、形状和复合材料的要求。
成型主要包括手工纺机械制、涂覆、真空吸气成型和自动化生产线等多种方式。
第二节:纤维增强复合材料的表征技术1.力学性能测试:用于评估纤维增强复合材料的力学性能,如拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性等。
常用的测试方法包括拉伸试验、弯曲试验和冲击试验。
2.显微结构观察:通过光学显微镜、扫描电子显微镜等观察纤维和基体的界面结合情况、纤维分布和孔洞情况等。
这对于了解复合材料的结构性能和研发具有重要意义。
3.热学性能测试:用于评估纤维增强复合材料的热膨胀性、导热性和热稳定性等。
差示扫描量热仪、热重分析仪和热导率测试仪是常用的测试设备。
4.尺寸稳定性测试:通过温湿环境和循环温湿试验,评估纤维增强复合材料在各种工作环境下的尺寸变化情况,确保其稳定性和可靠性。
第三节:高性能纤维增强复合材料的发展趋势1.纳米增强技术:通过添加纳米颗粒,可以显著改善纤维增强复合材料的力学性能和耐热性能。
目前,纳米陶瓷颗粒、碳纳米管和石墨烯等被广泛研究,并取得了许多重要进展。
2.多相复合材料的研发:通过利用不同材料的互补优势,构建多相纤维增强复合材料,以提高材料的综合性能。
如纤维增强陶瓷基复合材料、纤维增强金属基复合材料等。
纤维增强树脂基复合材料的制备工艺(一)纤维增强树脂基复合材料的制备工艺简介纤维增强树脂基复合材料是一种常见的工程材料,具有轻质、高强度、高模量、良好的防腐性等特点,广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
本文将介绍其主要制备工艺。
原材料准备制备纤维增强树脂基复合材料的主要材料包括树脂、增强纤维和添加剂。
其中,树脂一般选择环氧树脂、聚酯树脂或酚醛树脂等;增强纤维可选择碳纤维、玻璃纤维等;添加剂包括固化剂、助剂等。
制备工艺预处理首先,将增强纤维剪裁成所需的尺寸,然后进行预处理。
预处理包括去除纤维表面的杂质、涂覆分散剂等步骤,以提高树脂的渗透性和纤维与树脂的结合力。
近干法制备在近干法制备中,先将树脂和固化剂按一定比例混合。
然后,将预处理后的增强纤维逐层压放在模具内,并将树脂混合料均匀涂布于纤维上,直至最后一层纤维。
最后,将模具放入高温高压的加热器中,使树脂固化。
涂覆法制备在涂覆法制备中,先将树脂和固化剂按一定比例混合。
然后,将预处理后的增强纤维放在滚涂机上,在涂布机器的作用下,将树脂混合料均匀涂布于纤维上。
最后,将涂布后的增强纤维烘干,使其固化。
结语纤维增强树脂基复合材料制备工艺繁多,具体制备过程会根据不同的复合材料种类、用途、性能要求而有所不同。
需要在实践中不断摸索。
质量控制在纤维增强树脂基复合材料的制备过程中,需要对质量进行严格的控制,以保证最终产品的性能达到要求。
主要控制点包括:•材料的选择和检验:注意材料的选择和质量,确保符合要求。
•工艺参数的控制:包括涂布厚度、固化时间和温度等工艺参数的控制,通过实验确定最佳的工艺参数。
•质量检验:纤维增强树脂基复合材料的质量检验包括外观检查、尺寸精度、强度和硬度等性能的检测。
应用纤维增强树脂基复合材料在航空、汽车、建筑等领域中的应用广泛。
例如:•航空:应用于飞机的机身、尾椎、翅膀等,能够减轻重量、提高强度和硬度。
•汽车:应用于车身和发动机罩等部件,使汽车具有更好的车体刚性、噪音隔绝和燃油经济性。
单向纤维增强树脂基复合材料的制备及表征一.实验目的1. 掌握手糊模压法制备单向碳纤维增强环氧树脂复合材料的工艺技术。
2. 学会利用电子万能实验机表征材料的层间剪切强度等力学性能的测试方法。
二.实验原理碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度.高比模量.导电.传热.减震.耐腐蚀.耐疲劳等一系列优异性能,被广泛地用作复合材料的增强体,以发挥其优异的性能。
碳纤维作为复合材料的增强体,除了在航空航天领域.国防军事领域和体育休闲用品具有广泛的应用外,在汽车构件.风力发电叶片.建筑加固材料.增强塑料.钻井平台等领域的应用也正在兴起。
与此同时,碳纤维在压力容器.医疗器械.海洋开发.新能源等领域的应用还有待开发。
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是以碳纤维为增强材料,合成树脂为基体材料,通过各种成型工艺复合而成的一种新型结构材料。
CFRP是目前最先进的复合材料之一,它主要具有以下优点而被广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料凝胶渗透色谱(平均分子量以及分子量分布).j基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(分子量).核磁共振波谱(氢位移)等;②以多乙烯多胺为起始剂.接枝POEO的聚醚的分析与表征,包括傅里叶变换红外光谱(-CONH-的N-H键的弯曲振动峰.C-N键的伸缩振动峰.C=O的伸缩振动等).凝胶渗透色谱(平均分子量以及分子量分布).基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(分子量).核磁共振波谱(氢位移)等。
(三)表面活性.界面活性和破乳性能①以四乙烯五胺为起始剂的两嵌段聚醚大分子在水溶液中的表面活性。
采用滴体积法测定两嵌段聚醚大分子水溶液的表面张力,测定温度(25.0±0.1)℃。
②以多乙烯多胺为起始剂的两嵌段聚醚大分子在水溶液中的表面活性。
同上③两嵌段聚醚在油水界面的界面活性。
界面活性采用旋转液滴法测定两种胡混溶流体的界面张力(γ),其计算公式如式(72-3)和式(72-4)。
④两嵌段聚醚的破乳性能(Ⅰ)参照标准脱水率试验方法为中国石油天然气行业SY/T5281-2000《原有破乳剂使用性能检测方法(瓶试法)》及中国海洋石油总公司企业标准Q/HS2020-2004,破乳条件参照油田产出液处理过程条件。
单向纤维增强树脂基复合材料的制备及表征
一.实验目的
1. 掌握手糊模压法制备单向碳纤维增强环氧树脂复合材料的工艺技术。
2. 学会利用电子万能实验机表征材料的层间剪切强度等力学性能的测试方法。
二.实验原理
碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度.高比模量.导电.传热.减震.耐腐蚀.耐疲劳等一系列优异性能,被广泛地用作复合材料的增强体,以发挥其优异的性能。
碳纤维作为复合材料的增强体,除了在航空航天领域.国防军事领域和体育休闲用品具有广泛的应用外,在汽车构件.风力发电叶片.建筑加固材料.增强塑料.钻井平台等领域的应用也正在兴起。
与此同时,碳纤维在压力容器.医疗器械.海洋开发.新能源等领域的应用还有待开发。
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是以碳纤维为增强材料,合成树脂为基体材料,通过各种成型工艺复合而成的一种新型结构材料。
CFRP是目前最先进的复合材料之一,它主要具有以下优点而被广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料
凝胶渗透色谱(平均分子量以及分子量分布).j基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(分子量).核磁共振波谱(氢位移)等;
②以多乙烯多胺为起始剂.接枝POEO的聚醚的分析与表征,包括傅里叶变换红外光谱(-CONH-的N-H键的弯曲振动峰.C-N键的伸缩振动峰.C=O的伸缩振动等).凝胶渗透色谱(平均分子量以及分子量分布).基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(分子量).核磁共振波谱(氢位移)等。
(三)表面活性.界面活性和破乳性能
①以四乙烯五胺为起始剂的两嵌段聚醚大分子在水溶液中的表面活性。
采用滴体积法测定两嵌段聚醚大分子水溶液的表面张力,测定温度(25.0±0.1)℃。
②以多乙烯多胺为起始剂的两嵌段聚醚大分子在水溶液中的表面活性。
同上
③两嵌段聚醚在油水界面的界面活性。
界面活性采用旋转液滴法测定两种胡混溶流体的界面张力(γ),其计算公式如式(72-3)和式(72-4)。
④两嵌段聚醚的破乳性能
(Ⅰ)参照标准脱水率试验方法为中国石油天然气行业SY/T5281-2000《原有破乳剂使用性能检测方法(瓶试法)》及中国海洋石油总公司企业标准Q/HS2020-2004,破乳条件参照油田产出液处理过程条件。
(Ⅱ)W/O原油乳状液的配制于45℃恒温水浴预热后,在50℃.转速为800~1000r·min-1的条件下,将污水分次缓慢加入某油田综合脱水.脱汽油样中,按1:1的质量比混合,机械搅拌2h。
通知染色法或滤纸法测定乳状液类型。
(Ⅲ)实验过程将原油乳状液样品导入脱水试瓶中,在55-60℃下将其预热15min。
向试瓶中注入原油破乳剂溶液,采用机械振荡或人工振荡法进行振荡。
机械振荡法为旋紧瓶盖后将试瓶迅速放置在振荡机上,震荡0.5~5min并充分混匀,取下脱水试瓶,松动瓶盖,将试瓶置于恒温水浴中静置沉降。
人工振荡法是将脱水瓶颠倒2 ~5次,缓慢松动瓶盖放气后,重新旋紧瓶盖,采用手工方式直接振荡,或将试瓶放置在人工振荡箱内,水平振荡50~200次,振幅大于20cm。
充分混合均匀后,松动瓶盖,并将脱水试瓶置于65~70℃的恒温水浴中静置沉降。
记录不同时间的脱出水量,并与终止沉降时观察污水颜色和油水界面状况。
脱
出污水含油量按照SY/T5329-94测定,其净化油含水率按照ANSI/ASTMD4006-2007测定。
(Ⅳ)原油破乳剂脱水率计算公式
2.参考以四乙烯五胺为起始剂的嵌段聚醚的制备步骤设计多乙烯多胺接枝POEO嵌聚醚的制备步骤。
3.对以多乙烯多胺为起始剂的嵌段聚醚的产量和产率进行讨论。
六.设计与研究内容
石油是一种不可再生的重要资源和优质能源,对一个国家的国民经济建设和国防都有着重要的作用。
随着工业的迅速发展,对石油的需求量越来越大,为了满足世界对石油的日益增长的需要,提高石油采收率.充分利用有限的石油资源,具有特别重要的意义。
与充分利用有限的石油资源.提高石油采收率密切相关的问题是原油乳化体系的稳定性研究和高效原油破乳剂的合成。
学生可以通过两嵌段聚醚大分子的合成.调研文献.设计实验方案.性能评价,最终了解破乳剂在油水界面的作用规律。
1.在实验过程中对于PO和EO的比例应该如何设计,与最终聚醚产物的水溶性.亲水疏水性质有什么关系。
2.以四乙烯五胺为起始剂的两嵌段聚醚大分子的分子结构是什么样的,画出大分子的结构简图。
3.两嵌段聚醚大分子在油水界面的作用规律是怎样的。
油水作用机制与此类大分子的破乳性能有什么关系。