环氧树脂基碳纤维复合材料的界面设计与性能
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环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺摘要:本论文主要研究了环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺,该工艺在航空航天、汽车工业、船舶制造等领域具有广泛应用。
通过分析环氧树脂与碳纤维材料的特性,研究了有机结合工艺对增强材料性能和结构强度的影响。
本文以实验方法为主,通过制备不同配比的环氧树脂基复合材料样品,并进行机械性能测试、热性能分析、微观结构观察等实验,验证了有机结合工艺对材料性能的改善效果。
结果表明,环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺能够显著提高复合材料的强度、刚度以及抗热性能,进而提高整体结构的耐久性和可靠性。
本研究对于推动环保材料的发展和应用具有重要意义。
关键词:环氧树脂,碳纤维,有机结合工艺,复合材料,机械性能,热性能1.引言随着科学技术的不断发展,高性能复合材料在各个领域扮演着越来越重要的角色。
环氧树脂和碳纤维作为两种重要的材料,具有优异的性能和应用潜力,二者的有机结合工艺成为研究的热点之一。
2.材料特性分析2.1环氧树脂的特性环氧树脂是一种由环氧基团组成的聚合物,具有许多独特的特性,使其成为许多应用领域中广泛使用的材料。
以下是环氧树脂的一些主要特性:1. 高强度和刚性:环氧树脂具有出色的强度和刚性特性,使其成为制造轻量化结构的理想选择。
它能够承受较大的负荷和应力,使其适用于航空航天、汽车和船舶制造等应用。
2. 良好的耐化学性:环氧树脂对许多化学品具有较好的耐性,包括酸、碱、溶剂和腐蚀性物质。
这使得环氧树脂可以承受各种恶劣环境条件下的应力和腐蚀。
3. 良好的电绝缘性:环氧树脂具有良好的电绝缘性能,可以阻止电流的流动。
因此,它在电子和电气领域中广泛应用,用于绝缘、封装和保护电子元件。
2.2碳纤维的特性碳纤维主要由碳元素组成,具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向,因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。
碳纤维的密度小,因此比强度和比模量高。
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究摘要碳纤维环氧树脂复合材料具有轻质、高强度和优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、汽车和能源等领域。
本文旨在研究碳纤维环氧树脂复合材料的制备方法以及其性能研究。
首先介绍了碳纤维和环氧树脂的基本概念,然后阐述了碳纤维环氧树脂复合材料的制备工艺,包括预浸料制备、成型工艺和固化过程。
接着,对碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能、热性能和耐腐蚀性进行了研究,分析了其影响因素和优缺点。
最后,对碳纤维环氧树脂复合材料的未来发展进行了展望。
1. 碳纤维和环氧树脂的基本概念1.1 碳纤维碳纤维是由碳元素为主要成分的纤维材料,具有轻质、高强度和高模量的特点。
其制备过程包括原料选择、纤维拉伸、炭化和后处理等步骤。
1.2 环氧树脂环氧树脂是一种具有交联结构的聚合物材料,具有优异的机械性能和化学稳定性。
其制备过程包括单体合成、聚合和固化等步骤。
2. 碳纤维环氧树脂复合材料的制备工艺2.1 预浸料制备预浸料是碳纤维环氧树脂复合材料制备的关键步骤之一。
其制备过程包括树脂调制、纤维浸润和固化等步骤。
2.2 成型工艺成型工艺是碳纤维环氧树脂复合材料制备的关键步骤之一。
常见的成型工艺包括手工层叠、自动化层叠和压缩成型等方法。
2.3 固化过程固化过程是碳纤维环氧树脂复合材料制备的关键步骤之一。
常见的固化方法包括热固化和光固化等。
3. 碳纤维环氧树脂复合材料的性能研究3.1 力学性能碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能受到纤维取向、纤维体积分数和树脂固化度等因素的影响。
常见的力学性能包括强度、弹性模量和断裂韧性等。
3.2 热性能碳纤维环氧树脂复合材料具有良好的耐高温性能和导热性能。
其热性能受到树脂体系、纤维体积分数和纤维取向等因素的影响。
3.3 耐腐蚀性碳纤维环氧树脂复合材料的耐腐蚀性能受到介质环境、表面涂层和纤维保护等因素的影响。
常见的腐蚀介质包括酸、碱和溶剂等。
4. 碳纤维环氧树脂复合材料的发展趋势碳纤维环氧树脂复合材料在航空航天、汽车、能源和体育器材等领域有着广阔的应用前景。
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究摘要:碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有出色的力学性能和优异的耐腐蚀性能,因此在许多领域广泛应用。
本研究使用真空浸渍工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其力学性能进行了详细研究。
结果表明,制备过程中的浸渍时间、浸渍压力和固化温度对复合材料的力学性能有显著影响。
1. 引言碳纤维增强环氧树脂基复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
其具有轻质、高强度、高模量、优异的耐腐蚀性能等特点,因此在替代传统金属材料方面具有巨大潜力。
本研究旨在通过真空浸渍工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其力学性能进行评估和分析。
2. 实验方法2.1 材料准备碳纤维和环氧树脂材料被选作本实验的主要原料。
碳纤维具有优良的力学性能和导电性能,是制备复合材料的理想选择。
环氧树脂具有良好的粘接性能和化学稳定性,可以作为基体材料。
同时,活性固化剂和助剂用于提高复合材料的性能。
2.2 制备过程(1)将环氧树脂均匀涂布在碳纤维上;(2)将涂布好的碳纤维经过真空排气处理;(3)将预处理好的碳纤维进行真空浸渍;(4)浸渍后的碳纤维进行固化过程。
2.3 力学性能测试采用传统的拉伸试验和冲击试验评估复合材料的力学性能。
拉伸试验用于评估复合材料的拉伸强度、弹性模量和断裂应变,冲击试验用于评估复合材料的冲击强度。
3. 结果与讨论3.1 浸渍时间通过改变浸渍时间,研究了浸渍时间对复合材料力学性能的影响。
结果表明,随着浸渍时间的增加,复合材料的拉伸强度和弹性模量呈增加趋势,但当浸渍时间过长时,力学性能开始下降。
这是由于过长的浸渍时间导致材料内部产生孔隙和缺陷。
3.2 浸渍压力通过改变浸渍压力,研究了浸渍压力对复合材料力学性能的影响。
结果显示,随着浸渍压力的增加,复合材料的强度和韧性都得到了提高。
这是由于高压可以更好地填充碳纤维与环氧树脂之间的空隙,提高界面的粘合强度。
碳纤维表面和界面性能研究及评价一、本文概述碳纤维作为一种高性能的新型材料,因其独特的力学、热学和电学性能,在众多领域如航空航天、汽车制造、体育器材等中得到了广泛应用。
碳纤维的优异性能在很大程度上取决于其表面和界面的特性,因此,对碳纤维表面和界面性能的研究及评价具有非常重要的意义。
本文旨在全面深入地探讨碳纤维表面和界面的性能,包括表面形貌、化学结构、物理性质等方面,并通过对这些性能的评价,为碳纤维的制备、改性和应用提供理论依据。
文章将概述碳纤维的基本特性及其应用领域,然后重点介绍碳纤维表面和界面的性能研究方法,包括表面形貌观察、化学结构分析、物理性能测试等。
在此基础上,文章将评价不同表面处理方法和界面改性技术对碳纤维性能的影响,以期为提高碳纤维的综合性能和应用效果提供指导。
通过本文的研究,我们期望能够更深入地理解碳纤维表面和界面的性能特点,为碳纤维的进一步发展和应用提供有力支持。
也希望本文的研究成果能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、碳纤维表面性能研究碳纤维作为一种高性能的新型材料,其表面性能对其整体性能和应用领域具有重要影响。
因此,对碳纤维表面性能的研究成为了材料科学领域的一个研究热点。
碳纤维表面性能主要包括表面形貌、表面化学结构、表面能等方面。
表面形貌是指碳纤维表面的微观结构和粗糙度,它直接影响到碳纤维与基体之间的界面结合强度。
通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等表征手段,可以观察到碳纤维表面的微观形貌,从而评估其表面质量。
表面化学结构是指碳纤维表面的官能团和化学键合状态,它决定了碳纤维的润湿性和与基体的相容性。
通过射线光电子能谱(PS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等分析技术,可以揭示碳纤维表面的化学结构,为改善其界面性能提供理论依据。
表面能是指碳纤维表面单位面积上的自由能,它反映了碳纤维与液体或气体的相互作用能力。
表面能的大小直接影响到碳纤维的浸润性和粘附性。
E51环氧树脂基碳纤维复合材料力学性能研究段国晨;赵景丽;赵伟超【摘要】以2种碳纤维为原料制成E51环氧树脂基碳纤维复合材料,研究了复合材料的力学性能,结果表明,C-1107碳纤维布增强的树脂复合材料拉伸性能明显优异,平均拉伸强度达到599.52 MPa,平均拉伸模量达到66 728.89 MPa.而A100碳纤维布增强的环氧树脂层间剪切强度稍高,平均层间剪切强度达到45.96 MPa.【期刊名称】《粘接》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】3页(P42-44)【关键词】环氧树脂;拉伸性能;层间剪切强度;E51【作者】段国晨;赵景丽;赵伟超【作者单位】西安爱生技术集团公司,西工大无人机所,陕西西安710075;西安爱生技术集团公司,西工大无人机所,陕西西安710075;西安爱生技术集团公司,西工大无人机所,陕西西安710075【正文语种】中文【中图分类】TQ050.4+3环氧树脂与碳纤维复合是中小型无人机常采用的结构材料,其复合材料的制造常用的是手糊玻璃钢成型工艺,又称为接触成型工艺。
将树脂和固化剂、稀释剂等按一定配比配置,在一定时间内湿润碳纤维织物,交替在模具表面铺贴,经过一定的温度、时间、压力固化之后即可得到需要的玻璃钢产品。
此工艺方法不受产品尺寸和形状限制,成本低,投资少,见效快。
针对不同无人机的结构强度要求,本研究采用E51型的环氧树脂,选用C-1107和A100 2种碳纤维制备无人机使用的复合材料,研究了该复合材料的力学性能,取得较好的研究成果。
1 实验部分1.1 主要原材料环氧树脂,E51,工业级,蓝星新材料无锡树脂厂;固化剂,A-50,工业级,淮安市兴淮固化化工研究所;邻苯二甲酸二丁酯,化学纯,西安化学试剂厂;碳纤维布,C-1107,江苏天鸟高新技术股份有限公司;碳纤维布,A100,宜兴市宜泰碳纤维织造有限公司;脱模剂,PASTE WIZ,美国AIRTECH公司。
1.2 仪器及设备微机控制电子万能试验机,UTM4304,深圳三思纵横科技股份有限公司;电子天平,FA2104,上海精密仪器有限公司。
碳纤维环氧树脂复合材料碳纤维环氧树脂复合材料是一种高性能、轻质、高强度的材料,具有广泛的应用前景。
它由碳纤维和环氧树脂组成,具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育器材等领域。
下面将就碳纤维环氧树脂复合材料的制备工艺、性能特点和应用前景进行介绍。
首先,碳纤维环氧树脂复合材料的制备工艺包括预浸料制备、层叠成型、固化成型等步骤。
在预浸料制备中,需要将碳纤维与环氧树脂进行预浸,使得碳纤维充分浸润于环氧树脂中,以提高复合材料的力学性能。
在层叠成型过程中,需要将预浸料层叠成型,使得碳纤维的取向和层间结构得以优化。
最后,在固化成型过程中,需要对层叠好的预浸料进行固化处理,以形成最终的碳纤维环氧树脂复合材料。
其次,碳纤维环氧树脂复合材料具有优异的性能特点。
首先,它具有高强度和高模量,能够满足高强度、高刚度的要求。
其次,它具有优异的耐腐蚀性能和耐磨损性能,能够在恶劣环境下长期稳定工作。
此外,碳纤维环氧树脂复合材料还具有良好的耐高温性能和耐疲劳性能,能够满足高温、高载荷下的工作要求。
最后,碳纤维环氧树脂复合材料具有广泛的应用前景。
在航空航天领域,它可以用于制造飞机、航天器的结构件,以减轻重量、提高飞行性能。
在汽车领域,它可以用于制造汽车车身、底盘等部件,以提高汽车的安全性和燃油经济性。
在建筑领域,它可以用于制造建筑结构件,以提高建筑的抗震性能和耐久性。
在体育器材领域,它可以用于制造运动器材,如高尔夫球杆、网球拍等,以提高器材的性能和使用寿命。
综上所述,碳纤维环氧树脂复合材料具有制备工艺简单、性能优异、应用前景广阔的特点,是一种具有重要应用价值的新型材料,将在未来得到更广泛的应用和推广。
高强度碳纤维增强树脂基复合材料的制备与性能研究复合材料是由两种或更多种不同的材料组合而成的材料。
在复合材料中,各种材料的性能可以相互补充,从而形成更优异的材料性能。
碳纤维增强树脂基复合材料是当前应用最广泛的复合材料之一。
这种材料具有高强度、高刚度、轻质、耐腐蚀等优点,适用于航空航天、汽车、体育、建筑等领域。
本文将从材料制备和性能研究两个方面,介绍高强度碳纤维增强树脂基复合材料的研究进展。
一、材料制备1.树脂基体的选择树脂是复合材料的基础组成部分,树脂基体的选择对于复合材料的性能至关重要。
在碳纤维增强树脂基复合材料中,通常采用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚醚酮树脂等作为基体材料。
不同的树脂基体有着不同的特点。
环氧树脂具有高强度、耐热、耐化学腐蚀等特点;不饱和聚酯树脂具有良好的成型性、低成本等优点;聚醚酮树脂具有高温耐受性能好等特点。
因此,在实际应用中,应根据具体要求选择适合的树脂基体。
2.碳纤维的制备碳纤维是碳纤维增强树脂基复合材料中的加强组件。
通常采用聚丙烯腈(PAN)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等方法制备碳纤维。
其中,PAN法是最主要的制备方法之一。
PAN法可将聚合物纤维经氧化、碳化等工艺变成高强度、高模量、低密度、低膨胀系数的碳纤维。
3.碳纤维增强树脂基复合材料的制备将碳纤维与树脂基体复合,形成碳纤维增强树脂基复合材料。
制备方法包括手工层叠法、模塑法、压缩成型法等。
手工层叠法是最早采用的方法,简单易行,但缺点是加工难度大、生产效率低。
模塑法采用母模和子模,通过压缩成型的方式得到所需的材料形状。
压缩成型法则是把材料放入模具中,通过热压缩或者热水喷淋成型。
二、性能研究1.强度高强度是碳纤维增强树脂基复合材料的主要优点之一。
其强度可达到2000MPa 及以上。
高强度使得碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天、汽车、体育等领域的应用得以实现。
2.刚度碳纤维增强树脂基复合材料的刚度是传统材料的10倍左右。
增强环氧树脂与碳纤维界面结合的助剂增强环氧树脂与碳纤维界面结合的助剂在复合材料领域中起着重要的作用。
复合材料由于其具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀和耐高温等优异性能而被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等许多领域。
而复合材料的性能取决于树脂基体与纤维的界面结合强度,因此增强环氧树脂与碳纤维界面结合的助剂的研发对于进一步提高复合材料的性能具有重要意义。
增强环氧树脂与碳纤维界面结合的助剂主要包括胶粘剂、表面处理剂和界面活性剂等。
胶粘剂是一种能够增强环氧树脂与碳纤维之间的结合力的物质。
常见的胶粘剂有环氧树脂胶水和聚氨酯胶水等。
这些胶粘剂能够填充碳纤维与环氧树脂之间的微小间隙,提供更好的结合接触面积,从而提高界面结合强度。
表面处理剂是一种能够改善碳纤维表面性能的物质。
碳纤维表面具有很高的化学活性,易与氧、水等物质发生反应,形成氧化层和羟基。
表面处理剂能够与碳纤维表面的氧化层和羟基发生化学反应,形成化学键,增加碳纤维表面的亲水性和活性,从而提高碳纤维与环氧树脂的黏附性。
界面活性剂是一种能够降低碳纤维表面能量的物质。
碳纤维表面能量高、导致界面能量不匹配,导致界面剪切强度低。
界面活性剂能够与碳纤维表面形成分子结构,形成分子间力,使界面能量降低,增加界面粘接强度。
增强环氧树脂与碳纤维界面结合的助剂在应用中需要根据具体的复合材料系统进行选择。
根据不同的复合材料系统,选择合适的助剂能够获得更好的界面结合性能。
同时,增强环氧树脂与碳纤维界面的结合性能还受到多种因素的影响,如碳纤维表面形态、纤维预处理等。
因此,在选择助剂的同时,还需要综合考虑其他因素。
总之,增强环氧树脂与碳纤维界面结合的助剂在复合材料领域中具有重要意义。
通过选择合适的胶粘剂、表面处理剂和界面活性剂等助剂,可以改善碳纤维与环氧树脂的界面结合性能,提高复合材料的力学性能和耐久性。
随着技术的不断进步,研发更先进的助剂将进一步促进增强环氧树脂与碳纤维界面结合的发展,推动复合材料技术的进一步应用和发展。
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当代化工研究ModeF/i Chemical Research49 2020・11基础研究碳纤维_环氧树脂界面性能分析*韩建伟(江苏泰特尔新材料科技有限公司江苏225400)摘要:文章以碳纤维-环氧树脂材料为研究对象,围绕材料界面的材料因素展开研究,通过对界面成分的分析,利用微脱黏实验测定纤维与树脂界面的粘接强度,以分析研究碳纤维-环氧树脂界面性能。
关键词:碳纤维-环氧树脂;界面性能中图分类号:T文献标识码:AAnalysis of Interfacial Properties of Carbon Fiber-Epoxy ResinHan Jianwei(Jiangsu Taitel New Materials Technology Co.,Ltd.,Jiangsu,225400)Abstracts In this paper,carbon fiber-epoxy resin material is taken as the research object,and the material f actors of t he material interface are studied.Through the analysis of t he interface composition,the bonding strength between the f iber and the resin interface is determined by micro-debonding experiment,so as to analyze and study the interface p erformance of c arbon f iber-epoxy resin.Key words:carbon f iber-epoxy resin;interface p erformance碳纤维一环氧树脂的界面性能是影响纤维与树脂体性能是否能有效发挥的关键因素,在土木工程的应用环境中,碳纤维-环氧树脂会不可避免的受到各种恶劣环境的影响,因而导致该材料长期耐久性劣化,因此研究改材料界面性能十分必要,通过研究发现改材料界面性能的不足,找出改善该复合材料界面性能的方法,实现碳纤维-环氧树脂在相关领域的高效化应用。
碳纤维复合材料树脂基复合材料性能力学性能是材料最重要的性能。
树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点,用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能,而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料,在制造和使用过程中,也必须考虑其力学性能,以保证产品的质量和使用寿命。
1、树脂基复合材料的刚度树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。
树脂基复合材料的力学研究表明,对于宏观均匀的树脂基复合材料,弹性特性复合是一种混合效应,表现为各种形式的混合律,它是组分材料刚性在某种意义上的平均,界面缺陷对它作用不是明显。
由于制造工艺、随机因素的影响,在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性,残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。
此外,纤维(粒子)的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。
但总体而言,树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。
对于树脂基复合材料的层合结构,基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形,使得刚度分析变得复杂。
另一方面,也可以通过对单层的弹性常数(包括弹性模量和泊松比)进行设计,进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计,以适应不同场合的应用要求。
2、树脂基复合材料的强度材料的强度首先和破坏联系在一起。
树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程,且破坏模式复杂。
各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响,均有街于具体深入研究。
树脂基复合材强度的复合是一种协同效应,从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。
对于最简单的情形,即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究,还不够成熟。
单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等,轴向压缩问题比拉伸问题复杂。
其破坏机理也与拉伸不同,它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。
实验得知:单向树脂基复合材料在轴向压缩下,碳纤维是剪切破坏的;凯芙拉(Kevlar)纤维的破坏模式是扭结;玻璃纤维一般是弯曲破坏。
cc复合材料
CC复合材料是由碳纤维和环氧树脂基体组成的一种复合材料。
碳纤维具有轻质、高强度、高模量等优异性能,而环氧树脂基体具有良好的化学稳定性和粘结性能,因此CC复合材料具有
优异的综合性能。
首先,CC复合材料具有轻质高强度的特点。
碳纤维的比重很轻,约为铁的1/4,铝的1/3,因此制成的CC复合材料也非常轻,可大幅度减轻结构的自重。
同时,碳纤维具有很高的拉伸强度和模量,能够有效抵抗外部载荷产生的拉伸变形和断裂,具有很好的抗拉强度和耐久性。
其次,CC复合材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
碳纤维具
有较高的熔点和耐高温性能,可在高温环境下维持较好的力学性能。
同时,环氧树脂基体具有优异的耐腐蚀性能,能够抵抗酸、碱、溶剂等多种腐蚀介质的侵蚀,使得CC复合材料在恶
劣环境中具有良好的耐久性。
此外,CC复合材料还具有良好的尺寸稳定性和复杂形状加工性。
由于碳纤维的线热膨胀系数较低,具有很好的尺寸稳定性,能够在温度变化范围内保持较好的尺寸精度。
同时,CC复合
材料可以通过热压成型、树脂浸渍、自动化编织等工艺加工成复杂形状的零件,具有灵活性和可塑性。
最后,CC复合材料还具有良好的疲劳性能和冲击韧性。
碳纤
维的高强度和高模量使得CC复合材料具有较高的疲劳寿命,
能够在长期循环荷载下保持良好的性能。
而环氧树脂的粘结性
能能够有效吸收和分散冲击荷载,并且具有较好的抗冲击韧性。
综上所述,CC复合材料具有轻质高强度、耐热耐腐蚀、尺寸
稳定性和复杂形状加工性、疲劳性能和冲击韧性等优异的性能。
在航天航空、汽车制造、体育用品等领域具有广泛的应用前景。
环氧树脂碳纤维复合材料孔隙率你知道环氧树脂碳纤维复合材料吗?听起来像个高大上的名词,是吧?但其实它是目前在航空航天、汽车、运动器材等领域非常重要的材料。
简单来说,它是由环氧树脂和碳纤维这两种材料组合而成的复合材料。
环氧树脂就像个强力胶,粘住碳纤维,而碳纤维则为材料提供强度和刚性。
两者一结合,简直就像“铁打的身板加上一层软绵绵的保护膜”,看似轻便,但结实到让人叹为观止。
不过,要说的重点是,咱今天聊的不是这些看得见的强度和韧性,而是它的一项“隐秘”属性——孔隙率。
孔隙率,这个名词听起来是不是有点抽象?别担心,我来给你解释一下。
打个比方,想象你在吃一个松饼。
松饼表面看着挺紧实,但你一掰开,哎哟,里面满是小孔,空气穿插其间,松松的。
这些小孔,显然不是什么好东西,它们让松饼没那么扎实。
对于环氧树脂碳纤维复合材料来说,孔隙率就相当于是这些松饼里的小孔。
它们是制造过程中形成的空气缝隙或者微小空洞,看不见摸不着,却能大大影响复合材料的质量、性能和成本。
孔隙率的高低直接决定了复合材料的强度和耐久性。
高孔隙率就意味着材料中有太多的空隙,结果就是“空有其表”,强度和耐久性都大打折扣。
比如说,如果咱们把环氧树脂碳纤维复合材料比作一个“硬汉”,那高孔隙率就像他肚子里藏着好多“虚弱的空洞”,在压力面前不堪一击。
而低孔隙率,情况就好得多,材料紧密,整体结构更为坚固,拿得住大风大浪。
换句话说,低孔隙率就像一个肌肉男,身体里没有多余的空隙,纯粹是强悍的“肌肉组织”,每一寸都是实打实的力量。
再说了,这个孔隙率到底有多重要呢?举个简单的例子,如果你打算用环氧树脂碳纤维复合材料做飞机零件,那孔隙率可是个不得不注意的指标。
如果孔隙率过高,飞机零件的强度不够,可能会导致飞机的稳定性差,甚至发生安全隐患。
你想,飞在空中的飞机万一掉下来,谁负责?所以,控制孔隙率是制造复合材料时的一个重要环节。
只有在孔隙率合适的情况下,复合材料才能在保持轻便的同时,保持足够的强度。
环氧树脂基/碳纤维复合材料的界面设计与性能针对航空航天用复合材料高性能、低成本化的迫切需求,为解决树脂基复合材料脆性较大、抗冲击韧性差等问题,以高粘度的环氧树脂(EP)和疏松多孔的膨胀石墨(EG)为原料,采用三辊研磨技术(TRM)连续剥离膨胀石墨获得纵横比大的纳米石墨烯片(GNPs),再将经过剥离后的GNPs和EP混合液通过固化制度进行加热固化得到纳米石墨烯片原位强化环氧树脂基/碳纤维复合材料,并采用
熔盐法制备的功能化粒镁铝尖晶石(MA)对CF进行改性,然后进一步制备得到高性能GNPs-EP/MA-CF复合材料。
主要研究结果如下:(1)以疏松多孔的EG作为原料,在EP介质中通过TRM技术进行连续剥离,得到在EP中均匀混合的剥离产物,利用XRD、SEM和HRTEM对剥离产物结构、表面形貌、片层数及厚度进行表征。
结果表明,剥离的产物为厚度4-20 nm、平均纵横比可达400-1200的GNPs。
(2)将剥离得到的GNPs均匀分散在EP中制备形成GNPs/EP复合材料,利用
TG-DTA和SEM对制备的GNPs/EP复合材料的热稳定性和结构、表面形貌进行表征,对GNPs/EP复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和拉伸模量等机械性能进行测试,结果表明:当膨胀石墨在环氧树脂中的质量比为1%时,此复合材料
的弯曲和拉伸性能最强,相对于纯环氧树脂材料,弯曲强度平均提升31.9%,拉伸
强度平均提升53.4%。
对其吸水率进行测试,含GNPs分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%所制备的GNPs/EP 复合材料都有稳定的较低的吸水率,且对比在不同PH只溶液中的吸水率发现酸
碱环境对GNPs/EP材料的影响很小。
(3)将剥离得到的GNPs均匀分散到EP中,再与CF采用铺层法进行复合,通过热压罐进行高温高压固化得到EP/CF复合材料。
利用TG-DTA和SEM对得到的EP/CF复合材料的热稳定性和结构、表面形貌、
进行表征。
结果表明,制备得到的EP/CF复合材料在250℃之前有很好的热稳定性,且CF增强体和EP基体之间有很好浸润性。
并对EP/CF复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和拉伸模量等机械性能进行测试,当EG在环氧树脂中的质量比为1%时,此EP/CF复合材料的弯曲和拉伸性能最强,分别达到了471.21 Mpa和496.37 MPa,相对于不加GNPs的EP/CF 复合材料,弯曲强度平均提升26.1%,拉伸强度平均提升12.01%,总体性能都有提升。
(4)以纳米氧化铝颗粒(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)和氧化镁颗粒(MgO)为原料,通过熔盐法在1150℃下合成了颗粒尺寸为0.1-2μm的八面体镁铝尖晶石(MA)。
将合成的MA对CF进行改性,再通过铺层法与GNPs和EP的混合物进行复合,经过热压罐进行高温高压固化得到GNPs-EP/MA-CF复合材料。
利用SEM对得到的复合材料的结构、表面形貌进行表征,发现GNPs在EP基体中以分散均匀,以薄片形态存在于EP基体中,且没有团聚现象,GNPs和EP基体结合紧密。
CF表面粘附有MA,在EP基体中有着阻止CF拔出的作用。
CF和EP基体之间结合也很紧密,EP基体牢固地粘附在碳纤维表面,之间没有气泡等缺陷。
可知GNPs、CF与EP基体之间都有很好的浸润性,使得制备得到的EP/CF复合材料的性能得以提升。
并对复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度等机械性能进行测试,当EG在EP中的质量比为1 wt.%时,含有1.5 wt.%MA改性的CF 制备得到EP/CF复合材料的试样测试中,弯曲强度和拉伸强度达到了最大,分别为672.43 MPa和513.97MPa,相比MA含量0%样品提升了20.2%和14.6%。
由此可见,通过TRM技术磨剥EG来获得GNPs可行的,并且掺杂EG到EP中可获得比纯EP性能更加优异的复合材料。