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先进树脂基复合材料研究进展摘要：本文介绍了颗粒增强、无机盐晶须增强、光固化等类型的树脂基复合材料，亦指出热固性、环氧树脂基复合材料，并简述了制备方法和新技术的应用。
关键词：树脂基复合材料，颗粒增强，无机盐晶须增强，光固化，制备方法，新技术ADVANCE THE RESEARCH OF POLYMER MATRIX COMPOSITESABSTRACT: The particulate reinforced、inorganic salt whisker, light-cured of resin matrix composites were introduced in this paper,the thermosetting and thermoplastic resin matrix composites was also show in the paper.This paper also discussed the application of new preparation method and technology.Keywords: resin matrix composites,particulate reinforced,inorganic salt whisker, light-cured,preparation method,new technology先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成，并具有明显优于原组分性能的一类新型材料。
目前航空航天领域广泛应用的先进树脂基复合材料主要包括高性能连续纤维增强环氧、双马和聚酞亚胺基复合材料[1]。
树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料[2]。
用复合材料设计的航空结构可实现20％一30％的结构减重；复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性，能提高飞机结构的使用寿命，降低飞机结构的全寿命成本；复合材料结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本。
复合材料表面处理方法综述专业：材料科学与工程学号：2012000186姓名：杨彪摘要：界面是复合材料极为重要的微观结构,它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。
复合材料的界面层及其优化设计，即复合材料界面工程，是复合材料研究的一个重要领域。
界面问题，在复合材料制备中起很大的作用，界面结合的好坏，直接影响复合材料的整体性能。
现针对国内外增强树脂用玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维的表面处理方法，以强调界面问题的重要性。
关键词：界面，玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维Abstract：The interface is the microscopic structure of the composite material is extremely important, as a "bridge" to enhance and matrix connected, have a crucial impact on the physical and mechanical properties of the composites. The composite interface layer and its optimized design, the composite interface engineering, is an important area of research in the composite. Interface problems play a significant role in the preparation of composite materials, the interface combine the good and bad, a direct impact on the overall performance of the composite material. Now for domestic and reinforced resin with glass fibers, carbon fibers and aramid fibers of the surface treatment method, emphasizing the importance of the problem of the interface. Keywords: interface, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber1 前言界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有重要的影响[1]。
- 64 -工 业 技 术随着碳纤维增强热固性复合材料应用的日益成熟，碳纤维增强热塑性复合材料也逐步从航空航天领域走向工业机械、高端医疗、轨道交通、电子电器等多种民用领域。
与传统的热固性碳纤维复材相比，热塑性复合材料具有高韧性、高抗冲击和损伤容限、无限预浸料存储期、成型周期短、可回收利用、易修复等显著特征，具备环保、高效及高性能优势。
该文就分别以碳纤维增强聚醚醚酮、碳纤维增强热塑性聚酰亚胺、碳纤维增强聚苯硫醚这3种复合材料介绍碳纤维增强热塑性复合材料的性能优势，并结合生产和应用实际，重点介绍连续性碳纤维增强聚醚醚酮复合材料在骨外科医疗领域中的性能表现。
１ 几种典型的碳纤维增强热塑性复合材料的性能优势１．１ 碳纤维增强聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）复合材料的性能优势聚醚醚酮刚性高、尺寸稳定性好、线膨胀系数小、能承受极大的应力，不会由于时间的延长而产生明显的延伸，而且其密度小，加工性能好，适用于对精细度要求高的部件。
聚醚醚酮本身就是热塑性树脂中耐热性较好的一种，长期的工作温度甚至能达到250℃，在这样的高温环境下，其力学性能基本不受影响。
不过，碳纤维材料的加入可以进一步提升聚醚醚酮材料的性能，尤其是强度、刚性和耐磨性等方面，对于制品的整体使用寿命也有明显的延长作用。
相关实验证明，碳纤维材料的占比在25%~30%时，以聚醚醚酮为基体的复合材料的耐磨性有显著提高。
另外，使用碳纤维增强的聚醚醚酮复合材料与传统的金属材料相比，至少可以减重70％以上，目前国内主要应用于骨科医疗器械，对耐高温、耐磨性要求较高的高端工业领域来说也是理想的制作材料。
１．２ 碳纤维增强热塑性聚酰亚胺（ＴＰＩ）复合材料的性能优势热塑性聚酰亚胺材料在热稳定性、抗冲击性、抗辐射性和耐溶剂性能等方面都表现突出，在高温、高低压和高速等极端环境下，这种材料展现出优异的耐摩擦耐磨损性能。
采用碳纤维进行增强后，可进一步提高这类材料的应用性能，扩大其应用范围。
解析树脂基复合材料的性能及其有效应用树脂基复合材料是一种由树脂基体和增强材料组成的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
下面将从力学性能、热性能、电性能和耐腐蚀性能四个方面，对树脂基复合材料的性能进行解析，并探讨其有效应用。
树脂基复合材料的力学性能主要表现为高强度和高刚度。
增强材料如纤维增强材料、碳纤维增强材料等可以有效地提高复合材料的强度。
树脂基体具有良好的黏合性和韧性，可以起到连接和吸能的作用。
树脂基复合材料具有优异的耐疲劳性能和抗冲击性能，可以在复杂的工作环境下长时间稳定工作。
树脂基复合材料的电性能表现为优异的电绝缘性能和耐电弧性能。
树脂基体具有良好的绝缘性能，可以在高电压下保持绝缘性能。
树脂基复合材料可具有较高的耐电弧性能，可用于高压开关设备等需要承受高电弧能力的场合。
树脂基复合材料的耐腐蚀性能主要表现为耐化学腐蚀和耐湿环境腐蚀。
树脂基体具有良好的耐化学腐蚀性能，可以在酸、碱等腐蚀性介质中长时间稳定工作。
树脂基复合材料还具有较好的耐湿环境腐蚀性能，可以在潮湿环境中长期使用。
树脂基复合材料的有效应用包括航空航天、汽车工业、电子工业等多个领域。
在航空航天领域，树脂基复合材料常用于制造飞机机身、发动机零部件等，在减轻重量、提高强度和刚度方面具有显著效果。
在汽车工业领域，树脂基复合材料可用于制造汽车车身、零部件等，可以提高车辆的燃油效率和安全性能。
在电子工业领域，树脂基复合材料可用于制造电子封装材料、电路板等，可以提供良好的绝缘和导热性能。
树脂基复合材料具有优异的性能，包括高强度、高刚度、低热导率、良好的电绝缘性能、耐化学腐蚀性能等。
在航空航天、汽车工业、电子工业等领域有着广泛的应用前景，可以有效提高产品的性能和降低产品的重量。
工 程 塑 料 应 用ENGINEERING PLASTICS APPLICATION第50卷，第1期
2022年1月Vol.50，No.1
Jan. 202272
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2022.01.013碳纤维增强聚苯硫醚复合材料结晶结构与性能调控
赵乐，陆承志，王少飞，杨雪勤，骆佳美，阳泽濠，刘勇，张辉(东华大学材料科学与工程学院，上海 201620)
摘要：使用碳纤维斜纹布与聚苯硫醚(PPS)薄膜通过热压成型制备了碳纤维增强PPS (PPS/CF)复合材料层压板，通过在保温保压过程中设置不同的等温结晶温度，对复合材料中PPS结晶结构进行调控，系统讨论了不同等温结晶温度下，PPS结晶度及晶粒尺寸对PPS/CF复合材料力学性能的影响。使用X射线衍射仪观察了复合材料中PPS的晶体结构，通过场发射扫描电子显微镜观察了复合材料的微观形貌，并利用动态机械分析测试探究了复合材料的黏弹性与PPS晶体结构之间的关系。结果表明，当等温结晶温度为230℃时，复合材料中PPS在保持较小晶粒尺寸的同时结晶度高达46.58%，此时复合材料具有良好的强度、刚性和界面粘结强度，其弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别达到709 MPa，81.9 GPa和23.8 MPa。关键词：聚苯硫醚/碳纤维复合材料；等温结晶；结晶度；晶粒尺寸；力学性能中图分类号：TQ324.8 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2022)01-0072-06
Control of Crystal Structure and Performances of Carbon Fiber Reinforced Polyphenylene Sulfide CompositeZhao Le， Lu Chengzhi， Wang Shaofei， Yang Xueqin， Luo Jiamei， Yang Zehao， Liu Yong， Zhang Hui(College of Material Science and Engineering， Donghua University， Shanghai 201620， China)Abstract：Using carbon fiber twill cloth and polyphenylene sulfide (PPS) film，a carbon fiber reinforced PPS (PPS/CF) com-posite laminate was prepared by thermocompression molding. The crystallization structure of PPS in the composite was controlled by setting different isothermal crystallization temperatures during thermal insulation and pressure holding. Under different isothermal crystallization temperatures，the effects of PPS crystallinity and grain size on the mechanical properties of PPS/CF composite were systematically discussed. The crystal structure of the PPS in the composite was observed with an X-ray diffractometer，the micro-scopic morphology of the composite was observed with a field emission scanning electron microscope，and the relationship between the viscoelasticity of the composite material and the crystal structure of PPS was explored using dynamic thermodynamic testing. The research results show that when the isothermal crystallization temperature is 230℃，the PPS in the composite maintains a small crystal grain size while the crystallinity is as high as 46.58%. Under this condition，the composite has good strength，rigidity and in-terfacial bonding strength，and its flexural strength，flexural modulus and interlaminar shear strength reach 709 MPa，81.9 GPa and 23.8 MPa，respectively.Keywords：polyphenylene sulfide/carbon fiber composite；isothermal crystallization；crystallinity；grain size；mechanical property
碳纤维复合材料（CFRP）在汽车轻量化中的应用作者：孙少杰来源：《粘接》2022年第07期摘要：针对传统汽车在制造过程中存在的高油耗、质量大、安全性低等问题，采用将碳纤维复合材料（CFRP）应用于汽车零部件制造过程的方式，并结合计算机辅助工程（CAE）对汽车进行结构优化，可有效根据汽车的不同结构及用途灵活的对产品进行设计及加工成型，有利于最大限度的减轻汽车整体质量，利用碳纤维复合材料超高的自身频率及吸收震动能量，使该材料的震动阻尼系数不断增高，在汽车遭受冲击时，碳纤维复合材料可有效吸收冲击能量，提高驾驶人员的安全性。
将该材料应用于汽车生产领域，可实现降低油耗、减少排放的目的。
关键词：碳纤维复合材料;CFRP;汽车轻量化;发展趋势中图分类号：TQ342+.742 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0076-04Application of Carbon Fiber Reinforced Polymer （CFRP）in automotive lightweightSUN Shaojie（School of Automotive Engineer， Shanxi College of Communication Technology， Xi'an 710018， China）Abstract：In view of conventional cars in the manufacturing process of high fuel consumption，low quality， safety problem， Carbon Fiber Reinforced Polymer （CFRP） was applied to auto parts manufacturing process， and connecting with the Computer Aided Engineering （CAE） for structural optimization about cars， which can effectively design and proceed according to thedifferent structure and usage with flexibility of the car. It is beneficial to reduce the overall mass of the car to the maximum extent. The vibration damping coefficient of the material is continuously increased by using the super high frequency of the carbon fiber composite material and absorption of vibration energy. When the car is impacted， the carbon fiber composite material can effectively absorb the impact energy and improve the safety of the driver. The application of the material in automobile production canreach the aim of reducing fuel consumption and emissions.Key words：carbon fiber composites; CFRP; automotive lightweight; development trend隨着我国经济的不断发展，汽车工业领域的规模越来越大，人们对于汽车的需求也越来越高。
先进树脂基复合材料技术发展及应用现状一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，先进树脂基复合材料作为一种高性能、轻质、高强度的材料，已经在航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在对先进树脂基复合材料技术的发展历程进行深入剖析，并探讨其在各个领域的应用现状。
通过对国内外相关研究的综述，本文将总结先进树脂基复合材料技术的发展趋势，以及面临的挑战和机遇，以期为推动该领域的技术进步和产业发展提供参考。
在文章的结构上，本文首先将对先进树脂基复合材料的定义、分类及特点进行阐述，为后续的研究奠定理论基础。
接着，文章将回顾先进树脂基复合材料技术的发展历程，分析其在不同历史阶段的主要特点和成就。
在此基础上，文章将重点探讨先进树脂基复合材料在各个领域的应用现状，包括航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等。
文章还将关注先进树脂基复合材料技术在实际应用中面临的挑战，如成本、性能优化、环保等问题，并提出相应的解决方案。
文章将展望先进树脂基复合材料技术的发展前景，探讨其在未来可能的发展趋势和创新点。
通过对先进树脂基复合材料技术的深入研究和分析，本文旨在为相关领域的科研人员、工程师和管理者提供有益的参考和启示，推动先进树脂基复合材料技术的持续发展和创新。
二、先进树脂基复合材料技术的发展先进树脂基复合材料技术的发展经历了从简单的层压复合材料到高性能、多功能复合材料的演变。
近年来，随着科技的不断进步，该领域取得了显著的突破和进展。
树脂体系的创新：树脂作为复合材料的基体，其性能直接影响着复合材料的整体性能。
传统的树脂体系如环氧树脂、酚醛树脂等，虽然在很多领域有广泛应用，但随着性能要求的提升，新型树脂体系如聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等逐渐崭露头角。
这些新型树脂具有更高的热稳定性、更低的介电常数和介电损耗，以及更好的机械性能，为先进树脂基复合材料的发展提供了强大的支撑。
增强材料的多样化：增强材料是复合材料中的关键组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的力学性能和功能特性。
复合材料层合结构抗冲击性能研究进展石南南2,亢志宽1>2*,王利辉,王小娟2,赵卓(1.北京工业大学建筑工程学院，北京100124； 2.北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京100124)摘要：层压复合材料因具有良好的综合力学性能，被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。
综述了四类复合材料层合结构的抗冲击性能，包括纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料。
总结了国内外复合材料层合结构抗冲击性能的研究现状，分析四类常见复合材料层合结构的抗冲击特性。
结合复合材料层合结构抗冲击性能的研究进展，对未来复合材料层合结构在抗冲击方面的应用进行了展望。
关键词：复合材料；抗冲击性能；层合结构；堆叠顺序；功能梯度中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)02-0115-08层压复合材料由于具有良好的耐腐蚀、抗疲劳及良好的材料和结构可设计性等因素被广泛用于工业民用、建筑桥梁、军事等结构中。
然而，复合材料层合结构使用过程中，若受到冲击损伤，其内部会产生微观损伤，从而会严重影响复合材料层合板的剩余强度、耐久性及稳定性［1］。
因此，许多学者对层压复合材料在抗冲击性能方面进行了深入的研究。
通过整理相关文献,将常见的层压复合材料大致分成了纤维增强复合材料、混杂纤维增强复合材料、仿生复合材料和功能梯度复合材料四类。
纤维增强复合材料层合板［2］有很多优良特性,如比强度高、可设计性强等，被用于土木工程、军事、船舶等多个领域，纤维增强复合材料层合板还可以进一步分为碳纤维复合材料层合板［3］、玻璃纤维复合材料层合板［4］、芳纶纤维复合材料层合板［5］等。
混杂纤维增强复合材料板［6］是具有多种纤维特性的复合材料。
仿生复合材料层合板是根据生物材料的组分或堆叠顺序等因素而设计的。
生物材料融合了许多特性,高性能的轻质材料由相对较弱和普通的成分制成，是进化发展的结果［7,8］o功能梯度复合材料层合板［10］是组成元素不断变化的新型材料，具有更轻、更坚固、抗冲击性能更强等突出优点。
连续纤维增强热塑性复合材料连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）是一种新型的高性能复合材料，由热塑性树脂基体和连续纤维增强材料组成。
它具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐热、耐磨、抗冲击等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域有着广泛的应用前景。
首先，连续纤维增强热塑性复合材料的制备工艺是关键。
制备工艺包括预浸料制备、层叠成型、热压成型等步骤。
预浸料制备是将纤维材料浸渍于热塑性树脂中，使其充分浸透，然后进行层叠成型，即将预浸料层叠在一起，形成所需的厚度和形状。
最后，通过热压成型，将层叠好的预浸料在一定的温度和压力下进行成型，使其固化成为连续纤维增强热塑性复合材料。
其次，CFRTP的性能主要取决于纤维增强材料的类型和树脂基体的性能。
常见的纤维增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，它们各自具有不同的特点和适用范围。
而树脂基体的选择也至关重要，不同的树脂基体具有不同的耐热性、耐化学腐蚀性、加工性等特点，对最终复合材料的性能有着直接的影响。
此外，CFRTP的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，CFRTP可以用于制造飞机机身、机翼、航天器外壳等部件，由于其重量轻、强度高的特点，可以大幅减轻飞机的自重，提高飞行性能。
在汽车领域，CFRTP可以用于制造汽车车身、底盘等部件，能够提高汽车的燃油经济性和安全性。
在建筑领域，CFRTP可以用于制造高强度、耐久性好的建筑材料，提高建筑物的抗震性和使用寿命。
总的来说，连续纤维增强热塑性复合材料具有广阔的发展前景和应用前景，但是在实际应用中仍然存在一些挑战，如成本较高、大规模生产难度大等。
因此，需要在材料制备工艺、材料性能改进、成本降低等方面进行进一步的研究和探索，以推动连续纤维增强热塑性复合材料的广泛应用和推广。
Ｉ Ｉ ｌ９ｆ ｊ ｑ ９年１２月
ｑ《ｊ？ ｆ ６（ ） 纤维复合材料 ＦＩＢＥＲ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ Ｏ．４ １
Ｄｅｃ．，１９９９
基础研究 ① 碳纤维增强树脂基复合材料
抗冲击性能的改进方法 张宝艳 陈祥宝李萍 （北京航空材料研究院，１０００９５） Ｔ ｆ；２ ７、岁
摘 耍 本文描述了影响碳纤维增强热固性树脂基复合材料（ＣＦＲＣ）抗冲击性能的主要因素，评 述了各种提高ＣＦＲＣ冲击后的剩余压缩强度（ｃＡＩ）的技术措施，着重强调了几种主要的技术方法。 关键词碳纤维增强复合材料，抗冲击性能，韧性
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｎ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＣＦＲＣ）ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｆｔｅｒ ｉｍｐａｃｔ（ＣＡＩ）ｏｆ ＣＦＲＣ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｅｍｐｈａｔｉ— ｃａｌｌｙ．
先进树脂基复合材料以轻质、高比强度、高比模 量及性能可设计性等成为发展中的高技术材料。在航 空领域内，碳纤维增强热固性树脂基复合材料（ＣＦＲＣ） 已广泛地应用。但是，ＣＦＲＣ在遭受冲击后容易引起损 伤，比如在制备、装配和使用等过程中遭受的低速冲 击，这类冲击在材料表面虽引起的损伤较小。甚至往 往观测不到．但在材料内部却引起了较严重的分层， 并引起复合材料力学性能较大幅度地降低，尤其是冲 击后的剩余压缩强度（ＣＡＩ）明显降低，复合材料的抗 冲击损伤和损伤容限愈来愈成为其结构应用中两个非 常关键问题。优良的韧性是保证ＣＦＲＣ广泛应用和发展 的关键。目前，国际上愈来愈倾向把ＣＡＩ作为表征树 脂基复合材料韧性的决定性指标。实际上，ＣＡＩ是抗冲 击损伤和损伤容限两个独立现象的联合效应。 影响复合材料ＣＡＩ值的因素很多，因此改善复合 材料抗冲击性能的措施很多。Ｋｉｍ等Ｉ ｔ】总结了目前改善 各种通用复合材料断裂韧性的重要措施，ＣａｎｔｗｅｌｌＩ｝ 等对复合材料的冲击损伤和ＣＡＩ等从不同的角度进行 了深入的描述。归纳起来，提高ＣＦＲＣ抗冲击性能的各 种技术措施基本上都是围绕树脂基体、碳纤维增强体 种类与性质、纤维与基体的界面以及层间相等四个方 面展开。本文的目的就是针对影响ＣＡＩ的各种因素，来 了解提高ＣＦＲＣ抗冲击韧性的各种技术方法。
１树脂基体 树脂基复合材料抗低速冲击能力在很大程度上取 决于树脂的韧性。在冲击事件发生时，树脂具有发生 大塑性形变能力对于获得高抗损伤能力是非常必要的。 对于热固性树脂基体来说，其增韧改１生的基本措施非 常相近，主要有以下方法。 １．１降低交联密度 复合材料工作者多数通过改进已有树脂体系的化 学结构以达到增韧改性的目的，如增加柔性结构成分 或降低交联密度等，对于环氧和双马等先进复合材料 树脂基体来说，降低交联密度仍是提高韧性的有效手
维普资讯 http://www.cqvip.com 纤维复合材料 段之一。一般来说，随着交联点间分子量的增加，往 往引起体系耐热性和刚性降低。提高损伤容限和耐热 性能，但不牺牲某些性质，如玻璃化温度和模量等是 许多树脂改性的重要目标。交联密度主要通过加入二 官能度组分而降低，较高的玻璃化温度需引入刚性聚 合物骨架成分以获取，这两种作用效果相反，因此在 韧性和玻璃化温度间须平衡。Ｂｒａｖｅｎｃｅｃ等ＩｊＩ通过建立 个轻度交联热固性树脂（ＬＣＴ）结构提供韧性，但不 明显降低最终使用温度。 １．２翻备微观两相或多相结构树脂 研究表明，微观两相结构（或多相结构）对提高 热固性树脂基体及复合材料的韧性非常有利，产生微 观两相结构的措施主要有： ①橡胶增韧热固性树脂 通过添加橡胶增韧改性环氧树脂等已有大量的研 究报道。但由于各体系的复杂性以及采用工艺方法等 不同，所提出的增韧机理有所差异，有的甚至完全相 反。多数研究认为，橡胶增韧改性热固性树脂的主要 机理为银纹和剪切屈服。但Ｂｕｃｋｎａｌ１等 ｌ提出了异议， 其提供的一ＴＥＭ图虽给出了环氧中的银纹形纤维状结 构，但没能证明大量银纹存在。 橡胶的化学结构、端基活性、分子量大小以及颗 粒大小等对增韧改性的效果有重要影响，常用的改性 橡胶有端羧丁腈橡胶（ＣＴＢＮ）、端羟丁腈橡胶（ＨＴＢＮ） 和聚丙烯腈（ＰＡ ）等。一般认为，橡胶与基体发生微 相分离，含活性端羟基以及较高的分子量等有利于提 高树脂基体的韧性。Ｓｕｌ ｔａｎ和ＭｃＧｒａｙ等 ｌ发现橡胶 颗粒小于０．１ ｕｍ时不能增韧环氧，而较大颗粒ｌ卜 ２２ｕｍ）的橡胶可使Ｇ…成倍增长。 近年来，出现了不少通过种子乳液聚合来合成乳 胶粒子并增韧环氧等热固性树脂的研究：９－Ｉｉ￣ｌ。这种具 有核壳结构的粒子可没计性强，并且粒子大小、粒径 分布和官能团种类等便于控制，易于考察增韧机理并 且也具有良好的增韧效果。 总体上讲，橡胶改性热固性树脂具有良好的增韧 效果，但由于橡胶的耐热性较低，往往引起改性基体 及复合材料耐热性的降低。 ②热塑性树晦（ＴＰ）改性Ｉｌ１－１６ｌ 由于橡胶增韧往往会使树脂体系的耐热性和模量 降低。近年来，人们开始研究用耐热性高而本身又具 有一定延展性的ＴＰ来改性环氧和双马树脂。通过这一 方法，可在基本上不降低树脂力学性能的前提下实现 增韧。目前国内外采用的１－Ｐ品种主要有聚苯并咪唑 （ＰＢ］）、聚醚砜（ＰＥＳ）、聚醚酰亚胺（Ｕ１ｔｅｍ）和聚海 因（Ｐｌｔ）等。为明确增韧实质，国内外许多学者正致 力于ＴＰ增韧机理研究，主要结果如下：一是银纹剪切 带机理，概括地说，增韧剂的加入改变了热固性树脂 的聚集态结构，形成了宏观上均匀而微观上两相的结 构，这种结构可有效地引发银纹和剪切带，使材料发 生较大的形变，由于银纹和剪切带的协同效应和增韧 剂颗粒对裂纹的阻碍作用，阻止裂纹的进一步扩展， 使材料在破坏前消耗更多的能量，使韧性提高，在ＴＰ 改性环氧树脂体系中，Ｒｅｃｈｅｒ等 观测到与多相结构 有关的树脂韧性的极大值：二是半互穿网络【ｓ—ＩＰＮ） １． ｕｌ，当ＴＰ的用量较大时，通过控制固化条件和相畴 尺寸等因素，使增韧剂连续贯穿于热固性树脂网络之 中，由于二者相互贯穿，两相之间分散性 良好，相界 面大，又能保持良好的耐化学性和尺寸稳定性，达到 韧性和耐热性的良好统一，如牌号ｌｔＧ９１０７的改性ＢＭＩ 树脂就是一种ｓ—ＩＰ 树脂¨ ｉ。 高性能１Ｐ 已经成为航空、国防、电子和自动材 料领域的越来越引起重视的研究项目。Ｉ Ｐ 方法的一 个研究目标是把一个易加工但呈脆性的热固性聚合物 和一个韧性但加工困难的ＴＰ合并。这种合并可有效地 发展大量高性能Ｓ—ＩＰＮ，其既具有热固性树脂的加工 方法又具有ＴＰ的良好韧性 。ＰＭＲ一１５聚酰亚胺树脂 是具有高强度和刚度的热固性树脂，但韧性低和抗裂 纹能力差。传统增韧ＰＩ的方法是在Ｐ１链上引进柔性侧 基．结果是韧性提高但Ｔｇ降低。ＰａｔｅｒＩ ｌ提出采用热 固脆性易加工ＰＩ和韧性难加工热塑性Ｐ Ｉ混合合成Ｓ— ＩＰ＼，产物具有良好的韧性但没有明 失Ｔｇ和工艺 性。 ＴＰ改性后复合材料体系的层间断裂韧性和损伤容 限可得到明显改进，但通常以损失预浸料工艺性为代 价。另外，ＴＰ增韧热固性树脂的增韧机理目前还不十 分明确．有人提出裂纹钥‘锚机制、共聚机制和桥联约 束敬虚等㈩。ＴＰ主链结构、端基活性和分子量大小等 对树脂体系的形态及复合材料性质的影响等尚待进一 步研究。 需要说明的是，有些橡胶或ＴＰ改性热固性树脂体 系，并没有发现其具有明显的两相结构，但仍有良好 的增韧效果，这主要是由于所加入的ＴＰ或橡胶与基体 完全互溶，它们的加入相当于提高了交联点间的分子 量，从而起到降低交联密度而提高韧性的效果。 ③混杂改性 添加刚性颗粒填料可使环氧等体系的韧性有较明 显的提高。常用颗粒填料包括铝粉、碳化硅、二氧化 硅、玻璃粉和ＴＰ粉等 ｉ这类刚性颗粒在基体中可引发
维普资讯 http://www.cqvip.com ４期 张宝绝等：碳纤维增强树脂基复合材料抗冲击性能的改进方法 应力集中，提高剪切屈服。尽管橡胶和刚性颗粒都能 促进基体剪切屈服，但前者的增韧效果通常更好些 Ｉ。 Ｇａｒｃｉａ等｛１８１提出采用混杂复合材料技术提高连续纤维 增强复合材料受基体控制的性质。在此技术中，颗粒、 晶须或微纤等在预浸前加入基体树脂中，例如，添加 ２％体积含量ＳｉＣ晶须的沥青纤维／环氧／ｓｉｃ混杂复合 材料的横向拉伸强度和延伸率得到了明显的提高，当 ｓｉ ｃ晶须的含量为４％时，复合材料的抗边缘分层能力 也得到了提高。然而，在晶须一树脂预浸过程中造成 的纤维损伤明显降低了平面内纤维所控制的性能。 Ｊａｎｇ等Ｉ １９．圳发现加入颗粒或陶瓷晶须的混杂复合材料 的抗冲击能力有明显的提高。
１．３树脂含量 除树脂的结构与性能对ＣＦＲＣ的Ｃ／＼Ｉ值有影响外， 研究认为，树脂含量的多少也会对复合材料的ｃ． 值 产生影响，以某一改性ＢＭＩ／Ｔ３００复合材料体系为例， 树脂含量对该体系ＣＡＩ值的影响见表１ｊ ２１ ｒ。树脂含量对 复合材料的ＣＡＩ值影响较大，树脂含量太高或太低对 提高ｃＡ１值不利，一般认为树脂体积含量为３７％左右时 可获得较高的ＣＡＩ值。 表１ 钳膳含量对改性Ｂｌｆ／Ｔ３００复合材料ＣＡＩ值的影响 树脂体积含量（ ） ３２—３６ ３７一，１０ ４０—４ｊ １８５ ２１Ｊ １９＿ ｝ｔ－．：成型工艺：１５０。ｃ／２ｍ－］ｓｏ。Ｃ／２ｈ＋２００￣Ｃ／４－６ｈ；成型压力为０． ．ＢｌＰａ ２ 增强体的类型与性质 ２．１单向碳纤维的种类与性质 对于航空用ＣＦＲＣ来说，所采用的纤维品种十分有 限，国内常用的纤维主要有碳纤维Ｔ３００、ＡＳ４和Ｔ８００ 等，最近也采用ＴＩＯ００和ＴＴＯ０等，并且都来源于进口。 纤维增强体的结构和性能对复合材料的抗冲击性能有 较大的影响。在给定的冲击能量条件下．韧性纤维所 具有的较高吸收能量能力导致了较少的纤维断裂和较 高的剩余强度，纤维初始断裂引起的第二个基体分裂 的可能性降低，使复合材料的剩余压缩强度提高。 改性ＢＭＩ树脂５４２８与Ｔ３００、１、７００和Ｔ８００形成的 复合材料ｃ１＼】值见表２。很明显，５４２８／Ｔ７００复合材料 的ＣＡＩ最高，５４２８／Ｔ８００次之。这主要是由于ＴＴＯ０碳 纤维的韧性最好（其延伸率最高），而Ｔ８００碳纤维的 韧性又高于Ｔ３００。但是，碳纤维的力学性能和纤维单 丝的直径大小等对复合材料的性能也有所影响．从理 论上分析，纤维单丝的直径太小，复合材料在遭受压 缩作用时易发生失稳现象。另外，纤维种类的改变，一 方面意味着纤维的结构和性质发生变化，另一方面也 意味着树脂基体与纤维增强体之间的界面性质将有所 变化。 表２碳纤维种类对ＢＩＩＩ复合材料ＣＡＩ值的影响 碳纤维种类 ｃ、Ｉ ｌ ＭＰａ ２３ Ｏ ２ ６ ０ ２ ４２ ２．２ 混杂纤维增强体【２２－３０】 在碳纤维／环氧复合材料体系中混入高韧性纤维 可大大提高其抗冲击性能。影响混杂纤维复合材料冲 击性能的主要因素包括：①每种纤维的体积含量；② 叠层顺序与取向；③纤维和树脂的相关性质；④层间 强度； 孔隙或其它缺陷 很多研究Ｉ ｔ 通过采用玻璃、／＼ｒａｍｉ ｄ、ｋｅｖｌａｒ、聚 酯和尼龙纤维混杂的方法来提高ＣＦＲＣ的冲击性能。最 近研究发现高强度ＰＥ纤维可明显提高碳纤维／环氧复 合材料吸收冲击能量的能力 Ｉ。随着高延展性轻质 的超高分子量ＰＥ纤维的发展，在脆性碳纤维中混杂Ｐｆ！ 纤维得到了广泛的研究。 ＪａｎｇＩ ’ 旨出，吸收能和最大载荷随ＰＥ纤维含量的 增加而增大。除了在相对高速和低温下进行冲击．没 有发现含有三层以上ＰＥ纤维织物的叠层板被冲穿。混 杂纤维复合材料叠层板的抗冲穿性能受纤维的强度和 延展性控制ｃ含有铬酸处理过的ＰＥ纤维复合材料强度 比未处理的复合材料低很多，特别是在高冲击能时更 明显。在给定的冲击能量水平下，处理过的纤维比未 处理的纤维易遭受更大的局部损伤，这反过来对叠层 板携带载荷的能力具有有害影响。堆叠顺序也是一个 很重要的参数：苫不考虑载荷方向，非对称混杂构形 式比交替铺叠形式具有较好的吸收能量和忍受冲击载 荷的能力。当所有的碳纤维层放在冲击表面而ＰＥ纤维 层放在背面时、可获得最高的能量吸收 ｝。 在设计提高抗冲击性能时，必须考虑混杂对复合 材料其他性能存在的潜在影响。如ＰＥ纤维的耐热性较 低（１ＯＯ Ｃ左右），ＰＥ纤维一基体之间过好的界面粘接 对提高冲击性能有害等。另外，混杂纤维技术给复合 材料的成型工艺带来一定的麻烦。
