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摘要： 将二聚酸(dimer acid,DFA)改性缩水甘油胺类环氧树脂(4,4’-methylenebis(N,Ndiglycidylaniline)/N,N,N’,N’-tetraglycidyl-2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane,TGDDE/TGBAPP),并和其他具有不同黏度的多官能环氧树脂组成环氧树脂预浸料体系,制得了一种适用于热熔膜法制备碳纤维增强环氧树脂预浸料的环氧树脂体系及耐高温碳纤维增强环氧树脂复合材料.研究结果表明:该树脂的适用期达60 d以上,固化物热稳定性达300℃以上;复合材料具有较好的耐热性能,长期使用其耐热温度可达160℃以上,符合高性能碳纤维增强环氧树脂复合材料对耐热性能的要求.
关键词: 碳纤维 ；环氧树脂 ；复合材料 ；耐高温
被引量
9
摘要： 对碳纤维增强树脂复合材料金字塔点阵夹芯假脚结构在竖向载荷下的力学性能进行研究。制备了三种不同相对密度的假脚,并进行了竖向载荷压缩试验。结果表明,相对密度对结构力学性能的影响显著,载荷-位移曲线呈非线性,峰值载荷和刚度值随相对密度的增加而增大,三种相对密度的破坏模式均为节点的失效和面板的皱曲,结构具有一定的能量吸收能力。建立了金字塔点阵夹芯假脚结构的理论强度预报模型,给出了结构在竖向载荷作用下的挠度响应,获得了四种失效模式和临界破坏载荷。对比了理论计算与试验的峰值载荷、破坏模式和挠度,得到较好的一致性。给出假脚结构参数(面板厚度、杆件角度和杆件直径)对破坏模式和破坏临界载荷的影响,并绘制了结构失效机制图。
关键词: 碳纤维增强环氧树脂复合材料 ；点阵夹芯结构 ；力学性能 ；破坏模式 ；强度
被引量
11
摘要： 通过Hummers法获得两种尺寸的氧化石墨烯(GO),利用模压成型制备GO改性碳纤维增强环氧树脂复合材料(GO/CF/EP),并对复合材料进行湿热处理,利用层间剪切性能、动态热机械性能和微观形貌分析室温干态和湿热处理后复合材料的改性效果。结果表明:GO对复合材料的层间剪切强度和玻璃化转变温度均具有良好的改善作用;室温干态时两种尺寸GO对复合材料层间剪切强度的改善效果基本相同;随GO含量增加,小尺寸GO使复合材料的湿热层间剪切强度下降更快,GO含量为0.1%(质量分数,下同)时对复合材料的层间剪切性能改善作用较好,而GO含量为0.2%时对复合材料的玻璃化转变温度改善更好。随GO含量增加,GO-EP复合树脂基体的放热峰向低温移动,小尺寸GO使复合树脂的凝胶时间变短。微观形貌分析表明,GO的存在有利于增加复合材料破坏时的裂纹扩散路径,从而更有助于材料耗散裂纹尖端能量。
关键词: 氧化石墨烯 ；碳纤维 ；环氧树脂 ；界面性能
被引量
8
摘要： 碳纤维增强环氧树脂复合材料-铝合金(CFRP-Al)短柱轻质高强,具有良好延性,在大跨空间结构中具有广阔的应用前景,然而国内外对其受力性能的研究目前几乎处于空白状态。为此,本文对CFRP-Al短柱进行了理论分析、试验研究和数值模拟。推导得到了CFRP-Al短柱的等效工程弹性常数;进行了6根短柱轴压试验,得到了其轴压承载力和破坏模式;根据弹性力学推导得到了试件的荷载-压缩变形曲线,理论曲线与试验曲线吻合良好;建立了两种有限元模型-逐层精细化模型和整体等效简化模型,并将两种数值模型结果与试验结果对比,结果表明,两种数值模型均能很好地模拟CFRP-Al短柱的轴压性能。
关键词: 碳纤维 ；铝合金 ；叠层复合材料 ；理论分析 ；数值模拟 ；力学性能
被引量
7
摘要： 螺纹连接预紧力的长期保持可保证飞行器的服役性能并减小油气泄漏的风险。然而,复材螺纹连接的预紧力受材料蠕变的影响,不可避免地发生预紧力松弛现象。以碳纤维增强环氧树脂复合材料和钛合金普通螺纹紧固件组成的连接结构为研究对象,引入Maxwell和Kelvin串联结构,建立复材蠕变-预紧力松弛理论模型。其中,Maxwell结构由弹性元件和阻尼元件串联构成,Kelvin结构由弹性元件和阻尼元件并联组合。搭建试验系统验证理论模型的有效性,结果表明两者最大相对误差为4.35%。考虑到螺纹预紧力松弛工程化应用的高成本性和难实现性,提出一种利用动态性能退化表征螺纹连接松动的新思路。通过预紧力松弛、接触刚度计算与赋能,以及进行螺纹连接模态仿真与拟合,建立动态性能退化模型。
关键词: 长期服役复材螺纹连接 ；松动失效 ；预紧力松弛 ；动态性能退化
摘要： 采用铺层/热压烧结的方法制备交叉铺层的碳纤维增强环氧树脂复合材料,探究配副材料及载荷对铺层材料摩擦学性能的影响,并探讨复合材料的磨损机制。结果表明:随着载荷的增加,复合材料的摩擦因数逐渐降低,磨损率则逐渐增加;在研究的载荷下,复合材料与轴承钢配副时摩擦因数较低,而与Si_(3)N_(4)和Al_(2)O_(3)陶瓷球配副时润滑性能较差;在低载荷下复合材料与轴承钢配副时磨损率较高,高载荷下则相反。磨损表面形貌分析显示:当施加的载荷较低时,磨损表面形貌主要为犁沟及少量裂纹,磨损机制主要为磨粒磨损;当载荷较高时,高的接触应力使磨损表面产生了大量裂纹并伴随树脂基体脱落,磨损机制由磨粒磨损转变为疲劳磨损。
关键词: 碳纤维复合材料 ；载荷 ；配副材料 ；摩擦学性能
被引量
2
摘要： 为提高碳纤维与环氧树脂的界面结合性能,从而提高复合材料的摩擦学性能,用聚多巴胺和聚乙烯亚胺对碳纤维进行表面修饰,利用光谱分析仪和扫描电子显微镜分析修饰前后碳纤维表面的化学组成和微观结构,利用万能材料试验机和摩擦磨损试验机考察碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能。结果表明:碳纤维经表面处理之后的粗糙程度和活性官能团增多,改善了纤维与树脂之间的界面结合,使得复合材料的弯曲强度和拉伸强度得到不同程度的提高;与未修饰碳纤维增强的环氧树脂复合材料相比,表面修饰碳纤维增强环氧树脂复合材料的耐磨性能得到了很大程度的提高,复合材料的磨损机制也由疲劳磨损转变为磨粒磨损。
关键词: 环氧树脂 ；碳纤维 ；多巴胺 ；聚乙烯亚胺 ；摩擦学性能
被引量
3
摘要： 制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性树脂增韧剂含量,探索增韧剂含量对树脂浇注体拉伸弹性模量的影响规律,并进一步研究增韧剂含量对碳纤维增强环氧树脂基复合材料纵向压缩性能的影响。结果表明,随着树脂基体中增韧剂含量的升高,环氧树脂浇注体拉伸弹性模量降低,其对应碳纤维增强复合材料单向层合板泊松比升高。增韧剂含量对单向复合材料压缩模量的影响不明显,但复合材料纵向压缩强度会随着增韧剂含量的升高而降低。
关键词: 环氧树脂 ；复合材料 ；压缩强度 ；泊松比
被引量
8
摘要： 为研究碳纳米管(CNTs)对碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP复合材料)性能的影响,采用超声共混的方式将CNTs引入到CF/EP复合材料基体体系中,制备CNTs基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP-CNTs复合材料)。对两种复合材料的黏弹性能、热稳定性能、弯曲性能和耐疲劳性能进行测试。结果表明40.0℃时CF/EP-CNTs复合材料的储能模量E′值较CF/EP复合材料提高了16.1 GPa,Tg值略有降低;CF/EP-CNTs复合材料开始热降解的温度较CF/EP复合材料低,热稳定性略有下降;CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度和弯曲模量比CF/EP复合材料分别提高了6.3%和15.9%;经40000次弯曲疲劳后,CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度保持率和弯曲模量保持率高达90.7%和93.8%。
关键词: 碳纤维增强环氧树脂基复合材料 ；碳纳米管 ；基体改性 ；黏弹性能 ；热稳定性能 ；弯曲性能 ；耐疲劳性能
被引量
14
摘要： 基于商用有限元软件ABAQUS,建立了碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)层合板和铝板双搭接胶螺混合连接接头强度预测模型,并进行了仿真分析,同时与试验结果进行对比,探究了此类混合接头在拉伸载荷工况下的失效形式和承载能力。结果表明,拉伸加载过程中,螺栓通过分担部分载荷加强了胶接连接。混合接头的失效形式先表现为胶层的断裂失效,最终表现为层合板孔边挤压失效。利用模型预测的接头承载能力与试验结果的误差为9.7%,具有较好的吻合性。该分析方法能够为复合材料-金属胶螺混合连接的分析和设计提供一定的参考。
关键词: 碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP) ；胶螺混合连接接头 ；有限元分析 ；失效 ；承载力
被引量
37
摘要： 为研究由于材料固化产生的热残余应力对碳纤维增强环氧树脂复合材料横向拉伸性能预测结果的影响,发展了一种基于摄动算法的纤维和孔洞随机分布代表性体积单元(RVE)生成方法,建立更加接近真实材料微观结构的RVE模型。通过施加周期性边界条件,并赋予组分(纤维、基体和界面)材料本构关系,进而实现温度和机械荷载下模型的热残余应力和损伤失效分析。从结果中发现,材料固化过程会在纤维之间产生残余压应力,在模型孔隙周围产生沿加载方向的残余拉应力。所建立不含孔隙RVE模型的失效均是由于界面脱黏引起,材料固化在纤维之间产生的残余压应力会增加模型的预测强度。含有孔隙的RVE模型失效起始于孔隙周围的基体中,而材料固化在模型孔隙周围产生的热残余拉应力对含孔隙RVE模型预测的失效强度有降低作用。对于具有不同孔隙尺寸的RVE模型,模型的失效强度随着孔隙尺寸的增加而不断降低,但是热残余应力减弱了孔隙尺寸对模型预测结果的降低作用。对于具有不同长宽比椭圆形孔隙的RVE模型,热残余应力增加了孔隙长宽比对模型强度的降低作用。
关键词: 孔隙 ；热残余应力 ；复合材料 ；代表性体积单元 ；横向拉伸强度
被引量
19
摘要： 由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明:该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。
关键词: 碳纤维管 ；多胞结构 ；准静态压缩试验 ；破坏模式 ；吸能特性
被引量
7
摘要： 针对现有研究对复合材料多胞结构吸能特性研究的不足,提出了一种由多根小尺寸的单根碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管(Single CFRP tube,SCT)填充进大尺寸碳管组成的多胞填充结构(Multicellular filling structure,MFS),并分别对SCT和MFS进行了单次全行程加载和多次分段加载的准静态压缩,分析了其压缩破坏模式和吸能特性。研究结果表明:MFS最外侧碳管破坏模式与SCT破坏形式相似,且单次全行程压缩与多次分段压缩的破坏模式没有明显区别,但MFS最外侧碳管由于内部碳管及碎屑的挤压呈现出明显的径向变形;相对于单次全行程压缩过程,SCT及MFS多次分段压缩时的总耗能量更多;本次研究的SCT试件最大比吸能为86.0 J/g,最小比吸能为59.3 J/g,然而由于MFS最外侧管件的比吸能低,导致其比吸能在69.8~75.9 J/g之间,小于单管根碳管的最大比吸能,但进一步研究可知,合适的外部约束形式和内部碳管数量可使MFS比吸能高于SCT的最大比吸能。
关键词: CFRP ；轴向压缩 ；复合材料 ；能量吸收 ；破坏模式
被引量
17
摘要： 随着超结构的兴起和发展,力学领域中许多常规材料或结构难以实现的现象正逐渐成为可能。纤维增强复合材料具有优异的力学性能,可满足轻质、高强的结构设计需求。本文结合先进复合材料的性能优势、负泊松比超结构的反常行为,基于碳纤维增强环氧树脂复合材料和典型的内凹构型,采用组合模具经热压成型制备了一种复合材料负泊松比超结构(也称拉胀超结构)。进一步地,通过静动态冲击试验开展了拉胀超结构的变形失效及缓冲吸能行为研究,并进行了有限元分析。结果表明,该型超结构在不同特征方向(包括内凹方向(#1)、内凹垂向(#2)和面外法向(#3))具有不同的承载能力、失效模式和拉胀效应。具体为,#2方向冲击时具有拉胀效应,失效模式以折痕断裂为主;#3方向冲击时并未产生渐进失效,而是从粘接界面处发生冲击分离。相比于准静态情况,该超结构的失效模式发生了转变,使其冲击吸能、比吸能和负泊松比效应均被弱化。未来可进一步设计触发方式和增加填充材料,改善拉胀超结构的缓冲吸能效果,以期应用于冲击防护工程领域。
关键词: 超结构 ；超材料 ；负泊松比 ；拉胀结构 ；碳纤维复合材料(CFRP) ；冲击动力学 ；失效模式
摘要： 聚合物与纤维之间的界面性能对提升复合材料力学性能尤为重要。本文采用异氰酸根(-NCO)封端的聚氨酯(PU)分子对纳米SiO_(2)表面进行改性,同时采用KH550对碳纤维(CF)进行表面改性,利用-NH2与-NCO较高的反应活性,在CF和纳米SiO_(2)粒子间通过PU分子链形成共价键连接。结果显示:PU极性分子链的引入,提高了CF的表面能,使其表面润湿性显著提高。相较于KH550直接接枝纳米粒子的碳纤维(CF-KH550-SiO_(2)),通过PU分子链接枝纳米粒子的碳纤维(CF-KH550-PU-SiO_(2)),其表面能提升23.0%,表面纳米SiO_(2)粒子的接枝率和分散均匀性也明显提升。CF-KH550-PU-SiO_(2)/环氧树脂(EP)的界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)相比未改性CF/EP分别提高72.9%和47.9%,相比CF-KH550-SiO_(2)/EP分别提高17.3%和11.2%。
关键词: 碳纤维增强环氧树脂复合材料 ；界面性能 ；纳米二氧化硅 ；聚氨酯 ；碳纤维表面改性
被引量
13
摘要： 研究了低密度芳纶短纤维(AF)对碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)-铝蜂窝夹芯结构的界面增韧效果和增韧机制。制备了复合材料夹芯梁,将6 mm长度的AF制成絮状纤维薄层用于夹芯梁界面层的增韧,并采用非对称双悬臂梁实验对增韧和未增韧夹芯梁进行了界面断裂韧性的测量。相比于未增韧夹芯梁试件,增韧试件的平均临界能量释放率提高了91%,平均临界载荷提高了55%,而引入AF增韧层仅使夹芯梁质量提升了0.36%,显示本文方法具有良好的增韧效果与效率。使用SEM观察了夹芯梁界面的断面形貌与特征,微观观测结果显示,在界面裂纹扩展的过程中,AF一方面在面板与芯体之间形成桥联微结构,通过纤维拔出、纤维剥离、纤维断裂等行为,提高界面裂纹扩展的耗散能与临界载荷。另一方面,在蜂窝壁板周围的树脂"圆角"富余区,AF还能提高树脂与蜂窝壁板的粘结性能,避免蜂窝壁板因与面板接触面积过小而发生拔出。本文定量地测量了AF对CF/EP-铝蜂窝界面的宏观增韧效果,并阐释了其微观增韧机制,相关发现可为提高复合材料夹芯结构的安全性和可靠性提供指导。
关键词: 碳纤维 ；铝蜂窝 ；夹芯结构 ；短纤维增韧 ；圆角增强
被引量
28
摘要： 海洋工程结构用金属材料易产生锈蚀、磨损与疲劳等不可逆损伤,严重降低结构的服役寿命与安全储备。碳纤维增强环氧树脂(CFRP)复合材料具有较高的比强度/模量,尤其在高载、冲刷、高温、高湿等湿热服役工况下具有优异耐摩擦与抗磨损性能,作为工程材料有望大幅度提高海洋工程结构服役寿命。本文中,研究了CFRP力学性能及在不同施加荷载、滑动速率、服役温度及水润滑等湿热服役工况下摩擦行为与磨损机制。研究发现,基于真空灌注工艺,CFRP板破坏断口显示纤维被树脂紧紧包裹,并没有出现纤维团聚及纤维布分层现象。CFRP摩擦磨损性能对荷载最敏感,由于切向位移使摩擦副界面产生较大剪切应力;服役温度第二;滑动速率第三;水润滑影响最小,归因于水分子增加了对磨面距离,缓解了磨损程度。与500 g相比,负载2000 g试样磨损速率和划痕宽度分别增加了155.9%和111.0%,归因于高负载工况使纤维/树脂界面发生脱粘损伤,并引发严重分层磨损;与室温相比,100℃和120℃服役温度下CFRP磨损速率分别增加了72.5%和109.2%,归因于高温服役工况使环氧树脂从玻璃态变为高弹态,引发过度塑性变形,最终使CFRP发生明显疲劳磨损。此外,滑动速率和水润滑工况对CFRP摩擦系数影响不明显(小于20%),尤其60℃水润滑下其摩擦系数仅波动了13.4%,这是由于水分子的润滑功能和散热作用减少了摩擦程度,仅发生轻微的磨粒磨损;120 mm/s速率下CFRP磨损速率较60 mm/s增加了77.9%,归因于较大速率差使CFRP表面和亚表面变形不一致,导致粘着磨损发生。
关键词: 碳纤维增强复合材料 ；湿热服役工况 ；力学性能 ；摩擦行为 ；磨损机制
被引量
1
摘要： 为简化制作工艺,将碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)六边形管采用环氧树脂胶粘接在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料六边形管多胞结构(Multicellular structure of CFRP hexagonal tubes,MSCHT)。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析了其压缩破坏模式和耗能特性,并获取了各影响因素对压缩响应的贡献率。研究结果表明:多胞结构均呈现出渐进压缩破坏模式,沿着六边形管自由面形成带状纤维束;相邻碳管间的相互作用和粘接面的存在导致多胞结构的实际平均载荷高于其比测值,进而使得实际耗能量高于耗能量比测值;与单根六边形碳管相比,MSCHT的比吸能更高,并且存在最优壁厚使得结构比吸能最大,本次试验试件的最大比吸能达到114.4 kJ/kg;多胞结构的胞元数量和壁厚对平均压缩载荷、峰值载荷、耗能量的线性贡献率均为正且胞元数量贡献率高于壁厚,而壁厚对比吸能的线性贡献率为负,胞元数量对比吸能的贡献率为正。
关键词: 碳纤维六边形管 ；多胞结构 ；准静态压缩试验 ；破坏模式 ；吸能特性 ；贡献率分析
被引量
1
摘要： 采用缠绕法制备了芳纶长丝包覆碳纤维束,利用真空辅助树脂转移成型法制备了包覆碳纤维增强环氧树脂。通过电子万能试验机测试了复合材料的轴向压缩性能,研究了长丝缠绕方式、包覆密度和碳纤维束的数量对试样压缩强度及破坏模式的影响。结果表明,芳纶包覆能够提升碳纤维复合材料的压缩强度,随着芳纶长丝包覆密度的增加,压缩强度逐渐增加;相比较单向缠绕包覆方式,芳纶长丝双向缠绕包覆能够进一步提升复合材料的轴向压缩强度;增强纤维束的数量会影响纤维屈曲状态,进而使得纤维复合材料的压缩强度进一步提升。
关键词: 长丝包覆 ；纤维增强树脂 ；复合材料 ；轴向压缩强度
被引量
1
摘要： 综述了碳纤维增强环氧树脂复合材料的抗阻力特性。以碳纤维增强环氧树脂制作泳衣过程中,采用三维编织技术的整体加工过程对纤维造成的损伤极小,提高了复合材料的刚度、强度。碳纤维增强环氧树脂复合材料在制备过程中,复合材料拉曼特征峰向高波数发生了多普勒频移现象,增强了碳纤维与环氧树脂的结合能力,加强了抗阻力能力。由于碳纤维与环氧树脂的吸湿机理不同,需要强化处理泳衣材料,减少泳衣浸水后的空隙和微裂纹。
关键词: 环氧树脂 ；碳纤维 ；泳衣 ；抗阻力特性
被引量
2
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