碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

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1、万方数据2009年3月第18卷第3期V01．18No．3，Mar．2009中国胶粘剂CHlNAADHESIVES一21一碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究张杰，宁荣昌，李红，齐大伟，凌辉(西北工业大学应用化学系，陕西西安710129)摘要：研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性，分析了该固化体系浇铸体的性能；并以碳纤维(T-700S)为增强材料，采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS一3／T一700S复合材料，研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能，并对弯曲断面进行分析。研究结果表明，WBS-3树脂基体黏度低、适用期长

2、且韧性好，适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺；由此制得的WBs一3／T一700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能，其弯曲强度为1434MPo，拉伸强度为1972MPa，剪切强度为76．1MP0，玻璃化温度(瓦)超过210℃；该WBS一3／T一7005复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。关键词：环氧树脂；碳纤维；复合材料中图分类号：TQ323．5文献标识码：A文章编号：1004—2849(2009)03—0021--050前言复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料，能够充分发挥各组分

3、的特点和潜能；通过合理匹配及协同作用，可呈现出单一材料所不具备的优异性能。目前已在农业、工业、交通、军事及社会生活等各领域中得到广泛应用，尤其在航空、航天等一系列高端技术领域中具有不可或缺的地位川。由于高性能复合材料的生产成本较高，因此理想的复合材料应满足无溶剂、低压成型、固化温度较低、固化周期较短、工艺寿命较长和耐光老化等一系列特性，同时兼具较高的模量和韧性、良好的界面粘接和较低的固化收缩率等特点。环氧树脂(EP)具有优异的浸润性和粘接性(对各种纤维)，其固化物具有较好的综合性能(包括力学性能、耐酸性、耐碱性和耐多种化学药品性等)，故已成为复合材料热固性树

4、脂基体中最重要的基体材料之一。本文以自制的较高环氧值的EP(包括低黏度稀释剂、扩链剂、催化剂和少量偶联剂等)为基体材料，碳纤维为增强材料，采用手糊成型螺栓加压工艺制备复合材料『该复合材料可满足低压无溶剂成型，适用于手糊工艺、树脂传递成型(RTM)、真空吸铸和缠绕等低成本制造工艺】，并对其力学性能、耐热性和耐水性等性能进行了研究。1实验部分1．1实验原料WBS一3环氧树脂，无锡树脂厂；T一700S碳纤维单向布，南京玻纤研究院。1．2实验仪器NDJ一79型旋转式黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司；2910型差示扫描量热分析仪，美国TAInstruments公司；C

5、MT型万能实验机、ZBC-4型冲击实验机，深圳新三思材料检测有限公司；S一570型扫描电子显微镜(SEM)，日立公司；Q800型动态力学分析(DMA)仪，美国TA公司。1．3浇铸体的制备以WBS一3为树脂基体、碳纤维为增强材料，采用手糊成型螺栓加压工艺制备复合材料。主要步骤：配制基体胶一剪裁增强材料一清理模具_在模具内涂敷脱模剂并铺设一层脱模纸一将增强材料置于脱收稿臼期：2008—10-09；修回13期：2008一ll一06。作者简介：张杰(1983-)，广西壮族自治区桂林市人，硕士．主要研究方向为树脂基复合材料。E-mail：zjl8181@163．com

6、通讯作者：宁荣昌。万方数据一22一中国胶粘剂第18卷第3期模纸上，并在其上涂刷基体胶，重复此步骤_在已铺放好的预浸料上铺设一层脱模纸，盖上盖板．÷以螺栓加压叶按照设定工艺固化_÷后处理一卸模一修理边角一切割试件一力学性能测试。1．4性能测试浇铸体黏度测定，按照GB厂I’7193．1—1987标准执行；浇铸体拉伸强度和弯曲性能测定，分别按照G胛2568—1995和GB2570—1995标准执行；复合材料常温力学性能测定，分别按照GB仃’1447—200、GB厂I．3356—1999和JC厂I’773—1982(1996)标准进行拉伸强度、弯曲强度和剪切强度的测

7、定；复合材料高温力学性能测定，将环境箱升温至设定温度，待温度稳定后，将试件置于环境箱中保持15min，然后进行力学性能的测定(测试标准同室温力学性能)；复合材料水煮后力学性能测定，将试件置于塑料袋中并注入蒸馏水，密封并于50℃时保持一定时间，取出试件并于50℃时烘干，然后进行基本力学性能的测定(测试标准同室温力学性能)；耐热性测定，采用动态力学分析(DMA)仪进行测定(N2气氛，测试温度为室温至250℃，升温速率为3oC／min，测试频率分别为3、5、8Hz)；断面形貌分析，将复合材料弯曲试样的断面经喷金处理后，采用扫描电子显微镜(SEM)进行分析；热固性聚

8、合物化学反应动力学分析，采用差示扫描量热(DSC)仪