布复合材料弯曲性能的影响.pdf

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1、22工程塑料应用2011年,第39卷,第4期固化温度和后处理温度对EP/碳布复合材料弯曲性能的影响王志远陈刚郑志才吴忠泉崇琳王忠于倩倩王启芬(中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031)摘要采用热压罐成型法制备了EP/碳布复合材料,研究了固化温度和后处理温度对复合材料弯曲性能的影响。结果表明,180℃固化的复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量高于120、150~C固化的复合材料;以180~C作为最高固化温度时,与不进行后处理相比,在180℃处理1h后复合材料的弯曲强度得到大幅度的提高;较优的固化工艺参数为固化温度180~E、后处理温度180~C、后处理时间1h。关键词环氧树脂碳布固化后处

2、理热固性树脂基复合材料成型过程中,存在由于DSC仪:NETZSCH—DSC204型,德国耐驰公树脂与纤维的热膨胀系数不同而产生的热应力及树司;脂固化收缩产生的收缩应力,当复合材料冷却到室热压罐:RYG一12型,西安龙德科技发展有限温时,在复合材料的内部不可避免地产生残余应力。公司;通常环氧树脂(EP)等热固性树脂固化反应后的残液压式万能实验机:WE一10B型,长春试验机余应力随固化温度的升高而增大,因此,降低固化温厂。度能够降低树脂基复合材料制备过程中的残余应1.3试样制备力,并能降低热压罐的能耗;但低温固化的复合材料先配制改性EP胶液,然后将胶液均匀涂抹在常存在力学性能差、生产周期长的

3、缺点。在热固性碳布上,室温放置3~5d,待表面大部分溶剂挥发后树脂基复合材料固化后若通常进行一定的热(后)裁割成270mm×200mm的片状试样,放入模具内处理,可减小固化过程中形成的残余应力并使固化于热压罐中按照一定的工艺成型,得到2mm厚的度进一步提高,从而使复合材料的综合力学性能得复合材料板材。将成型后的板材放人干燥箱中在不到改善。因此,对复合材料的固化温度和后处理温同的温度下进行后处理,然后切割成标准试样。度进行研究,有利于优化工艺参数。1.4性能测试树脂基复合材料在承受弯曲载荷时,既有拉应DSC测试:取5~15mg树脂,分别以5、10、15、力、压应力,还有剪应力,弯曲性能最能

4、反应复合材20、25~C/min的速率扫描,N气氛;料的综合力学性能得优劣,为此,笔者主要以弯树脂固化度按HB7614—1998测试;曲性能作为评价工艺参数的指标,采用差示扫描量拉伸性能按GB/T1447—2005测试,Ⅱ型试样,热(DSC)技术建立了EP的固化动力学方程,并预拉伸速率2mm/min;测了EP在不同温度下的固化反应时间,以此为基弯曲性能按GB/T1449—2005测试,弯曲速率础探讨了不同固化温度和后处理温度对复合材料弯2mm/min。曲性能的影响,得到较为优化的工艺参数。2结果与讨论1实验部分2.1树脂体系的DSC测试分析1.1原材料DSC分析是了解树脂固化特性的有利手

5、段,对平纹碳布:市售;树脂体系进行DSC分析,不仅可以得到基本的固化改性EP:自制;反应温度参数,而且可以根据已有的固化动力学模二氨基二苯砜(DDS):化学纯,上海三爱思试剂型预测树脂的固化反应特性。树脂体系不同升温速有限公司。率下的DSC测试结果如图1所示。由图1可以看1.2仪器及设备出,不同升温速率下的固化放热曲线存在明显的差电热恒温鼓风干燥箱:101X一4型,上海树立仪器仪表有限公司;收稿日期:2011—03-01王志远,等:固化温度和后处理温度对El?/碳布复合材料弯曲性能的影响23表2不同温度下达到一定固化度所需时间min温度/0C固化度/%量一1010509099≥I1011

6、67209382暑-2.0120534107195撼一3.0150<16l732:鞋180O.21.23.66.6一4.OOlOO2003OO从表2可以得出,树脂在120、150、180℃完全温度/℃固化所需的时间约为195、35、6.6min左右,故以此1-5/min;2-10~C/min;3-15/min;作为选择树脂固化时间的参考。4—20。C/min:5—25℃/min图1树脂体系不同升温速率下的DSC曲线2.2固化温度对复合材料弯曲性能的影响别,升温速率越快,放热峰越尖锐,而且峰始温度根据表2得到的数据,考虑到实际生产过程中(To)、峰值温度(Te)和峰末温度(71E)都向高热

7、量传递到树脂各处需要一定的时间及温度测量存温方向移动,见表1。由于树脂的固化反应一般在在误差等因素,对固化时间做了适当的延长,设计了恒温条件下进行,为了消除升温速率对固化反应峰3种最高固化温度下的固化工艺,如表3所示。为的影响,将710⋯、和对升温速率作图,应用了排除后处理对测试结果的影响,所有试样均未进外推法求得升温速率为0℃/min时的温度,从而确行后处理,复合材料的弯曲性能如表4所示。定最佳固化工艺范围。表33种最高固化温度不

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1、22工程塑料应用2011年,第39卷,第4期固化温度和后处理温度对EP/碳布复合材料弯曲性能的影响王志远陈刚郑志才吴忠泉崇琳王忠于倩倩王启芬(中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031)摘要采用热压罐成型法制备了EP/碳布复合材料,研究了固化温度和后处理温度对复合材料弯曲性能的影响。结果表明,180℃固化的复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量高于120、150~C固化的复合材料;以180~C作为最高固化温度时,与不进行后处理相比,在180℃处理1h后复合材料的弯曲强度得到大幅度的提高;较优的固化工艺参数为固化温度180~E、后处理温度180~C、后处理时间1h。关键词环氧树脂碳布固化后处

2、理热固性树脂基复合材料成型过程中,存在由于DSC仪:NETZSCH—DSC204型,德国耐驰公树脂与纤维的热膨胀系数不同而产生的热应力及树司;脂固化收缩产生的收缩应力,当复合材料冷却到室热压罐:RYG一12型,西安龙德科技发展有限温时,在复合材料的内部不可避免地产生残余应力。公司;通常环氧树脂(EP)等热固性树脂固化反应后的残液压式万能实验机:WE一10B型,长春试验机余应力随固化温度的升高而增大,因此,降低固化温厂。度能够降低树脂基复合材料制备过程中的残余应1.3试样制备力,并能降低热压罐的能耗;但低温固化的复合材料先配制改性EP胶液,然后将胶液均匀涂抹在常存在力学性能差、生产周期长的

3、缺点。在热固性碳布上,室温放置3~5d,待表面大部分溶剂挥发后树脂基复合材料固化后若通常进行一定的热(后)裁割成270mm×200mm的片状试样,放入模具内处理,可减小固化过程中形成的残余应力并使固化于热压罐中按照一定的工艺成型,得到2mm厚的度进一步提高,从而使复合材料的综合力学性能得复合材料板材。将成型后的板材放人干燥箱中在不到改善。因此,对复合材料的固化温度和后处理温同的温度下进行后处理,然后切割成标准试样。度进行研究,有利于优化工艺参数。1.4性能测试树脂基复合材料在承受弯曲载荷时,既有拉应DSC测试:取5~15mg树脂,分别以5、10、15、力、压应力,还有剪应力,弯曲性能最能

4、反应复合材20、25~C/min的速率扫描,N气氛;料的综合力学性能得优劣,为此,笔者主要以弯树脂固化度按HB7614—1998测试;曲性能作为评价工艺参数的指标,采用差示扫描量拉伸性能按GB/T1447—2005测试,Ⅱ型试样,热(DSC)技术建立了EP的固化动力学方程,并预拉伸速率2mm/min;测了EP在不同温度下的固化反应时间,以此为基弯曲性能按GB/T1449—2005测试,弯曲速率础探讨了不同固化温度和后处理温度对复合材料弯2mm/min。曲性能的影响,得到较为优化的工艺参数。2结果与讨论1实验部分2.1树脂体系的DSC测试分析1.1原材料DSC分析是了解树脂固化特性的有利手

5、段,对平纹碳布:市售;树脂体系进行DSC分析,不仅可以得到基本的固化改性EP:自制;反应温度参数,而且可以根据已有的固化动力学模二氨基二苯砜(DDS):化学纯,上海三爱思试剂型预测树脂的固化反应特性。树脂体系不同升温速有限公司。率下的DSC测试结果如图1所示。由图1可以看1.2仪器及设备出,不同升温速率下的固化放热曲线存在明显的差电热恒温鼓风干燥箱:101X一4型,上海树立仪器仪表有限公司;收稿日期:2011—03-01王志远,等:固化温度和后处理温度对El?/碳布复合材料弯曲性能的影响23表2不同温度下达到一定固化度所需时间min温度/0C固化度/%量一1010509099≥I1011

6、67209382暑-2.0120534107195撼一3.0150<16l732:鞋180O.21.23.66.6一4.OOlOO2003OO从表2可以得出,树脂在120、150、180℃完全温度/℃固化所需的时间约为195、35、6.6min左右,故以此1-5/min;2-10~C/min;3-15/min;作为选择树脂固化时间的参考。4—20。C/min:5—25℃/min图1树脂体系不同升温速率下的DSC曲线2.2固化温度对复合材料弯曲性能的影响别,升温速率越快,放热峰越尖锐,而且峰始温度根据表2得到的数据,考虑到实际生产过程中(To)、峰值温度(Te)和峰末温度(71E)都向高热

7、量传递到树脂各处需要一定的时间及温度测量存温方向移动,见表1。由于树脂的固化反应一般在在误差等因素,对固化时间做了适当的延长,设计了恒温条件下进行,为了消除升温速率对固化反应峰3种最高固化温度下的固化工艺,如表3所示。为的影响,将710⋯、和对升温速率作图,应用了排除后处理对测试结果的影响,所有试样均未进外推法求得升温速率为0℃/min时的温度,从而确行后处理,复合材料的弯曲性能如表4所示。定最佳固化工艺范围。表33种最高固化温度不

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