碳纤维增强环氧树脂预浸料及其复合材料的制备与性能研究
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
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。
碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展
2011.01.13
高性能塑料与工程
文献部分
1.Purpose:
CNF(0.5 wt.%, 0.75 wt.% and 1 wt.%）增强EP ➢ 不同含量的碳纳米纤维对环氧树脂的增强
效果
将复合材料分别在室温环境下固化（23℃） 和在冷冻环境下固化（4℃）
➢ 不同的固化方式对复合材料性能的影响
Wingard C D．Themlochimiea Acta，2000，357／358：293—301
17
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高性能塑料与工程
第五部分：界面结构表征方法
EP/CF复合材料的界面结构表征方法：
电镜分析 扫描电子显微镜 (SEM ) 透射电子显微镜 (TEM ) 扫描隧道显微镜 (STM ) 原子力显微镜(AFM )
材料导报 ,2006(5)：254-257
6
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高性能塑料与工程
第一部分： 碳纤维表面处理
等离子体氧化法： 利用非聚合性气体对材料表面进行物理和
化学作用的过程。
DilsizN,Ebert E,Weisweiler W.Effect of plasma polymerization on carbon fibers used fo7r fiber/epoxy．Comp JColloid Interf Sci，1995，170：241
EP/CF复合材料具有优异的性能：
与钢相比：
EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8～7.2倍，比模量为钢的3.1～4.2倍，疲劳 强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍。
而且高温性能好，工作温度达400℃时其强度与模量基本保持不变。
此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、 抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。
碳纤维增强复合材料制备及其力学性能分析
碳纤维增强复合材料制备及其力学性能分析碳纤维增强复合材料是一种高性能的工程材料，其力学性能优异，因此广泛应用于汽车、航空航天、体育器材等众多领域。
本文将对碳纤维增强复合材料的制备及其力学性能进行分析。
一、碳纤维增强复合材料制备碳纤维增强复合材料的制备过程包括预处理、预浸、挤出成型和固化四个步骤。
1.预处理首先要进行的是碳纤维的表面处理，以提高其在树脂中的分散度和界面性能。
通常采用的表面处理方法有电弧放电、等离子体处理和化学处理等。
2.预浸将经过表面处理的碳纤维放置在树脂浸润槽中，使其充分浸润，形成预浸料。
预浸料的配方通常是30%～50%的树脂，剩余为固体颗粒如碳纤维、填充料和固化剂等。
3.挤出成型将预浸料置于挤出机中进行挤出成型。
通过不断旋转的螺旋挤出头，将材料挤出并压实，形成成型件。
挤出过程中需要控制温度和压力，以保证成型件质量。
4.固化将挤出成型的件放入固化炉中进行固化。
通常固化时间和温度均需控制，以保证材料的固化度和力学性能。
二、碳纤维增强复合材料力学性能分析碳纤维增强复合材料具有很高的强度、刚度和低密度等优点，因此应用领域十分广泛。
其力学性能通常分为强度、刚度和疲劳三个方面。
1.强度碳纤维增强复合材料的强度具体可分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度和弯曲强度等。
其中，拉伸强度是该材料的最大强度指标，引强强度也是一个很好的指标。
此外，断裂韧性、夹层剪切强度和冲击强度也是衡量强度的指标。
2.刚度碳纤维增强复合材料的刚度主要指该材料的弹性模量和剪切模量。
弹性模量是衡量该材料抵抗形变能力的能力指标，即杨氏模量，剪切模量则是衡量该材料抵抗剪切、扭矩变形能力的能力指标。
3.疲劳碳纤维增强复合材料的疲劳指标分为疲劳极限、疲劳损伤阈值和疲劳寿命。
其中，疲劳极限是材料能承受的最大循环载荷，疲劳损伤阈值是指材料的循环载荷量，其导致的裂纹扩展损伤是初始裂纹尺寸的特定百分比。
总之，通过合理的制备和分析，碳纤维增强复合材料可以具有优异的力学性能，为各种领域的工程应用带来创新和改变。
碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究
摘要 ：本 文研 究 了不同温度下 Ｒ Ｉ Ｍ１ ４ ５树脂 的粘度 和适用期 ， 分析 了不 同温度 下 Ｒ Ｉ Ｍ１ ４ ５树 脂和碳 纤 维单丝之 间的浸 润 性； 并以碳 纤维单 向布为增 强材料 ， 采用真 空辅助灌 注成 型工艺制备 了碳 纤维增强环氧树脂 （ Ｃ Ｆ ／ Ｅ Ｐ ） 复合材 料 ， 研 究 了复合 材 料 的力学性 能 ， 对层 间剪切试样剖 断面形貌进 行 了 Ｓ Ｅ Ｍ分析 ， 并研 究 了使 用 Ｖ Ａ Ｐ单向透气膜辅助真 空灌 注成 型工艺对 Ｃ Ｆ ／ Ｅ Ｐ
２ 实验部分
２ ． １ 主要材 料
冻设备 ， 这使得原材料的储存和运输成本较高 。低 成本的液体成型技术是碳纤维增强树脂基复合材料 成型工艺的发展方向 ， 这种工艺使用树脂和干 的纤
维织物 ， 对 材 料 的 储 运 没 有 苛 刻 的 要 求 。相 对 于
环氧 树脂 为 ＭＧ Ｓ Ｒ Ｉ Ｍ１ ４ ５树 脂 体 系 ， 迈 图化 工 企业 管 理 （ 上海） 有 限公 司； Ｕ－ Ｏ ６ ０ ０ Ｈ 碳 纤 维 单 向 布， 上海 劲伟 高 强 纤维 有 限公 司 ； Ｖ Ａ Ｐ单 向透 气膜 ， 萨 泰克 斯增 强材 料有 限公 司 。
叶片设 计 者越 来 越 关 注 这种 轻 质 、 高 刚 的 高性 能 材
料 。 目前 占据 统 治 地 位 的 玻 璃 纤 维 增 强 树 脂 基
Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ复合材料的性能对工艺更加敏感 ， 对于成型风 电叶片 主承 力构 件这 样 的超大 制件 需要 工 艺具 有 较 高 的可靠 性 和 稳 定 性 ． ４ ｊ 。 因此 ， 针 对 风 电 叶 片 领
１ 引 言
碳 纤 维增强 环 氧树脂 （ Ｃ Ｆ ／ Ｅ Ｐ ） 复合材 料 具 有 比 强度 高 、 比模量 高 ， 密度 小 、 结构尺寸稳定 、 耐腐蚀 、 抗疲劳、 耐热 、 耐 低 温 以及 材 料 性 能 可 设 计 等 优 点 ， 既可 以作 为结 构 材料 承载 重荷 又可 以作 为 功能 材 料 发挥 作 用 。 目前 已广泛 应 用于 航空 航 天 、 交 通 运输 、
碳纤维增强复合材料的制备及其性能研究
碳纤维增强复合材料的制备及其性能研究随着科技水平的不断提高，新材料的应用越来越广泛，并且其应用场景也越来越复杂。
而对于一种优异性能的新材料——碳纤维增强复合材料，除了在高端航空航天、船舶等领域有广泛应用外，其它领域的应用还有待开发。
在这篇文章中，将介绍碳纤维增强复合材料的制备方法和相关性能的研究。
1.碳纤维增强复合材料的制备首先，我们需要先了解一下什么是碳纤维增强复合材料。
通俗讲，就是将碳纤维与胶泥（即树脂）混合，并加上环氧等原料，形成了一种材料。
由于碳纤维本身就具有很高的强度，再加上复合材料的生产工艺，形成的即是碳纤维增强复合材料，其性能得到了极大的提升。
碳纤维增强复合材料的制备过程有多种方法，其中常用的包括手工层积、自动机器层积、管件压片、吹塑法等方法，下面，我们详细介绍手工层积和自动机器层积的制备方法。
1.1 手工层积手工层积又称为手工贴片，是碳纤维增强复合材料常用的制备方法。
其具体操作步骤为：将预先加工好的碳纤维（以布的形式）和树脂混合物按照一定的角度排列在模具中，然后用滚轮滚压在树脂层内将碳纤维涂布。
手工层积方法虽然成本低，但是关键在于工艺人员的操作技能和经验，对原材料的适应性较高，使用的条件和环境要求较高，而且生产效率较低。
1.2 自动机器层积自动机器层积又称为机器层积，是一种通过机器自动控制的生产方法，具有效率高、输出质量稳定等优点。
其操作步骤为：在机器上先剪好碳纤维和树脂的成型体，然后按一定的规则排列在模具上，并将其贴合在一起，最后经过高温热压处理。
自动机器层积方法在复合材料制备中的应用比较广泛，精度高，可以降低人工操作错误的概率，提高生产效率和产出质量。
但是其设备投资成本较高。
2.碳纤维增强复合材料的性能研究2.1 机械性能碳纤维增强复合材料在机械性能方面表现优异，比如强度、刚度以及疲劳性能等，这得益于碳纤维自身具有的高强度和高模量。
因此，在通常情况下，碳纤维增强复合材料的强度和刚度均优于同等质量的金属材料。
碳纤维环氧树脂复合材料
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。
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究
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ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司；ＣＭＴ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。
２．５复合材料的动态力学行为分析 由于材料的玻璃化转变、结晶、取向、交联和相
２．６复合材料的力学性能 ２．６．１ 复合材料的常温力学性能
复合材料的常温力学性能如表２所示。由表２
可知，Ｔ一７００Ｓ用ＢＳ一３复合材料具有很好的综合力
学性能。这是由于ＷＢＳ一３体系的黏度较低（不需要 加入溶剂来调节黏度），对纤维的浸润性较好，固化
时无小分子析出，也无气泡产生，故ＷＢＳ一３树脂与 纤维的界面粘接性能良好，表现为复合材料的综合 力学性能较好。另外，采用ＲＴＭ、缠绕成型和拉挤成 型等其他工艺同样能制备出性能优良的Ｔ一７００ｓ／ ＷＢＳ一３复合材料。 ２．６．２复合材料的高温力学性能
Ｏ
２０
４０
６０
８０
１００
１２０
温度，℃
Ｆｉｇ．２
图２等遽升温条件下黏度一温度曲线 Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｖｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ ａｔ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ
由图２可知，树脂在等速升温（２ ｏＣ／ｍｉｎ）过程 中，其黏度呈先降后升的趋势。如ＡＢ段（２０－６０℃） 黏度下降是由于混合物受热后分子运动加速所致； ＢＣ段（６０—１２０℃）黏度逐渐趋于恒定，其黏度小于 ８０ ｍＰａ·ｓ；ＣＤ段（大于１２０℃）黏度迅速升高，说明 此阶段已发生了ＥＰ的链增长反应。
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碳纤维增强环氧树脂预浸料及其复合材料的制备与性能研究碳纤维增强环氧树脂预浸料是碳纤维增强环氧树脂复合材料的中间产物,其性能的好坏直接影响复合材料的性能好坏,因此,在预浸料生产过程中,对树脂基体配方、预浸料的加工工艺的研究至关重要。
本文以固、液环氧树脂的复配体系为树脂基体,选择了液体环氧树脂E-51、固体环氧树脂CYD-011和固化剂4,4’-二氨基二苯基砜(DDS,[(NH2)]C6H4]2SO2)作为树脂基体组分,研究了碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备及其复合材料的性能。
根据热熔膜法制备预浸料的要求,通过对树脂基体配方研究得知,当E-51环氧树脂：CYD-011环氧树脂：DDS=50：50：22.58时能得到具有一定强度和韧性,可弯曲而不断裂的树脂胶膜。
并经过对碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备工艺研究,含胶量为40%较为合适,固化制度为140℃/2h+160℃/2h+180℃/2h、压力为0.4～0.6MPa、加压点为140℃/1h时复合材料力学性能为最优,复合材料的0°弯曲强度为1478MPa,层间剪切强度为82MPa。
在文中,还采用等温DSC法研究了环氧树脂与4,4’-二氨基二苯基砜体系的固化反应过程,研究发现固化反应中出现“转折点”,当固化度小于50%时属于Kamal自催化模型；当固化度大于50%时属于n级固化模型,即固化反应由Kamal 自催化反应向n级反应转变。
转变后,反应活化能有所下降。