电子束固化高模量纤维增强复合材料力学性能研究
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。
玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究
玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究玻璃纤维增强环氧树脂复合材料（GF/EP）是一种具有较高强度和刚度的复合材料，具有广泛的应用领域，如航空航天、汽车、建筑等。
本文旨在研究GF/EP复合材料的力学性能，包括拉伸性能、弯曲性能和冲击性能。
首先，我们需要介绍GF/EP复合材料的制备方法。
一般来说，GF与EP树脂通过浸渍，层叠和固化的过程制备成复合材料。
在浸渍过程中，将玻璃纤维预先浸泡在环氧树脂中，使其充分浸润纤维，然后将多层的浸渍玻璃纤维叠加在一起，形成预定形状的复合材料。
最后，通过热固化或辐射固化使复合材料固化。
接下来，我们将研究GF/EP复合材料的拉伸性能。
拉伸性能主要包括拉伸强度和拉伸模量。
拉伸强度是指材料在拉伸过程中的最大承载能力，而拉伸模量是指材料在拉伸过程中的刚度。
通过拉伸试验可以获得拉伸曲线，通过分析拉伸曲线可以计算出拉伸强度和拉伸模量。
然后，我们将研究GF/EP复合材料的弯曲性能。
弯曲性能主要包括弯曲强度和弯曲模量。
弯曲强度是指材料在弯曲过程中的最大承载能力，而弯曲模量是指材料在弯曲过程中的刚度。
通过弯曲试验可以获得弯曲曲线，通过分析弯曲曲线可以计算出弯曲强度和弯曲模量。
最后，我们将研究GF/EP复合材料的冲击性能。
冲击性能主要包括冲击强度和冲击韧性。
冲击强度是指材料在冲击过程中吸收的最大能量，而冲击韧性是指材料在冲击过程中的延展性能。
通过冲击试验可以获得冲击曲线，通过分析冲击曲线可以计算出冲击强度和冲击韧性。
通过以上研究，可以得出GF/EP复合材料的力学性能。
这些性能可以与其他材料进行比较，评估复合材料的优势。
此外，还可以通过改变制备工艺或改变纤维含量等方式来改善复合材料的力学性能。
综上所述，本文研究了GF/EP复合材料的力学性能，包括拉伸性能、弯曲性能和冲击性能。
通过对这些性能的研究，可以评估复合材料的性能，并为进一步提高复合材料的性能提供参考。
高性能纤维增强水泥基复合材料的力学性能试验研究
高性能纤维增强水泥基复合材料的力学性能试验研究
刘界鑫;杨树桐
【期刊名称】《混凝土》
【年(卷),期】2015(000)007
【摘要】采用聚乙烯醇纤维（ Polyvinyl Alcohol，简称PVA纤维）制备高性能纤维增强水泥基复合材料（ PVA-ECC），通过立方体抗压强度和梁四点弯曲试验分别研究不同PVA纤维体积掺入量、不同砂胶比以及粉煤灰掺入量对PVA-ECC 材料的抗压强度与弯曲性能的影响。
结果表明：随着纤维掺入量的增加PVA-ECC 抗压强度逐渐降低，但弯曲延性增强。
砂胶比的降低使得纤维更好的分散，延性效果得到明显改善。
粉煤灰掺量的增加改善了PVA-ECC搅拌时的流动度，梁的抗弯承载力有所降低，但延性提高。
【总页数】3页(P68-70)
【作者】刘界鑫;杨树桐
【作者单位】中国海洋大学工程学院土木工程系，山东青岛266100;中国海洋大学工程学院土木工程系，山东青岛266100
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.572
【相关文献】
1.超高性能钢纤维增强水泥基复合材料的力学性能及微结构分析 [J], 戎志丹;姜广;孙伟;邱瑞;金鑫
2.高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)的制备及其力学性能研究 [J], 姚山;赵毕红;韩宁
3.纤维增强高性能水泥基复合材料抗氯离子侵蚀性能试验研究 [J], 刘荣浩;张勤;张正;荀勇
4.高性能纤维增强水泥基复合材料及其墙材制品性能试验研究 [J], 麻鹏飞;程宝军;高育欣;康升荣;涂玉林
5.纤维混杂对超高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响 [J], 张浩;张丽辉;刘建忠
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纤维增强复合材料
通过添加填料、改性剂等对基体材料进行改性，改善基体材料的性能，提高复合 材料的综合性能。
界面设计与优化
界面设计原则
设计良好的界面结构，确保纤维与基体材料之间有足够的粘 结力和剪切力，提高复合材料的力学性能。
界面优化技术
采用涂层技术、表面处理等方法对界面进行优化，改善界面 相容性，提高复合材料的整体性能。
纤维浸润
预浸料制备
将浸润后的纤维进行连续化或裁剪， 制备成一定规格的预浸料。
将纤维（如玻璃纤维、碳纤维等）浸 入树脂中，使纤维表面均匀涂覆树脂。
纤维铺层与成型
01
02
03
铺层设计
根据产品结构和性能要求， 进行铺层设计，确定纤维 的铺设方向、层数和顺序。
定位与固定
将预浸料按照设计要求铺 设在模具上，并进行定位 和固定，确保纤维位置准 确。
通过改进生产工艺和设备， 降低生产成本，提高生产 效率。
原材料国产化
推动原材料的国产化进程， 降低原材料成本，提高供 应链的稳定性。
规模化生产
通过扩大生产规模，实现 规模经济效应，降低单位 产品的成本。
环境友好性与可持续发展
环保生产工艺
采用环保型的生产工艺和设备， 降低生产过程中的环境污染。
可循环利用
认证与评价机制
建立认证和评价机制，对复合材料的质量和性能进行评估和认证， 提高市场竞争力。
05 纤维增强复合材料的应用 案例
航空航天领域的应用
飞机结构
纤维增强复合材料因其高强度、轻质和耐腐蚀的特性，广泛应用于 飞机结构，如机翼、尾翼和机身。
航天器结构
在航天器设计中，纤维增强复合材料用于制造卫星平台、火箭发动 机壳体和航天飞机隔热罩。
纤维复配增强PP／EVA复合材料力学性能研究
增 强 力 学 ・ 陛能
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｃ ａ ｌ Ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ
Ｐ Ｐ ／ ＥＶ Ａ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ Ｒｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ
Ｒｅ ｎ Ｑｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｘｉ ａ Ｙｉ ｎ ｇ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｆ ｅ ｎ ｇ ｆ ｅ ｎ ｇ ｔ ｔ ｏ ｕ（ 、 ｈ ｕ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ（ ； ｕ ｉ ｘ ｉ ａ
ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ． Ｆ ｈ ｅ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｌ ｈ ａ ｎ ｄ ｆ ｌ ｅ ｘ ｍ‘ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ＰＩ ） ／ ＥＶＡ／ Ｓ Ｓ ｉ Ｘ／ Ｓ Ｓ ｉ Ｃ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｌ ｅ
摘要： 以 碱 处理 的 ， 苇 纤维 （ ＭＩ ） 、 酸 刻 蚀 外 硅烷 偶 联 剂 处 理 的 玄武 岩纤 维 （ Ｓ Ｓ ｉ Ｘ） 和 酸 刻 蚀 并 硅 烷 偶 联 剂 处 理 的碳 纤 维
（ ｓ ｓ ｌ （ 、 ） ３种 纤 维 作 为 增 强 体 填 充 聚 丙 烯 （ Ｐ Ｉ ）乙烯 醋酸乙烯惝（ Ｅ ＶＡ） 复合材料 ． 研究＿ ｒ ３种 纤 维 阿 婀 复 配 对 Ｐ Ｐ ／ ＥＶＡ 复 合 材 料 力 学 性 能 的 影 响 结 果 表 明 ： 与未添 Ｄ 【 １ 纤维 的 Ｐ Ｐ ／ ＥＶＡ 复 合 材 料 相 比 ， 改ｆ ｌ － 的 ｓ ｓ ｉ ｘ与 Ｓ Ｓ ｉ Ｃ 复 配 后 的增 强 作 用 蛙 件 ． Ｐ Ｉ ＶＥ ＶＡ／ Ｓ Ｓ ｉ Ｘ／ Ｓ Ｓ ｉ （ 、 复 合材 料 的拉 仲 强 度 和 弯 ［ Ｉ ｛ Ｉ 强度分别挺高 ｒ ８ ７ ． ８ ． １ ３ ６ ． ６ ９ 但 冲击 强 度 打 所 降 。 关键 词： 聚 丙 烯 乙 烯 醋 酸 乙 烯 醋 共 聚 物 纤 维
复合材料的动态力学性能与应用研究
复合材料的动态力学性能与应用研究在当今科技飞速发展的时代，复合材料凭借其优异的性能在众多领域中崭露头角。
其中，复合材料的动态力学性能更是成为研究的焦点之一。
动态力学性能不仅关乎材料在实际应用中的可靠性和稳定性，还为材料的设计和优化提供了关键的理论依据。
首先，我们来了解一下什么是复合材料的动态力学性能。
简单来说，它指的是材料在动态载荷作用下的力学响应，例如在冲击、振动等情况下的表现。
这种性能与静态力学性能有所不同，动态载荷往往具有更高的加载速率和复杂的加载模式，这就要求复合材料能够迅速适应并抵抗这些变化。
动态力学性能的研究通常涉及到多个方面的参数和指标。
其中，储能模量和损耗模量是两个重要的概念。
储能模量反映了材料在变形过程中储存能量的能力，而损耗模量则表示材料在变形过程中能量的损耗。
通过对这两个模量的研究，可以深入了解复合材料在不同频率和温度条件下的弹性和粘性特征。
此外，玻璃化转变温度也是动态力学性能中的一个关键参数。
当材料温度升高到一定程度时，会从玻璃态转变为高弹态，这个转变点的温度就是玻璃化转变温度。
在这个温度附近，复合材料的力学性能会发生显著变化，例如模量的急剧下降和阻尼性能的增强。
那么，哪些因素会影响复合材料的动态力学性能呢？纤维增强体的类型、含量和分布是重要的因素之一。
比如，碳纤维具有高强度和高模量，能够显著提高复合材料的动态力学性能；而玻璃纤维相对较弱，但在成本和某些特定性能方面可能具有优势。
增强体的含量和分布均匀性也会对性能产生直接影响，含量越高、分布越均匀，通常复合材料的强度和刚度就越高。
基体材料的性质同样不可忽视。
不同的基体材料具有不同的粘弹性和热性能，这会直接影响复合材料在动态载荷下的响应。
例如，环氧树脂基体具有良好的粘结性能和机械性能，但耐热性相对较差；而聚酰亚胺基体则具有出色的耐热性能，但成本较高。
除此之外，纤维与基体之间的界面结合强度也是一个关键因素。
良好的界面结合能够有效地传递载荷，提高复合材料的整体性能。
高模量材料的力学性能
高模量材料的力学性能引言：当前社会科技的快速发展，对材料提出了更高的要求，特别是在工程领域。
高模量材料是一类重要的材料，它具有较高的刚度和强度，被广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
本文将围绕高模量材料的力学性能展开论述。
一、高模量材料的定义和分类高模量材料是指具有较高弹性模量的材料，其特点是在受力时变形较小。
根据基本组成成分和结构特征，高模量材料主要分为金属材料、陶瓷材料和复合材料三大类。
1. 金属材料：金属材料具有良好的导电、导热性能，通常具有较高的强度、韧性和可塑性。
常用的高模量金属材料有钢、铝合金和钛合金等。
这些材料在工程结构和装备制造中被广泛使用。
2. 陶瓷材料：陶瓷材料具有良好的耐磨、耐高温和耐腐蚀性能，但缺乏可塑性。
典型的高模量陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硼陶瓷等。
它们在航空航天、化工和电子等领域得到广泛应用。
3. 复合材料：复合材料是由两种或多种不同的材料组成的复合结构材料。
它们的组合可以通过增强效应来提高材料的力学性能。
碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料和陶瓷基复合材料等都属于高模量复合材料。
二、高模量材料的力学性能表征高模量材料的力学性能可以通过众多参数来描述，其中包括弹性模量、抗拉强度、延伸率、硬度等。
1. 弹性模量：弹性模量是材料在受力后产生弹性变形的能力的度量。
它反映了材料的刚度，是衡量材料抵抗变形的能力的重要指标。
高模量材料具有较高的弹性模量，具备了更好的抵抗变形的能力。
2. 抗拉强度：抗拉强度是材料在拉伸过程中所能承受的最大拉力。
高模量材料通常具有较高的抗拉强度，能够承受较大的外部拉力而不发生破坏。
3. 延伸率：延伸率是材料在受力后发生塑性变形的能力的度量。
高模量材料的延伸率较低，即在受力后变形较小。
这给高模量材料的应用带来了一定的限制，在某些情况下需要结合其他材料来实现更好的性能。
4. 硬度：硬度是材料抵抗外界物体对其表面产生划痕或压痕的能力的度量。
PBO纤维增强树脂基复合材料的制备及性能研究的开题报告
PBO纤维增强树脂基复合材料的制备及性能研究的开题报告一、研究背景和意义纤维增强树脂基复合材料 (Fiber Reinforced Polymer Composites, FRP Composites) 具有高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀、轻量化等优异性能，因而在航空航天、汽车、建筑、民用、军事等领域得到广泛应用。
纤维增强树脂基复合材料的研制是一种重要的新材料开发方向。
PBO (Poly(p-phenylene benzobisoxazole)) 纤维是最具有强度和模量的材料之一，也是目前市场上最先进的高强度、高模量技术纤维。
PBO纤维具有高强度、高模量、阻燃、耐热性好、耐腐蚀、抗紫外线、耐疲劳等卓越性能，已被广泛应用于高温、高强度和防护等领域。
PBO纤维与树脂基体复合材料中，能够发挥纤维增强和增加复合材料的强度、模量、热稳定性等优异性能。
本文旨在研制 PBO纤维增强树脂基复合材料，研究其制备工艺，评估其力学性能和热稳定性能，以期为广大使用者提供一种新型高性能材料。
二、研究内容和方法本文将采用热固性树脂为基体，PBO纤维为增强体，采用手层叠工艺制备 PBO纤维增强树脂基复合材料，研究不同PBO纤维含量下的复合材料的制备工艺优化和力学性能表现，探讨纤维含量和力学性能之间的关系。
同时，利用热重分析、差热分析和红外光谱等手段对复合材料的热稳定性能进行评估，研究不同温度下的热性能表现和热分解动力学机理。
三、预期研究结果本研究将研究 PBO纤维增强树脂基复合材料的制备工艺及其力学性能和热稳定性能，预计得到以下几方面的研究结果：1. 研究不同PBO纤维含量下的复合材料的制备工艺优化，确定最佳纤维含量和制备工艺。
2. 评估 PBO纤维增强树脂基复合材料的力学性能，研究纤维含量和力学性能之间的关系，探讨其在高强度和高刚度方面的应用潜力。
3. 评估 PBO纤维增强树脂基复合材料的热稳定性能，研究不同温度下的热性能表现和热分解动力学机理，探讨其在高温环境下的应用潜力。
轻质纤维增强复合材料的研究
轻质纤维增强复合材料的研究在现代材料科学领域中，轻质纤维增强复合材料正以其卓越的性能和广泛的应用前景引起了众多研究者的关注。
这种材料不仅在重量上具有明显优势，还在强度、刚度、耐腐蚀性等方面展现出了出色的表现，从而在航空航天、汽车、建筑、体育用品等多个行业中发挥着日益重要的作用。
一、轻质纤维增强复合材料的组成与分类轻质纤维增强复合材料通常由纤维增强体和基体材料两部分组成。
纤维增强体可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，它们具有高强度和高模量的特点，为复合材料提供了主要的承载能力。
基体材料则多为树脂，如环氧树脂、聚酯树脂等，其作用是将纤维增强体粘结在一起，并传递载荷。
根据纤维的种类和排列方式，轻质纤维增强复合材料可以分为多种类型。
例如，玻璃纤维增强复合材料成本相对较低，具有较好的耐腐蚀性能，常用于一般工业领域；碳纤维增强复合材料具有极高的强度和刚度，但价格较高，主要应用于对性能要求苛刻的航空航天领域；芳纶纤维增强复合材料则具有良好的抗冲击性能，在防弹领域有广泛的应用。
二、轻质纤维增强复合材料的性能优势轻质纤维增强复合材料最显著的特点就是其轻质高强的特性。
与传统的金属材料相比，相同强度下，其重量可以减轻很多。
这使得在需要减轻重量的应用中，如飞机结构中，能够大大降低燃油消耗，提高飞行效率。
此外，这种材料还具有良好的耐腐蚀性。
在恶劣的环境条件下，如潮湿、酸碱等环境中，其性能能够保持相对稳定，减少了维护和更换的成本。
同时，它还具有较好的抗疲劳性能，能够在长期循环载荷作用下保持良好的性能。
三、轻质纤维增强复合材料的制备工艺制备轻质纤维增强复合材料的方法有多种，常见的包括手糊成型、喷射成型、模压成型、缠绕成型等。
手糊成型是一种较为简单的方法，适用于小批量、形状复杂的制品。
但其劳动强度大，制品质量不易控制。
喷射成型则可以提高生产效率，但材料的浪费相对较多。
模压成型适合于大批量生产，制品尺寸精度高，但模具成本较高。
缠绕成型则常用于制造管状或筒状制品，能够充分发挥纤维的强度优势。
纤维增强复合材料在土木工程中的应用研究
纤维增强复合材料在土木工程中的应用研究摘要：本研究系统探讨了纤维增强复合材料在土木工程中的应用研究，着重分析了其在桥梁结构、建筑设计、隧道工程等方面的实际效果。
通过对纤维增强复合材料的性能测试和工程案例分析，揭示了其轻质、高强、耐腐蚀等优势，为土木工程提供了可行的创新解决方案。
然而，应用过程中仍需注意适应性和环境特殊性，以克服潜在挑战。
本研究的结论强调了纤维增强复合材料在土木工程中的潜在价值，为未来工程设计和可持续发展提供了重要指导。
关键词：纤维增强复合材料；土木工程；应用引言纤维增强复合材料因其卓越的力学性能和多样的组合方式，在土木工程领域引起了广泛关注。
作为一种创新的结构材料，纤维增强复合材料具备轻质、高强、耐久等优势，为传统土木工程材料的局限性提供了有效的解决方案。
本文旨在深入研究纤维增强复合材料在桥梁结构、建筑设计、隧道工程等方面的应用，通过性能测试和工程案例分析，全面评估其在土木工程中的实际效果，并为未来的工程设计和可持续发展提供有力支持。
一、纤维增强复合材料概述（一）定义与特点纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composite Materials）是一种由纤维和基体组成的材料体系，通过将高强度、高模量的纤维与基体材料相结合，充分发挥各自优势，形成性能卓越的整体材料。
其基本构成包括纤维、基体和界面，其中纤维负责承受拉伸或弯曲等受力，基体则起到支撑和保护纤维的作用，而界面则连接纤维与基体，传递力量并保持二者的相对位置。
纤维通常选用玻璃纤维、碳纤维、或者有机合成纤维，而基体则常采用聚合物、金属或陶瓷等材料。
纤维增强复合材料具有出色的特点，包括高强度、高模量、轻质化、抗腐蚀、耐疲劳等。
这些特性使其在土木工程领域具备广泛的应用前景，能够满足工程结构对轻量化、耐久性和性能优越性的要求。
（二）分类与性能根据纤维的不同种类和排布方式，纤维增强复合材料可分为各种不同的类型，如连续纤维增强复合材料、短纤维增强复合材料等。
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液氮中 空气中
重复以上步骤共三次 ,取出试样后做力学性能 测试 。 3 结果与讨论 3. 1 常规力学性能 3. 1. 1 拉伸性能
4211 是目前在我国航空航天领域广泛应用的 一种高性能复合材料树脂基体 ,5228 是北京航空材 料研究院在“八·五”期间研制的一种高韧性 、耐湿热 的环氧树脂基体 。图 1 是 M40/ EB99 —1 复合材料 与高模量纤维增强热固化复合材料 M40/ 4211 、M40/ 5228 的拉伸性能的比较[6] 。
高模量纤维增强电子束固化复合材料 ,不但能 保证复合材料制件在制造过程中的尺寸精度 ,而且 能保证制件在使用过程中高的自然频率 ,确保制件 的尺寸稳定性 ,提高卫星信号传输的精度[5] 。 2 实验 2. 1 主要原材料
石墨纤维 : M40B —3000 —40B ; M40JB —12000 — 50B ,日本东丽公司 。
图 1 三种复合材料的拉伸强度和拉伸模量 Fig. 1 Tensile properties of M40/ EB9921 composites
由图 1 可见 :M40/ EB99 —1 复合材料拉伸强度 和拉伸模量都比 M40/ 4211 、M40/ 5228 复合材料的 大 ,其拉伸强度比 M40/ 4211 复合材料高 15 % ;拉伸 模量高 6 % ,是 M40/ 5228 复合材料的 1. 08 倍 。虽然 单向复合材料的拉伸性能主要由碳纤维的性能所决 定 ,但是在电子束固化中 , EB99 —1 电子束固化树脂 的固化收缩率低 ,复合材料的残余应力较低 ,使单向 复合材料中纤维的准直度较高 ,从而有利于提高复 合材料的拉伸性能 。
关键词 电子束固化 ,树脂基复合材料 ,高模量碳纤维 ,力学性能
Properties of Electron Beam Curing Composites Reinforced by Graphite Fibers
Bao Jianwen1 Xu Songhua2 Li Ye1 Chen Xiangbao1
测试设备 : 常温力学性能在 MTS800 万能试验 机进行 ;高温力学性能在 WD —5 型电子万能试验机 进行 。 2. 3. 2 湿热试验
将试样浸泡在 100 ℃的去离子水中 ,定期用分 析天平称量试样的增重量 ,然后计算试样的吸湿率 。 2. 3. 3 冷热循环的力学性能试验
将试样按照表 1 所示工艺过程进行冷热循环实
树脂基体 : EB99 —1 电子束固化环氧树脂基体 , 北京航空材料研究院 。 2. 2 试样制备 2. 2. 1 预浸料制备
将 EB99 —1 电子束固化环氧树脂体系各组分 , 用溶剂溶解成匀相透明溶液后 ,在湿法单向纤维缠 绕机上制作预浸料 ,纤维间距为 1. 5 mm。 2. 2. 2 单向板制备
宇航材料工艺 2003 年 第 4 期
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和人体的危害 ;固化工艺便于实现连续化操作[2] ;改 善了材料的工艺操作性 。 高强度碳纤维增强树脂基复合材料主要应用于 满足主承力构件的高强度设计要求 ,而高模量碳纤 维增强复合材料主要应用于复合材料制件的高刚 度 、高尺寸精度 、高尺寸稳定性设计要求 ,在人造卫 星等航天飞行器结构中应用尤其广泛[3 ,4] ,如星载 天线 、波导等 。
宇航材料工艺 2003 年 第 4 期
图 4 三种复合材料弯曲强度比较 Fig. 4 Comparison of flexural strength between
M40/ EB9921 and other composites
复合材料的弯曲性能是其拉伸 、压缩 、剪切基体 树脂性能 、材料界面以及纤维/ 基体的匹配性等多种 性能的综合体现 。从图 4 中可以看到 ,M40/ EB99 — 1 复合材料的弯曲强度比 M40/ 4211 和 M40/ 5228 都 高 。这些实验结果说明 ,高模量碳纤维增强电子束 固化 EB99 —1 复合材料有着比高模量碳纤维增强热 固化 4211 及 5228 复合材料更为优异的综合力学性 能。 3. 2 冷热循环对复合材料性能的影响
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表 2 列出了几种复合材料在经冷热循环前后的 剪切强度 。
表 2 复合材料冷热循环前后剪切强度比较 Tab. 2 Thermal fatigue resistance of M40/ EB9921 composites
材料
冷热循环后
剪切强度 冷热循环前
保持率
/ MPa
/ MPa
/%
Key words Electron beam curing ,Resin based composite , Graphite fiber ,Mechanical property
1 前言 树脂基复合材料的电子束固化成型技术是在复
合材料低成本化和无公害化的背景下发展起来的一 种新的复合材料成型工艺 ,与热固化成型技术相比
将组装完成的坯件放进真空袋 ,在恒温箱中保 持 105 ℃下抽真空 4 h ,自然冷却 。用电子束固化 , 固化工艺参数 : 辐射剂量 150 kGy ; 辐射剂量率 100 Gy/ s ;环境温度为室温 。 2. 3 实验方法与设备 2. 3. 1 力学性能测试
力学性能测试参照标准 :拉伸试验按 GB3354 — 82 执行 ;弯曲试验按 GB3356 —82 执行 ;压缩试验按 GB3856 —82 执行 ;剪切试验按 GB3357 —82 执行 。
(1 Beijing Institute of Aeronautical Materials ,Beijing 100095) (2 Beijing University of Aeronautics & Astronautics ,Beijing 100083)
Abstract M40/ EB9921 prepregs are prepared by wet winding to study the normal mechanical properties ,thermal fatigue resistance and thermophysical properties of M40/ EB9921 composites cured by EB. Compared with thermal curing M40/ 5228 and M40/ 4211 composites ,M40/ EB9921 composites possesses excellent comprehensive mechanical proper2 ties ,but its short beam shear strength is lower than that of M40/ 5228 composites slightly. The thermal fatigue resistance of the M40/ EB9921 composites is much more excellent than that of other thermal curing composites.
宇航材料工艺 2003 年 第 4 期
3. 1. 2 压缩性能 图 2 是三种复合材料的压缩性能 。由图 2 可
知 :M40/ EB99 —1 复合材料的压缩强度和压缩模量 都是最高的 ,M40/ EB99 —1 比 M40/ 5228 的压缩强度 高 18 % , 比 M40/ 4211 高 4. 8 % ; 压缩模量比 M40/ 5228 高 11 % ,比 M40/ 4211 高 11. 3 %。虽然复合材 料的压缩性能也是由纤维类型和纤维体积分数所控 制的 ,但是它也受到纤维准直度 、纤维与树脂的匹配 性 、界面 、固化残余应力等因素的影响 。材料的纤维 / 基体界面越好 ,残余应力越小 ,越有利于提高复合 材料的压缩性能 。在电子束固化中 ,树脂基体的固 化收缩率低 ,残余应力小 ,同时又有较好的纤维/ 基 体界面 ,因此 M40/ EB99 —1 复合材料表现出较好的 压缩性能 。
较 ,它具有许多独特的优点[1] :可以实现室温或者低 温固化 ,利于制件的尺寸控制 ,并减小了固化复合材 料的残余应力 ;固化速度快 ,成型周期短 ;适于制造 大型复合材料制件 ;可选择区域固化 ;减小了对环境
收稿日期 :2002 - 10 - 30 ;修回日期 :2002 - 11 - 12 3 国家自然科学基金资助项目 :59 833 110 包建文 ,1969 年出生 ,博士 ,主要从事先进树脂基复合材料的研究工作
M40J/ EB99 —1
69. 36
— 54 —
验。
表 1 冷热循环实验工艺 Tab. 1 Process of thermal cycles
时间 /h
温度 /℃
状态 M40/ EB99 —1 M40J/ EB99 —1
0～0. 5
120
恒温箱中
恒温箱中
0. 5～1
25
空气中
空气中
1～1. 5 1. 5～2
- 196 25
液氮中 空气中
M40/ EB99 —1 的固化收缩率较低 ,复合材料的残余 应力较小 。因此虽然 M40/ EB99 —1 复合材料的剪 切性能不及 M40/ 5228 复合材料 ,但它却远远高于 M40/ 4211 复合材料 (约为 M40/ 4211 复合材料层间 剪切强度的 2 倍) 。