T2800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究-同济大学学报-北京化工
碳纤维环氧树脂复合材料的改性及改性机理
通过选择性地在ＣＦ／ＥＰ复合材料中引入适当 的高性能聚合物。可在ＣＦ表面形成柔性、刚性呈 梯度变化的聚合物层。它不仅可以提高复合材料 的界面黏结力、层间剪切强度和弯曲强度、冲击强 度等性能。还可有效地改善复合材料界面的抗水 性以及赋予复合材料新功能。 ２．２．１聚合物改性ＣＦ／ＥＰ复合材料
树脂基复合材料中黏弹性树脂基体能够提供 良好的阻尼性能，而且由于界面的存在提高了复 合材料的阻尼性能，使得它在阻尼材料领域开始 得到重视。ＫＩＳＨＩ等旧用聚合物（聚氨酯弹性体、聚 乙烯基的离聚物和聚酰胺弹性体）改性ＣＦ／ＥＰ复 合材料的阻尼性能。通过用机械阻抗的方法检测 改性复合材料的阻尼性能。研究结果表明，加入的 弹性体可有效提高复合材料的阻尼性能，阻尼效 果不但与聚合物材料的黏弹性有关，而且还同ＣＦ 增强材料有关。因为ＣＦ影响聚合物区域的刚度 和中间层膜的应力变化。
ＹＵＮ等［２０ｌ通过在固化前将聚砜膜插入到ＣＦ， ＥＰ预浸渍品中改性ＣＦ／ＥＰ复合材料。研究发现， 当加入质量分数为２０％的聚砜膜时，复合材料的 断裂韧性提高了２．７倍。由于ＣＦ具有一定的导电 性能，因此，ＣＦ／ＥＰ复合材料也是一种良好的电磁 屏蔽材料。但当ＣＦ的加入量较低时，ＣＦ／ＥＰ复合 材料不能满足电磁屏蔽材料的要求；而当ＣＦ含 量较高时。虽然可获得良好的交流导电性和更好 的介电性能．但常会引起被保护的电子设备表面 短路。因此，为了避免出现上述情况，需要在聚合 物基体中产生更多数目的电偶极子。其中，在ＣＦ／ ＥＰ复合材料中加入聚苯胺或聚苯胺盐进行改性， 可获得性能更加优良的导电复合材料。
iData_碳纤维_环氧树脂复合材料的热氧老化机理_张艳萍
第34卷第5期2007年北京化工大学学报JOU RNAL OF BEIJING U NI VERSIT Y O F CHEM ICA L T ECHN OL OGY Vol.34,N o.52007碳纤维/环氧树脂复合材料的热氧老化机理张艳萍 熊金平*左 禹(北京化工大学材料科学与工程学院,北京 100029)摘 要:以碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,分别采用失重法、静态与动态(DM T A)力学性能测试和IR 分析,研究了其热氧老化规律与机理。
结果表明:在热氧老化条件下,碳纤维/环氧树脂复合材料的失重率与时间之间的关系服从指数规律;其弯曲强度保留率在25e 热氧老化条件下与老化时间无关,而在100和150e 条件下则随时间呈指数规律衰减,并且温度越高,其弯曲强度保留率下降越快;DMT A 与I R 分析结果一致,25和100e 的条件下,碳纤维/环氧树脂复合材料的老化形式为物理老化,而在150e 的条件下,则既有物理老化,又有化学老化。
关键词:碳纤维;环氧树脂;复合材料;热氧老化中图分类号:T Q 05014收稿日期:2007-03-06基金项目:国家/十五0重大项目(50499334);国家科技基础条件平台建设项目(2005DKA 10400)第一作者:女,1982年生,硕士生*通讯联系人E -mail:xio ngjp@碳纤维/环氧树脂复合材料比强度和比模量高,抗疲劳性好,耐高温性能优异,有优良的耐破损安全性,因而广泛应用于生产生活中。
但其在实际生活中由于受到热、湿、盐雾、紫外光与风沙等外界环境的影响,使其发生老化。
已有许多文献对复合材料的老化问题进行了研究,如老化阶段复合材料的吸湿规律[1-3],疲劳裂纹在材料中的形成与发展机制[4],测量弯曲模量及其他性能参数[5],但复合材料在热氧老化作用下的机理还研究甚少。
为此,本文以碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,通过测量其在热氧老化条件下的静态与动态力学性能,采用IR 分析了复合材料老化前后的分子结构,并利用SEM 观察其老化前后的微观形貌,在此基础上又进一步对其热氧老化机制进行了研究。
高性能T800碳纤维复合材料树脂基体_陈伟明
复合材料学报第23卷 第4期 8月 2006年A cta M ateriae Co mpo sitae SinicaVo l .23N o .4A ugust2006文章编号:10003851(2006)04002907收稿日期:20050911;收修改稿日期:20051230通讯作者:王成忠,讲师,主要从事碳纤维复合材料的研究 E -mail :czw ang @mail.bu 高性能T800碳纤维复合材料树脂基体陈伟明,王成忠*,周同悦,杨小平(北京化工大学碳纤维及复合材料研究所,北京100029)摘 要: 在分析T 800碳纤维表面上胶剂的基础上,系统研究了适用于制备高性能T 800碳纤维复合材料的树脂基体,测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能,研究了树脂基体对T 800碳纤维复合材料界面性能的影响。
结果表明,T 800碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高,与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性,经复配和优化的树脂体系其T 800碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138M Pa ,N O L 环拉伸强度达到2530M Pa ,玻璃化温度(T g )达到213℃,具有优异的界面性能和耐热性能。
关键词: T800碳纤维;环氧树脂;复合材料中图分类号: TB332 文献标识码:AHigh -performance resin matrix for T800carbon fiber compositesC H EN Weim ing ,WANG Chengzhong *,ZH OU To ng yue ,YANG Xiaoping(Institute of Car bo n F iber and Compo site ,Beijing U niver sity of Chemical T echnolog y ,Beijing 100029,China )A bstract : H ig h -pe rfo rmance ca rbon fiber has been wide ly used in commer cial and military fields because o f its hig h streng th ,lig ht w eig ht and high stiffness.How ever ,the applicatio n of hig he r perfo rmance carbo n fiber (e.g.T 800)wo uld cause w o rse mechanical perfo rmance s because of the ex treme inertness o f its surface caused by the alig nment of g raphitic cry sta llites.In or der to pro duce the hig h -pe rfo rmance re sin mat rix ,w hich can bond T 800carbo n fibe r (CF )well ,the sizing of T 800CF w as analyzed.T he effect o f resin matrix 's structure and property o n T800CF co mpo site wa s studied based on the analy sis.M eanw hile ,the mechanical pro pe rty and ther mal mechanical property of the resin and its car bo n fiber com po site w ere analy zed.T he results sho w that T 800sizing po ssesse s hig h content of ester ,which can possess excellent inter facial proper ties with g ly ceride epox y.W ith the help of the o ptimized resin sy stem ,the T 800CF compo site po ssesse s ex cellent interfacia l proper ties and heat -r esistance proper ties.T he inter -laminar shea r streng th (IL SS )o f the composite is 138M Pa ,the te nsile str eng th o f N O L ring s is 2530M Pa ,and the glass t ransition temperature (T g )is 213℃.Keywords : T 800carbo n fiber ;epo xy re sin ;co mpo sites 碳纤维具有高强、质轻、耐疲劳等优异性能,以其为增强材料制备的高性能树脂基复合材料广泛应用于体育器材、航空航天等领域。
耐高温的多官能团环氧树脂复合材料2013-7
耐高温的多官能团环氧树脂复合材料杭苏平上海华谊树脂有限公司1、关于上海华谊树脂有限公司上海华谊树脂有限公司是由上海华谊集团投资有限公司与华东理工大学华昌聚合物有限公司共同投资组建的公司，于2013年6月28日成立。
双方将把原华谊集团上海市合成树脂研究所的安得宝/ADBEST® AG80、AFG90产品和华东理工大学华昌聚合物有限公司的美丽坚/MERICAN® M3系列环氧树脂体系产品的销售和生产组合到现在的上海华谊树脂有限公司，上海市合成树脂研究所的伏达®聚酰亚胺产品业务也将转移到新成立的华谊树脂中生产。
上海华谊树脂有限公司的在复合材料应用领域的核心产品为:多官能团环氧树脂安得宝/ADBEST® AG80 、AFG90/MERICAN® M*安得宝/ADBEST ® 胶粘剂美丽坚/MERICAN®的树脂/固化剂体系安得宝/ADBEST® AG-80产品是上海市合成树脂研究所在70年代研发生产的四官能缩水甘油胺环氧树脂, 上海合成树脂所已经生产40 多年，已广泛应用于我国航天航空复合材料, 并开发了以其为主料的高温粘结剂及导电胶。
在新的上海华谊树脂有限公司的框架下，将改造扩建生产设备，提高批次产能和稳定性。
并利用华东理工大学（原华东化工学院）的研发平台及上海合成树脂所原有的研发力量，开发新的树脂产品系列及应用领域，加强技术合作及客户技术支持。
同时，我们也将继续进行拉挤、缠绕、RTM、预浸料树脂体系的研发工作。
2、上海华谊树脂有限公司的环氧树脂产品2.1 ADBEST/AG80 四官能缩水甘油胺环氧树脂，重均分子量 410～490(4，4’－二氨基二苯甲烷)（tetraglycidyl-4,4’-diaminodiphenylmethane, TGDDM）ADBEST® AG-80多官能团环氧液体性能指标项目 指标 外观 红棕色-琥珀色粘稠液体 环氧值 ≥0.8当量/100克 总氯 ≤0.5% 挥发份 ≤1.5%粘度（50℃） 3.0～7.0Ps.s2.2 ADBEST® AG-80树脂浇铸体性能项 目 指 标 测试方法 拉伸强度，MPa 70～80 GB/T 2567-2008 拉伸模量，GPa 3.0～3.5 GB/T 2567-2008 断裂伸长率，% 1.0～3.0 GB/T 2567-2008 弯曲强度，MPa 120～135 GB/T 2567-2008 弯曲模量，GPa 3.0～3.5GB/T 2567-2008玻璃化转变温度，℃210～220 DSC （10℃/min）注：1、固化系AG80环氧树脂：DDS=100:352、上表数据为充分固化树脂浇铸体的典型性能，不应视作产品规格。
高热膨胀系数缠绕复合材料用环氧树脂基体的研制
测试显示 ， 制备的 Ｃ Ｂ —Ｐ与环氧树脂具有 良好 的相 容性 。实验结果表 明， 着 Ｃ Ｂ —Ｐ含 量的增加 ， 脂体 系的弯曲强度 Ｔ ＮＥ 随 Ｔ ＮＥ 树
和弯 曲模 量降低 ， 而冲击强度逐渐增大。 ３树脂体 系中 Ｃ Ｂ ．Ｐ的质量分数为 ２ ％ 时 ， － ＂ Ｔ ＮＥ ０ 复合材料筒体的轴向热膨胀 系数 与光
玻 璃 钢 ／ 复 合 材 料
４ ｌ
表 １ 主要 原材料的化学结构式
Ｔ ｂ ｅ １ Ｃ ｅ ｃ ｌｓｒ ｃｕ ｅ ｆｔｅ ｍａｎ ｍａｅ ｉｌ ａ ｌ ｈ ｍｉ ａ ｔｕ ｔ ｒ ｓｏ ｉ ｔｒ ｓ ｈ ａ
ＣＨ２
－
＼
。
／
ＣＨ 毫 Ｈ２ ｏ ＿＋ ｎ ℃ｏ ３
（７０ Ｃ，２ ，日本 东 丽 公 司 。主 要 原 材 料 的化 Ｔ０ Ｓ １Ｋ） 学结构 式见 表 １ 。
收稿 日期 ：２ １－１ ５ ０ １０ － ２ 作者简介 ：朱博 （ ９７ ） １ ８ 一 ，男 ， 士 ， 硕 主要从事复合材料性能及其成型工艺的研究 。
嘲 √跏０舞
２ １ 年 第 ６期 ０１
艺 ｍ ， ，ｊ但其最大的弱点是 固化后质脆 、 耐冲击性较
差 和容 易开裂 即韧性 不足 ， 了解决这 些 问题 ， 为 国内 外 对环 氧树脂 增韧技 术进 行 了很 多研 究 。本文 以具
有反应性端基 的液体橡胶和环氧树脂为原料， 制备 了不同丙烯腈含量的端羧基丁腈橡胶与环氧树脂的 加成产物 。通过红 外光谱 验证 羧基与环氧基 的反 应， 分析了橡胶改性环氧树脂的相分离结构 ， 并讨论 了不同丙烯腈含量的橡胶与环氧树脂 的相容性。同 时研究 了不 同含 量 橡 胶 改 性 环 氧 树 脂 体 系 的 耐 热
碳纤维增强环氧树脂复合材料性与结构的研究
碳纤维增强环氧树脂复合材料性能与结构的研究碳纤维增强环氧树脂复合材料性能与结构的研究摘要：本文研究了E-44双酚A型环氧树脂固化体系的反应特性，以低分子聚酰胺树脂为固化剂，采用手糊成型螺栓加压工艺制备了复合材料，并以沥青基碳纤维为增强材料，研究了复合材料的常温力学性能、水煮后力学性能和固化过程的热分析，并对其拉伸断面进行了分析。
研究结果得出：E-44树脂基体粘度低、韧性好且适用期长，适合于手糊成型，缠绕成型等低成本的制造工艺，因此制得的EP/CF复合材料具有优良的力学性能；该复合材料也具有良好的界面粘接性（树脂对纤维的浸润性良好）、较低的空隙率且碳纤维分布均匀。
关键Carbon fibre reinforced epoxy resin composite materialproperties and structure of the researchAbstract: This paper studies the E-44 bisphenol A type epoxy resin curing system response characteristics, with low molecular polyamide resin as curing agent, the pressure molding paste hand bolt for the composite technology was studied, and the carbon fiber with asphalt to strengthen materials, the mechanical properties of the composite materials under normal temperature, boiled after the mechanical properties and the solidification process of thermal analysis, and the tensile section is analyzed. We can get this conclusions:E-44 resin matrix low viscosity, good toughness penguins applicable periods long, suitable for molding paste hand around the molding, the low cost manufacturing process, thus made EP/CF composite material with excellent mechanical properties; The composite material also has a good interface bonding sex (of the fibers infiltrating the resin good), low air void and carbon fiber distribution even.Keywords: epoxy resins; Carbon fiber; Composite materials; Mechanical propertie.目录1 前言 (1)1.1 课题背景 (1)1.1.1 复合材料定义 (1)1.1.2 EP/CF复合材料的应用 (1)1.2 双酚A型环氧树脂 (2)1.2.1 双酚A型环氧树脂的定义 (2)1.2.2 双酚A型环氧树脂的固化原理 (3)1.2.3 双酚A型环氧树脂的结构 (3)1.3 环氧树脂固化剂 (4)1.3.1 环氧树脂固化剂的定义 (4)1.3.2 环氧树脂固化剂分类 (4)1.3.3 环氧树脂固化剂发展趋势 (6)1.3.4低分子聚酰胺树脂（型号650） (7)1.4碳纤维 (8)1.4.1 碳纤维概述 (8)1.4.2 碳纤维的性能 (9)1.4.3 碳纤维的处理 (11)1.5 环氧树脂/碳纤维的增强机理 (13)1.6 选题的目的与研究意义 (13)2 实验部分 (15)2.1 主要实验原料及试剂 (15)2.2 实验原料的配比 (15)2.3 主要实验设备 (15)2.4 实验流程 (16)2.4.1 实验流程图 (16)2.4. 碳纤维处理 (18)2.4.3 环氧树脂/碳纤维复合材料的制备 (18)2.5 性能测试 (19)2.5.1 力学性能测试 (19)2.5.2 固化过程的热分析 (19)2.5.3 E-44环氧树脂固化过程的温度变化的研究 (19)2..4 碳纤维增强环氧树脂复合材料的微观结构的观察 (19)3 结果与讨论 (20)3.1 常温下处理的碳纤维增强复合材料的力学性能 (20)3.2 水煮后碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能 (21)3.3 碳纤维处理时间的不同对复合材料的力学性能的影响 (22)3.4 力学性能的对比 (27)3.4.1 常温下复合材料的力学性能 (27)3.4.2 水煮后复合材料的力学性能 (27)3.5 固化过程的热分析 (27)3.6 E-44环氧树脂固化过程的温度升高研究 (28)3.7 碳纤维增强复合材料的断面的显微结构 (29)4 结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)1前言1.1 课题背景1.1.1 复合材料定义复合材料，是指把两种以上宏观上不同的材料，合理地进行复合而制得的一种材料，目的是通过复合材料来提高单一材料所不能发挥的各种特性。
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
h
6
3、加入改性碳纤维的环氧树脂样品的制备： （1）将碳纤维放置在箱式电阻炉中于在400 ℃下氧化处理30 min，冷却到室温后备用。
将碳纤维放置在偶联剂（即KH550）丙酮溶液中改性处理，偶联剂的质量分数分别为0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%。
（2）用称重器和烧杯称量所需要质量的分散剂与固化剂。 （3）将一定量的环氧树脂与分散剂混合，然后加入超声分散好的改性碳纤维，最后加入 一定量的固化剂常温等待其固化，将制备好的样品进行力学性能测试。
h
4
实验内容
实验原料
环氧树脂、环氧树脂固化剂、偶联剂、碳纤维、改性碳纤维
实验所需设备
干燥箱、电子天平、环块摩擦试验机、电子万能试样机、体式显微镜
h
5
实验过程
1、环氧树脂样品的制备 （1）用天平和烧杯称量一定量的环氧树脂，用一定量分散剂稀释备用。 （2）用烧杯称量所需质量的固化剂（质量分数分别为20 wt%、25 wt%、30 wt%、35 wt%），倒入环氧树脂烧杯中，均匀搅拌混合样品，常温下固化制得环氧树脂样品。 2、碳纤维/环氧树脂样品制备： （1）称取所需质量的碳纤维备用，碳纤维含量分别为5 vol%、10 vol%、15 vol%、20 vol%。将碳纤维在丙酮溶液中超声分散。 （2）称取一定量的环氧树脂，并称取所需要的固化剂质量。 （3）将超声分散好的碳纤维加入用分散剂稀释好的环氧树脂中，用玻璃棒充分搅拌，动 作幅度要小，避免能产生气泡，搅拌均匀后，加入固化剂。倒入模具中常温固化，便于测试其 力学性能。
h
3
本文的研究意义
本文研究在环氧树脂的基体中加入碳纤维，利用碳纤维良好的性能来提高环氧树 脂材料的强度和韧性，本文主要研究碳纤维/环氧树脂基复合材料的固化工艺。观察 碳纤维、改性碳纤维、固化剂含量对碳纤维环氧树脂基复合材料压缩、弯曲的影响。 观察碳纤维/改性碳纤维/环氧树脂基复合材料在高温时的尺寸稳定性。研究碳纤维/ 改性碳纤维/环氧树脂基复合材料的摩擦磨损性能。
湿法缠绕用次中温固化的环氧树脂配方_苏祖君
图 2 体系粘度和时间的关系曲线 (温度为 30 ℃)
3. 2 体系固化反应动力学 分别以 5 ℃/ min 、10 ℃/ min 及 15 ℃/ min 的升温
图 1 669 对 E - 51 的稀释效果 (温度为 30 ℃)
3. 1. 2 体系适用期的测定 采用旋转粘度计测定了 30 ℃下体系粘度和时
间之间的关系 (见图 2) 。由图 2 可以看出 ,体系初 始粘度为 0. 345Pa·s ,6 小时之内粘度变化缓慢 ,这 大概是由于经过改性芳香胺 ,其中的伯胺已转变为 仲胺 ,固化反应活性降低所致 。6 小时之后 ,体系粘 度迅速上升至 10Pa·s 以上 ,失去利用价值 。因此 , 体系的适用期在 6 小时左右 。
10
92
147
195
15
106
159
207
Kissinger[ 8 ] 认为峰值温度 和 升 温 速 率 之 间 有 如 下关系式 :
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
1 前 言
湿法缠绕成型是指增强材料经过树脂浸渍后直 接缠绕在芯模上 ,经固化后成型的一种复合材料成 型方法[1] 。由于省去了干法缠绕成型中的预浸带制 作工序 ,因此湿法缠绕成型可提高制品生产效率 ,有 效降低生产成本 。目前 ,湿法缠绕技术是航空航天 等高性能复合材料成型的重要方法 ,获得了广泛应 用。
碳纤维预浸料用中温固化环氧树脂体系_尚武林
２
合成纤维 Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｆｉｂｅｒ ｉｎ Ｃｈｉｎａ
表 1 给出了不同 DICY 含量时环氧树脂体系在 70 ℃下的黏度值。由测试数据可见：在 DICY 含量 小于 50 g 时，黏度值随着 DICY 含量的增加而增 大。这是由于固化剂 DICY 是以固体形式存在于环 氧树脂体系中的，在不考虑化学反应的情况下， DICY 充当了固体填料的作用，而固体填料有对环 氧树脂增稠的作用 [10]。当 DICY 含量继续增大，黏 度值出现波动，而非继续增大，这可能是由于 DICY 相对变化量越来越小不足以引起黏度的较大 变化。由总体数据可计算出添加 DICY 后黏度最大 值和最小值的差值只有 4.25 Pa·s，同时也说明在
DSC 分 析 ： 以 5 ℃ /min 的 升 温 速 率 ， 采 用 DRY-1P 型差热分析仪分别测试不同固化剂含量时 树脂体系的放热曲线。
力学性能测试：根据 GB/T 2567—2008 的要求 分别制备环氧树脂的弯曲及拉伸浇注样条，再按 10 mm/min 的加载速度分别测试固化后树脂样条的 弯曲及拉伸性能。树脂浇注样条的成型工艺是首先 在 120 ℃ 下 固 化 60 min， 再 在 150 ℃ 下 后 固 化 90 min，成型过程中要求树脂中不能有气泡存在。
DSC 数据。当 DICY 含量较少时，随着 DICY 含量 的增加，Tpeak 有增大的趋势，这可能是由于各种配 方的 DCMU 添加量是一样的，随着 DICY 含量的增 大，此时所引起的 DCMU/DICY 比例减少量相对较 大造成的；当 DICY 含量增大到一定值后，这时由
T700碳纤维复合材料耐湿热老化研究
前言 由于具有高强度、高模量、低密度等优点，碳纤维成为当前最重要的高性能纤维。
碳纤维复合材料已广泛应用在航空航天、海洋、汽车、体育器材等领域。
在西方发达国家，当前最佳的固体火箭发动机壳体几乎全部采用碳纤维复合材料；年月正式下水的美国“短剑”（2006 2 M80 ）高速隐形快艇，由于使用了全碳纤维复Stiletto 合材料船身，比传统的钢铁外壳更结实，更轻巧，整体质量不超过，速度可达。
500 t 50 kn 树脂基体，特别是环氧树脂基体含有羟基、叔胺基、仲胺基等极性基团，在使用过程会吸湿，使其复合材料的性能显著下降。
为了研究碳纤维复合材料耐湿热老化规律，对一种碳 T700 纤维环氧树脂基复合材料进行了耐湿热老化研/究，跟踪研究了该复合材料的抗剪切强度，抗拉伸强度及模量，玻璃化转变温度等随湿热老化时间的变化规律。
试验部分１ 主要原材料及设备１．１ 环氧树脂，环氧值，天津津东TDE-85 0.85化工厂；环氧树脂，环氧值，无锡树脂厂；E-51 0.51（二胺基二苯甲烷），化学纯，上海三DDM 爱思试剂有限公司；碳纤维，线密度，日本东丽公T700 0.80 g/m 司；型缠绕机，哈尔滨玻璃钢研究院制；DSC-1 型电子万能材料试验机。
INSTRON 4505 Ｔ７００ 碳纤维复合材料耐湿热老化研究黄业青，张康助，王晓洁（西安航天复合材料研究所，西安）710025摘要 ： 选用和作为主体树脂，制备了一种碳纤维复合材料，并对这种复合材料进行耐湿热老化研 TDE-85 E-51 T700 究，分别测定其抗剪切强度、抗拉伸强度及模量和玻璃化转变温度随老化时间的变化值。
结果表明，该碳纤维复合 T700 材料耐湿热老化性能较好，其力学性能在的老化过程中变化不太大，但是其玻璃化转变温度值降低很多。
2 000 h 关键词： 碳纤维复合材料；老化；抗剪切强度；抗拉伸强度；抗拉伸模量；玻璃化转变温度中图分类号： TQ327.3文献标识码： A 文章编号： （）1007-9815200603-0019-03Resist to Thermal and Wetting Aging Research on T700 Carbon Fiber CompositeHUANG Ye-qing; ZHANG Kang-zhu; WANG Xiao-jie(Xi'an Aerospace Composite Materials Institute, Xi'an 710025 China)Abstract: One kinds of T700 carbon fiber composite is produced with TDE-85 and E-51 epoxy resin, resist to thermal and wetting aging research on this composite is also done. Gauging the shear strength, tensile strength and modulus, glass transition temperature of the composite and their change during the aging test. The results shows this kinds composite is resist to thermal and wetting aging, its mechanical properties change little in this test, but its glass transition temperature declines a lot during aging test.Key words: carbon fiber composite; aging; shear strength; tensile strength; tensile modulus; glass transition temperature- 20 - 高科技纤维与应用第卷31 复合材料试样的制备１．２ 按规定的配方将树脂配好，在型缠绕 DSC-1 机上缠制（） NOL Naval Ordnance Laboratory 环试样，在固化炉中按℃～℃～ 70 /1h 90 /1h 120℃～℃的条件固化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第32卷第3期2005年北京化工大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GYVol.32,No.32005T 2800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究梁胜彪1,2 王成忠1,2 杨小平1,23(北京化工大学11国家碳纤维工程技术研究中心;21北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京 100029)摘 要:针对制备高性能碳纤维缠绕复合材料的要求,以TDE 285树脂为主体树脂、A G 280树脂为添加树脂,选用混合芳香胺固化剂,研究了一种适合于T 2800碳纤维复合材料缠绕成型的树脂基体。
结果表明,该树脂的黏度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,其浇铸体具有优异的耐热性能与机械性能,而其制备的T 2800碳纤维复合材料界面粘接好,缠绕强力环层间剪切强度达到81MPa 、拉伸强度高于2500MPa ,适合T 2800碳纤维的湿法缠绕成型。
关键词:T 2800碳纤维;环氧树脂;缠绕;复合材料中图分类号:TQ32713收稿日期:2004209202第一作者:男,1980年生,硕士生3通讯联系人E 2mail :lsb0801@ 碳纤维及其复合材料具有高的比强度,比模量,热膨胀系数小等一系列优异的性能,已经成为最理想的宇航复合材料之一[1]。
而缠绕成型已经被认为是低成本制造高性能碳纤维复合材料的首选方法之一,其制备的复合材料制品的性能不仅取决于所用组分各自的性能以及制品的结构设计等因素,还取决于纤维与基体之间的界面性能[223]。
随着碳纤维性能的提高,开发高性能树脂基体,提高纤维强度转化率,已成为火箭发动机壳体等复合材料研究领域的一个热点[4]。
目前,T 2800碳纤维已经开始应用于高性能复合材料制品,但能用于缠绕成型的树脂研究却很少[526]。
由于T 2800纤维与树脂的粘接能力较差,使用常规的树脂品种不能发挥其性能,其缠绕复合材料的强度甚至低于T 2700复合材料的强度[7];由于其纤维直径较小,常规的缠绕工艺使树脂难以完全浸润纤维,复合材料不能发挥应有的性能。
因此,研究能适用于T 2800碳纤维缠绕成型的树脂成为制备高性能缠绕复合材料的关键。
本文以复配的多官能度特种环氧树脂配合混合芳香胺固化剂,开发了一种低黏高强的树脂基体,与T 2800碳纤维的界面粘接性能良好,适合T 2800碳纤维的湿法缠绕成型。
1 实验部分111 实验原料4,52环氧基环己烷21,22二甲酸双缩水甘油酯(TDE 285,环氧值0185),天津津东化工厂;4,4’2二氨基二苯甲烷环氧树脂(A G 280,环氧值0180),上海合成树脂研究所;二氨基二苯甲烷(DDM ),间苯二胺(MPDA ),北京化学试剂公司;稀释剂自制;T 2800(12K )碳纤维,T 2700(12K )碳纤维,均为日本东丽公司生产。
112 试样的制备11211 混合芳香胺的制备 将MPDA 与DDM 以60/40的质量比混合,加热熔融后得到低共熔点混合芳香胺固化剂,熔点为38℃[8]。
11212 浇铸体的制备 将复配树脂、固化剂、稀释剂按照一定的配比混合均匀,真空脱泡后浇铸到标准拉伸试样模具中,在烘箱中按照70℃/1h 80℃/2h100℃/2h150℃/4h 的条件固化。
11213 复合材料的制备 纤维绕在丝架上,涂浸树脂后置于6mm ×2mm ×30mm 的平板模具中通过加压后在烘箱中加热固化(固化工艺与相应的树脂浇铸体相同),切割至规定的尺寸。
NOL 环的制备:将配好的胶液倒入恒温浸胶槽(35℃),恒定张力25N ,在六维数控缠绕机(Mikrosam 公司的MAW202L S126型)上进行NOL环缠绕成型,固化工艺则与相应的树脂浇铸体相同。
113 分析测试树脂热变形温度按G B 1634-79测试;树脂黏度采用NDJ 28S 型旋转黏度计进行测试;树脂浇铸体拉伸性能按照G B/T 2568-1995测试,平板单向复合材料按照J C/T 773-1996测试,NOL 环的拉伸性能和层间剪切强度分别按照G B/T 1458-1988,G B/T 1461-1988测试;用动态热机械分析仪(Rheometric Scientific 公司的DM TA V 型)测定复合材料的热机械性能,频率1Hz ,升温速度10℃/min 。
2 结果与讨论211 树脂基体配方设计复合材料性能在取决于基体和增强体的同时,它们之间的界面作用更是一个重要因素。
作为T 2800碳纤维缠绕用树脂基体,不仅要求树脂有合适的黏度和断裂延伸率[9],还要求树脂浇铸体有足够的强度以及与碳纤维良好的界面粘接性能。
T 2800碳纤维界面效果差[10211],这就要求树脂基体要有较高的极性和合适的交联密度。
三官能度的TDE 285树脂、四官能度的A G 280树脂是目前高性能环氧树脂中极性较高的树脂品种;芳香胺固化剂比酸酐固化剂有更好的强度和耐水性;活性稀释剂可以调节树脂的黏度和固化后的交联密度。
在综合考虑树脂基体黏度2力学性能2耐热性能三者关系的基础上,确定以复配的主体树脂、低熔点混合芳香胺固化剂和混合稀释剂为主要组分的配方原则。
为确定主体树脂中TDE 285和A G 280的比例,采用混合芳香胺固化剂制备了不同配比的树脂浇铸体和T 2800碳纤维单向复合材料(图1)。
可以看出,在加入少量A G 280的情况下,树脂浇铸体可以得到比单用TDE 285更高的拉伸强度,而且相应的T 2800单向复合材料的层间剪切强度也表现出与浇铸体拉伸强度相同的趋势。
这说明,在适量加入A G 280的情况下,A G 280和TDE 285出现协同作用,能得到更加优异的性能。
同时结合树脂黏度,确定混合树脂的配比为m TDE 285/m A G 280=90/10。
进一步实验的树脂基体配方则如表1所示。
图1 树脂配比对树脂浇铸体和复合材料的性能影响Fig.1 Influence of resin mixture ratio on propertiesof casting resin and composite表1 基体树脂配方Table 1 Formulation of epoxy resin matrix配方m TDE 285树脂/g m AG 280树脂/g m 稀释剂/gm 混合芳香胺固化剂/g190101035290102037390102539212 树脂基体的黏度与适用期在湿法缠绕工艺中,树脂黏度与适用期是一个重要评价指标。
从图2中的树脂黏度2时间曲线可以看出,加入10g 稀释剂的树脂基体黏度大,适用期极短,不能满足缠绕工艺的要求;添加25g 活性稀释剂后,树脂基体的黏度迅速下降,35℃下为0151Pa ・s ,适用期超过6h ,已经可以满足湿法缠绕成型对胶液黏度的要求。
图2 35℃下树脂的黏度2时间曲线Fig.2 Viscosity 2time curves of resins at 35℃213 树脂浇铸体的性能测试配方树酯浇铸体性能(表2)可见:稀释剂的增加使浇铸体拉伸强度、弯曲强度和耐热性降低,但降低幅度不大,而拉伸模量却有所上升,相应的断裂延伸率降低。
稀释剂并未对树脂的力学性能造成很大影响,因为稀释剂中除含有柔性缩水甘油醚外,还含有小分子双环氧化合物,协同的结果使树脂固化后的网链密度增大,提高了拉伸模量。
表2 树脂浇铸体性能Table 2 Properties of casting resin配方热变形温度/℃拉伸强度/MPa 拉伸模量/MPa 断裂延伸率/%弯曲强度/MPa 1164102281261215421589430684191303156923316416128214 T 2800碳纤维复合材料力学性能在对树脂浇铸体性能测试中发现,分别添加20・07・北京化工大学学报 2005年g 和25g 稀释剂的配方力学性能相差不大,但配方3的黏度和适用期较适于缠绕工艺,所以对T 2800碳纤维复合材料的制备采用了配方3的树脂基体,力学性能见表3。
表3 T 2800碳纤维复合材料力学性能Table 3 Properties of T 2800carbon fiber based composite材料拉伸强度/MPa 拉伸模量/MPa 层间剪切强度/MPa 单向平板复合材料2490149138NOL 环缠绕复合材料252013681T 2800碳纤维单丝强度为5490MPa ,较T 2700碳纤维的4900MPa 高10%左右,T 2700碳纤维NOL 环复合材料的拉伸强度一般在2100MPa 左右[12213],表3中T 2800碳纤维的平板复合材料和NOL 环的拉伸强度都达到2500MPa 左右,比T 2700复合材料的强度提高10%以上,说明已基本发挥了T 2800碳纤维的强度。
该树脂基体对T 2800碳纤维复合材料的界面粘接性能尤为突出。
单向平板复合材料的层间剪切强度达到了138MPa ,NOL 环剪切强度达到81MPa ,比T 2700碳纤维NOL 环剪切[12213]提高28%。
NOL 环复合材料性能是评价缠绕工艺的重要指标,是衡量缠绕制品性能的主要参数之一,NOL 环层间剪切强度的提高可以提高纤维强度转化率,大大提高缠绕成型压力容器的特性系数(PV/W )。
复合材料界面性能的改善可以从材料的动态热机械性能(DM TA )得到表征。
如果界面粘结不良,当复合材料受到动态负荷时,界面能量耗散较大,表现为损耗模量E ″的增加[14]。
图3是用配方1和配方3树脂基体得到的T 2800单向平板复合材料的热机械曲线。
图3 复合材料的动态力学性能Fig.3 Thermodynamic mechanical properties of composite对比图3中曲线可见,低黏度的配方3树脂基体其复合材料可以获得更高的弹性模量,而损耗模量却低于配方1的复合材料。
表明稀释剂的加入使复合材料的刚性得到提高,同时由于树脂黏度的降低使树脂更容易均匀浸润到碳纤维单丝之间,提高了复合材料的界面性能。
3 结论研究了一种适合于T 2800碳纤维缠绕成型用的基体树脂。
树脂黏度在35℃下为0151Pa ・s ,适用期大于6h ;浇铸体耐热性能优异,热变形温度高于150℃,且机械性能优异,断裂延伸率适中,为416%,能与T 2800碳纤维良好匹配;湿法缠绕成型的T 2800碳纤维复合材料界面粘接好,NOL 环剪切强度达到81MPa ,NOL 环拉伸强度高于2500MPa ,能充分发挥T 2800碳纤维的高强高应变特性。
参考文献[1] 赵稼祥.先进复合材料的发展与展望[J ].材料工程,2000(11):40-46[2] 戴夫・R ・S ,卢斯・A ・C.高分子复合材料加工工程[M ].北京:化学工业出版社,2004[3] 刘 越.碳纤维增强复合材料性能影响因素的探讨[J ].高科技纤维与应用,2003,28(2):29-33[4] 霍肖旭,刘红林,曾晓梅.碳纤维复合材料在固体火箭上的应用[J ].高科技纤维与应用,2000,25(3):1-8[5] 陈祥宝.先进树脂基复合材料的发展[J ].航空材料学报,2000,20(1):46-54[6] 王慧杰.航空复合材料树脂基体的现状及发展[J ].复合材料学报,1995,12(4):35-39[7] 包建文,唐邦铭,沈宝华.5228/T 2800复合材料力学性能研究[J ].纤维复合材料,1997(4):28-31[8] 韩 冰,陈 平,张春华,等.湿法成型用环氧树脂/二氨基二苯甲烷增韧体系[J ].哈尔滨理工大学学报,2000(5):64-67[9] 徐 璋.固体火箭发动机复合材料壳体树脂基体的选择原则[J ].宇航材料工艺,1992(4):38-41[10] Smiley R J ,Delgass W N.AFM ,SEM and XPS char 2acterization of PAN 2bases carbon fibers etched in oxygen plasmas[J ].Journal of Material Science ,1993,28:360123611[11] 郭慧玲,仲伟虹,张佐光.几种碳纤维的表面状态表征与分析[J ].复合材料学报,2001,18(3):38-43[12] 陈平,陈 辉,高巨龙,等.碳纤维复合材料发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究[J ].复合材料学报,・17・第3期 梁胜彪等:T 2800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究2002,19(2):24-29[13] 张春华,韩 冰,黄玉东,等.TDE 285/芳香胺树脂基体及碳纤维复合材料性能[J ].哈尔滨理工大学学报,2000(5):60-63[14] Ikennedy J M ,Edb D D ,Banedee A.Characterizationof interfacial bond strength by dynamic analysis [J ].Journal of Composite Materials ,1992,26(6):869On epoxy resin m atrix for f ilament winding of the T 2800carbon f iber based compositeL IAN G Sheng 2biao 1,2 WAN G Cheng 2zhong 1,2 YAN G Xiao 2ping 1,2(11National Research Center of Carbon Fiber Technology ;21The K ey Laboratory of Beijing City on Preparation andProcessing of Novel Polymer ,Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029,China )Abstract :Through applying a blend of aromatic diamine to cure the epoxy resin consisting of TDE 285mainly and A G 280subsidiarily ,this paper gave a formulation for filament winding of the T 2800carbon fiber based com 2posite.The results of experiments show that the epoxy resin matrix has a low viscosity and long pot 2life and ex 2cellent mechanical and heat 2resistance properties.Through studying the properties of the resultant winded T 2800carbon fiber based composites ,the matrix is proved that it could cohere well with the carbon fiber.The inter 2laminar shear strength of composite NOL ring is high up to 81MPa ,and the tensile strength is 2500MPa.K ey w ords :T 2800carbon fiber ;epoxy resin ;filament winding ;composite(责任编辑 朱晓群)(上接第68页)Synthesis and properties of phosphate modif ied epoxy resinurethane acrylatesL I Chun 2xu ZHAN G Yu 2chuan ZEN G Xian 2yu SHAO Qing(College of Materials Science and Engineering ,Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029,China )Abstract :A new class of halogen 2free photosensitive and flame retardant oligomers were synthesized by 4,4’2diglycidylether of bisphenol A (D GEBA ),dialkyl phosphate ,tolulene 2,42diisocyanate (TDI )and hydroxyethyl acrylate (HEA ).These oligomers were characterized by IR spectroscopy.The photochemical and flame retardant properties of the UV curing coatings based on the oligomers were studied.It is found that the coatings have a short curing time about 3seconds under 1000W high 2pressure mercury lamp at a distance of 15cm from the sample ,and both the degradation temperature and the char yield under 800℃of the coatings are high (more than 20%),which indicate their thermal stability and flame retardancy are good.The cured films have the lim 2iting oxygen index (LO I )values of 2613.With the increase of the phosphorus concentration in the coating ,the thermal stability and flame retardancy of the coatings are enhanced.K ey w ords :oligomer ;photosensitive ;UV curing coating ;flame retardant coating(责任编辑 朱晓群)・27・北京化工大学学报 2005年。