碳纤维增强环氧树脂复合材料性与结构的研究
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。
1.1.2 EP/CF复合材料的应用
环氧树脂（EP）/碳纤维（CF）复合材料具有比强度、比模量高，密度小，结构尺寸稳定，耐热、耐低温及材料性能可设计等优点，其既可以作为结构材料承载又可以作为功能材料发挥作用，已成为航空航天领域的首选材料。
1.2 双酚A型环氧树脂
1.2.1 双酚A型环氧树脂的定义
双酚A型环氧树脂是由环氧氯丙烷与双酚A（二酚基丙烷）在碱性催化剂作用下反应而生成的产物，
1.2.2 双酚A型环氧树脂的固化原理
在环氧树脂的结构中有羟基（〉CH—OH）、醚基（—O—）和极为活泼的环氧基存在，羟基和醚基有高度的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与介质表面（特别是金属表面）的游离键起反应，形成化学键。
因而，环氧树脂具有很高的黏合力，用途很广，商业上被称作“万能胶“。
此外，环氧树脂还可做涂料、浇铸、浸渍及模具等用途。
但是，环氧树脂在未固化前是呈热塑性的线型结构，使用时必须加入固化剂，固化剂与环氧树脂的环氧基等反应，变成网状结构的大分子，成为不溶且不熔的热固性成品。
环氧树脂在固化前相对分子质量都不高，只有通过固化才能形成体形高分子。
环氧树脂的固化要借助固化剂，固化剂的种类很多，主要有多元胺和多元酸，他们的分子中都含有活波氢原子，其中用得最多的是液态多元胺类，如二亚乙基三胺和三乙胺等。
环氧树脂在室温下固化时，还常常需要加些促进剂（如多元硫醇），已达到快速固化的效果。
固化剂的选择与环氧树脂的固化温度有关，在通常温度下固化一般用多元胺和多元硫胺等，而在较高温度下固化一般选用酸酐和多元酸为固
化剂。
不同的固化剂，其交联反应也不同。
1.2.3 双酚A型环氧树脂的结构
双酚A型环氧树脂的大分子结构具有的特征有：
1)大分子的两端是反应能力很强的环氧基；
2)分子主链上有许多醚键，是一种线型聚醚结构；
3)n值较大的树脂分子链上有规律地、相距较远地出现许多仲羟基，可以看成是一种长链多元醇；
4)主链上还有大量苯环、次甲基和异丙基。
1)环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很强的内聚力和粘接力；
2)醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力；
3)醚键和C-C键使大分子具有柔顺性；
4)苯环赋予聚合物以耐热性和刚性；
5)异丙基也赋与大分子一定的刚性；
6)-C-O-键的键能高，从而提高了耐碱性。
1.3 环氧树脂固化剂
1.3.1 环氧树脂固化剂的定义
环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中。
使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。
包括多种类型。
1.3.4 低分子聚酰胺树脂（型号650）
1.3.4.1 低分子聚酰胺树脂的性状
低分子量聚酰胺树脂是一种透明的棕色或褐色粘稠液体，易溶于丙酮、乙醇等有机溶剂，毒性极小。
分子内含有较长的不饱和脂肪烃碳链和氨基、羧基、酰胺基等活性基团，可与环氧树脂分子产生交联而固化；脂肪烃碳链交联时能起内
增塑作用，极大地提高了固化物的抗冲强度，固化物收缩性小，具有较好的粘结强度，柔韧性、绝缘性和抗化学品性
1.4 碳纤维
1.4.1 碳纤维概述
碳纤维(Carbon Fibre，CF)是一种耐高温、抗拉强度高、弹性模量大、质轻的纤维状材料。
它是由有机纤维通过一系列阶段性的热处理碳化而制成的。
碳纤维是将原料纤维在一定的张力、温度下,经过一定时间的预氧化、炭化和石墨化处理等过程制成的。
炭化和石墨化都是在氮气中进行的，炭化反应是使非碳元素借分子间交链反应挥发出来。
在热处理过程中，大量气体挥发后形成更多的石墨层状结构，强度增大，模量增加，导电性也提高。
纤维先由白色变为黄色，继而呈棕黄色，最后变为黑色。
碳纤维属于过渡形式碳，其微结构基本类似石墨，但层面的排列并不规整，属于乱层结构。
随着热处理温度的升高，碳纤维的结构逐步向多晶石墨转化。
微晶是碳纤维微结构的基本单位。
构成多晶结构的基元是六角形芳环的层晶格，石墨片层就是由层晶格组成的层平面。
原纤以网状结构存在，它是由带状的石墨层片组成的微原纤构成的。
原纤之间的界面方向错乱复杂，并且有长而窄的间隙存在。
随着温度的升高，原纤沿纤维轴取向排列。
温度越高，张力越大，择优取向角越小，模量越高。
层间距也随温度的升高而减小，趋近石墨的层间距(d002=0.3354nm)。
纤维由二维乱层石墨结构向三维有序的石墨结构转变。
目前各国工业用的碳纤维原料有聚丙烯腈纤维、粘胶丝和沥青纤维三种。
聚丙烯腈基碳纤维性能好，炭化得率较高(50～60％)，因此以聚丙烯腈制造的碳纤维约占总碳纤维产量的95％。
以粘胶丝为原料制碳纤维炭化得率只有20～30％，这种碳纤维碱金属含量低，特别适宜作烧蚀材料。
以沥青纤维为原料时，炭化得率高达80～90％，成本最低，是正在发展的品种。
1.4.2 碳纤维的性能
碳纤维具有和碳类似的化学性质，在空中当达到400℃左右时会发生氧化反应生成CO2或者CO，但是当隔绝氧气后，使用温度可达到2000℃左右，并且温
度越高，纤维强度越大。
这些特点使得碳纤维具有以下优良的特性：
①比重轻、密度小；超高强力与模量；纤维细而柔软；耐磨、耐疲劳、减振吸能等物理机械性能优异；
②耐酸碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性碳纤维；
③热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃；导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；
④具有润滑性，在熔融金属中不沾熔，可使其复合材料磨损率降低；
⑤生物相容性好，生理适应性强。
根据其性质的不同又可将碳纤维分为碳纤维有高强型(HT)、通用型(GP)、高模型(HM)、高强高模型(HP)等多种规格
1.5 环氧树脂/碳纤维的增强机理
常规的碳纤维表面光滑，活性官能团少，表面能低，呈现表面化学惰性，与环氧树脂基体浸润性较差，复合材料界面粘合离较弱。
因此，需要对碳纤维表面改性处理，提高其与基体树脂的粘结性，进而提高复合材料的性能。
经过处理的纤维其表面石墨层面边缘较大面积氧化，边缘活性点数量增加，致使凹凸不平的表面更有利于与环氧树脂基体的键合，使复合材料的剪切性能提高。
同时，其表面能增加，显著改善了碳纤维与基体间的浸润性，接触角减小，表面呈现亲液性。
另外，碳纤维经过处理后，其表面出现了大量的羟基、羧基、醌类等官能团，提高了碳纤维表面的极性、增强体与环氧树脂基体之间的润湿性和它们的粘接程度。
1.6 选题的目的与研究意义
选题的目的：复合材料是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。
本文以环氧树脂为基体材料，碳纤维为增强材料，制得复合材料，在常温下对其力学性能进行研究。
研究意义：碳纤维作为增强材料经过表面处理能提高复合材料的力学性能。
在农业、工业、交通、军事及社会生活等领域中得到广泛使用，尤其在航空、航天等一系列高端技术领域具有不可或缺的地位。
环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺
环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺摘要：本论文主要研究了环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺，该工艺在航空航天、汽车工业、船舶制造等领域具有广泛应用。
通过分析环氧树脂与碳纤维材料的特性，研究了有机结合工艺对增强材料性能和结构强度的影响。
本文以实验方法为主，通过制备不同配比的环氧树脂基复合材料样品，并进行机械性能测试、热性能分析、微观结构观察等实验，验证了有机结合工艺对材料性能的改善效果。
结果表明，环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺能够显著提高复合材料的强度、刚度以及抗热性能，进而提高整体结构的耐久性和可靠性。
本研究对于推动环保材料的发展和应用具有重要意义。
关键词：环氧树脂，碳纤维，有机结合工艺，复合材料，机械性能，热性能1.引言随着科学技术的不断发展，高性能复合材料在各个领域扮演着越来越重要的角色。
环氧树脂和碳纤维作为两种重要的材料，具有优异的性能和应用潜力，二者的有机结合工艺成为研究的热点之一。
2.材料特性分析2.1环氧树脂的特性环氧树脂是一种由环氧基团组成的聚合物，具有许多独特的特性，使其成为许多应用领域中广泛使用的材料。
以下是环氧树脂的一些主要特性：1. 高强度和刚性：环氧树脂具有出色的强度和刚性特性，使其成为制造轻量化结构的理想选择。
它能够承受较大的负荷和应力，使其适用于航空航天、汽车和船舶制造等应用。
2. 良好的耐化学性：环氧树脂对许多化学品具有较好的耐性，包括酸、碱、溶剂和腐蚀性物质。
这使得环氧树脂可以承受各种恶劣环境条件下的应力和腐蚀。
3. 良好的电绝缘性：环氧树脂具有良好的电绝缘性能，可以阻止电流的流动。
因此，它在电子和电气领域中广泛应用，用于绝缘、封装和保护电子元件。
2.2碳纤维的特性碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。
碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。
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。
碳纤维增强树脂复合材料的制备工艺与性能研究
碳纤维增强树脂复合材料的制备工艺与性能研究随着工业领域的不断进步，碳纤维增强树脂复合材料逐渐成为了一种热门的材料，因其轻量化、高强度等特点，已被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
随着市场对其需求不断增加，如何进一步提高这种复合材料的性能和降低其成本也成为了人们关注的一个问题。
一、成分与制备工艺碳纤维增强树脂复合材料是由碳纤维和树脂共同组成的，其中碳纤维充当着骨架支撑的作用，而树脂则起到胶合的作用。
树脂一般采用环氧树脂，具有极好的机械性能，而碳纤维则可分为短纤维和长纤维两种。
制备工艺一般采用手工复合和自动复合两种方式。
手工复合是采用人工将碳纤维放置在模具中，然后涂布树脂，最终进行硬化成型的方式。
而自动复合则是采用机器将碳纤维和树脂进行混合，并在一定条件下进行固化。
二、性能研究碳纤维增强树脂复合材料的性能一般由以下几个方面组成：1.力学性能：包括抗拉强度、弯曲强度、剪切强度等。
其实验测试方法是在试验机上进行拉伸、弯曲、剪切等实验，从而得出样品的力学性能指标。
2.耐热性能：是材料在高温下的稳定性表现。
其实验测试方法是将样品置于高温环境下，测定其失重情况，从而得出其耐高温能力。
3.耐久性能：材料在使用过程中的长期稳定性。
其实验测试方法是进行长时间的负载实验，测定其稳定性。
以上三个方面是碳纤维增强树脂复合材料性能评价的主要指标。
三、进一步提高性能和降低成本在制备工艺方面，进一步提高工艺水平，采用自动化生产设备，可以提高生产效率，降低成本。
在树脂和碳纤维材质选择上，可以选择效益更高、市场价格更为稳定的材质，有效降低成本。
在加强材料设计与计算的创新方面，可以进一步优化当前的设计方案，提高碳纤维增强树脂复合材料的性能。
在未来碳纤维增强树脂复合材料的应用领域将更广泛，如在地面交通工具、船舶、军工等领域将逐渐被应用。
因此，提高这种复合材料的性能是一个持久的研究方向。
碳纤维增强环氧树脂的制备及性能
碳纤维增强环氧树脂的制备及性能2）把握环氧值的测定办法。
3）把握碳纤维增加环氧树脂的制备办法及性能测试办法。
4）把握环氧树脂固化时固化剂用量的计算。
2．试验原理环氧树脂是分子中含有环氧基团的树脂的总称。
在环氧树脂中，环氧基普通在分子链的末端，分子主链上还含有醚键、仲经基等。
醚键和仲经基为极性基团，可与多种表面之间形成较强的互相作用，而环氧基则可与介质表面的活性基，特殊是无机材料或金属材料表面的活性基起反应形成化学键，产生强力的豁结，因此环氧树脂具有独特的戮附力，配制的胶粘剂对多种材料具有良好的粘接性能，而且耐腐蚀、耐溶剂、抗冲性能和电性能良好，广泛应用于金属防腐蚀涂料、建造工程中的防水堵漏材料、灌缝材料、胶粘剂、复合材料等工业领域。
工业上考虑到原料来源和产品价格等因素，最广泛应用的是由环氧氯丙烷和双酚A 缩聚而成的双酚A型环氧树脂。
其反应机理普通认为是逐步聚合反应，是在碱（氢氧化钠）存在下不断举行开环和闭环的反应，总反应方程式如下：反应方程式中，n-般在0-12之间，分子量相当于340-3800,n=0时为淡黄色黏滞液体，n≥2时则为固体。
n值的大小由原料配比（环氧氯丙烷和双酚A的摩尔比）、温度条件、氢氧化钠的浓度和加料次序来控制。
为使产物分子链两端都带环氧基，必需用法过量的环氧氯丙烷。
树脂中环氧基的含量是反应控制和树脂应用的重要参考指标，按照环氧基的含量可计算产物分子量，环氧基含量也是计算固化剂用量的依据。
环氧基含量可用环氧值或环氧基的百分含量来描述。
环氧基的百分含量是指每l00g树脂中所含环氧基的质量。
而环氧值是指每100g环氧树脂中所含环氧基的物质的量。
环氧值采纳滴定的办法来获得。
环氧树脂的分子量越高，环氧值就越低。
分子量小于1500的环氧树脂，其环氧值可用盐酸一丙酮法测定，高分子量的可用盐酸一毗陡法测定。
环氧栩旨用法时必需加人固化剂，并在一定条件下举行固化反应，生成立体网状结构的产物，才会显现出各种优良的性能，成为具有真正用法价值的环氧材料。
碳纤维／TDE85环氧树脂复合材料界面性能的研究
ＣＣＦ３００，Ｍ ２８５．【Ｉ】５８．４４ ２８６．１０ ２９．３３ ２８７．４ ５．４７ ２８８．７ ５．８７ ２９０．６ １．８９ ４１．５６
（２）接 触 角试样 制 备 将 纤维 放在 烘箱 中烘 干 以除 去表 面 的水分 和 其 他 杂质 ，随 后剪 成 ５０ｍｍ 长 的小 段 ，任 意抽 取 ４根 单 丝 垂直 等 间距 的 固定 在 事 先 做 好 的 纸 质 夹具 上 ，切 除多余 部 分 ，使 其露 出夹 具部 分 的长度 尽 量相 等 ，大 约 为 ８ｒａｍ。 （３）微滴 脱 粘试样 制 备 将碳纤维固定在硬纸板制作 的夹具上 ，使用钢 针在纤 维 上轻 轻地 点上 配 好 的 ＴＤＥ８５复 配胶 液 ，然 后将 碳 纤 维 移 到 烘 箱 中 ，按 ６Ｏ℃ 、８０￣Ｃ、１３０￣Ｃ依 次 恒 温 ２ｈ、２ｈ、４ｈ，然后 自然 冷 却 到 室温 的 固化 制度 固 化树脂 ；取 出固化好 的碳 纤维 样 品 ，为 保 持纤 维 处 于 紧绷伸 直 状态 ，以保 证 在 界 面 强度 测试 过 程 中数 据 的准 确性 ，先用 双 面胶 把纤维 固定 在纸 板 上 ，然后 用 ５０２胶水再 次 固定 纤维 。 １．３ 分析 测试 采用 ＰＨＩ５７００型光 电子 能谱 仪分 析碳 纤维 表 面 的化 学成 分 ，包 括 元 素 和 官 能 团 分 析 ；使 用 ＤＣＴ２１ 测量 仪 测 试 碳 纤 维 与 环 氧 树 脂 的 接 触 角 ；利 用 ＨＭ４１０界面评 价 装 置 ，采 用 微 滴 脱 粘 的 实 验 方 法 ， 测试 碳纤 维 与 ＴＤＥ８５环 氧 树 脂 单 纤 维 复 合 材 料 的 界 面剪切 强 度 。
了表征 ，ＸＰＳ结果表 明 ，与树脂复合后 ，碳纤维表 面官能 团的含 量、结构及化学环境都发 生了明显 的变化 ，界 面产生 了较强 的物 理和化 学作 用。利用 ＤＣＴ２１测量仪测试碳纤维与环氧树脂 ＴＤＥ８５的接 触角，分析 了纤维与树 脂的润 湿性 ，实验 结果显 示纤维 与树脂 的润 湿性 良好 。在此基础上 ，通过微滴脱粘方法测量纤维与树脂 的界 面剪切强度 ，以表征其界 面粘结性 能。微 滴脱 粘 的 实验 结果 显 示 ，Ｔ８００／ＴＤＥ８５体 系的 ＩＦＳＳ值 高 达 ７９．７ＭＰａ，比 Ｔ３００／ＴＤＥ８５、ＣＣＦ３０／ＴＤＥ８５０体 系分 别 高 ２１％ 、２４％ 。
碳纤维及其复合材料研究进展
碳纤维及其复合材料研究进展（江苏理工学院材料工程学院12110116 于小健）摘要：本文在对碳纤维介绍的基础上，简单阐述了碳纤维的结构、特性及分类，并着重介绍了碳纤维复合材料的性质、分类、应用及成型方法，包括手糊成型，树脂传递模塑，喷射成型，注射成型，纤维缠绕成型及拉挤成型工艺。
关键词：碳纤维；复合材料；分类；成型Research progress of carbon fiber composite material Abstract: Based on the introduction of carbon fiber, briefly discusses the structure, characteristics and classification of carbon fiber, and emphatically introduces the properties of carbon fiber composite materials, classification, application and molding method, including hand lay-up molding, resin transfer molding, injection molding, Forming and pultrusion fiber windingKeywords: carbon fiber; composite material; classification; molding0.序言碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
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 、
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
图5 影响
图6 改性碳纤维含量对改性碳纤维/环氧树脂 材料抗弯强度的影响
偶联剂含量对环氧树脂复合材料力学性能的影响
图7 偶联剂含量对抗压强度的影响
图8 偶联剂含量对抗弯强度的影响
弯曲断口形貌
环氧树脂弯曲断口的宏观形貌
碳纤维/环氧树脂弯曲断口的宏观形 貌
图4 碳纤维含量对碳纤维/环氧树脂复合材料抗弯强度的影响
图11 改性碳纤维/环氧树脂在不同温度下的变形率
图3 碳纤维含量对碳纤维/环氧树脂复合材料抗压强度的影响
将碳纤维在丙酮溶液中超声分散。
58%，这表明改性碳纤维/环氧树脂复合材料的高温尺寸稳定性好。
以环氧树脂、固化剂、碳纤维、改性碳纤维、偶联剂为主要原料，采用常温固化的方法制备了力学性能优良的碳纤维/环氧树脂复合材
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
• 绪论 • 实验内容 • 实验数据曲线 • 实验结论
绪论
环氧树脂的特性
环氧树脂通常是具有两个及两个以上环氧基团，与固化剂反应后形成三维网状
结构的热固性材料。环氧树脂固化后不仅热性能、机械性能和电气性能优异还具有 突出的尺寸稳定性、耐化学药品性、耐湿热性及耐腐蚀性，已广泛用于表面涂料、 结构胶黏剂、印刷电路板、电子绝缘材料及先进复合材料等。
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
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。
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。