國產(chǎn)碳纖維及其增強樹脂基復合材料的結構與性能研究.pdf

1、國產(chǎn)碳纖維經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展,性能取得了較大程度的提高。為促進國產(chǎn)碳纖維的工程應用,本文對其表面結構與性能、成型工藝及其增強復合材料進行了探索。首先,對國產(chǎn)碳纖維的單絲拉伸性能、表面浸潤性能進行了系統(tǒng)研究,并與進口碳纖維的對應性能進行比較,明確了國產(chǎn)碳纖維性能特點;通過拉擠工藝,制備了碳纖維增強高聚物(CFRP)板材,測試了CFRP板材的力學性能,分析了制備工藝參數(shù)對其力學性能、熱性能的影響。本文的研究將為國產(chǎn)CFRP拉擠板材的高性能

2、化提供實驗與理論依據(jù)。
　　本文主要的研究內(nèi)容與結論:
　　1、系統(tǒng)地探索了碳纖維單絲拉伸性能的影響因素,揭示了膠粘劑種類、固化時間及碳纖維單絲計量長度等因素對碳纖維單絲拉伸性能的影響規(guī)律與機理,建立了可靠的碳纖維單絲拉伸實驗方法;
　　2、利用單絲拉伸試驗,對國產(chǎn)碳纖維的拉伸性能進行了系統(tǒng)測試,并采用Weibull分布函數(shù)對拉伸強度值進行了統(tǒng)計分析。結果表明,國產(chǎn)碳纖維的拉伸強度平均值及其穩(wěn)定性均與進口碳纖維有較大的

3、差距;掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)分析表明,國產(chǎn)碳纖維表面具有較深的溝痕缺陷,這可能是其力學性能較差的原因之一;
　　3、同進口碳纖維相比,國產(chǎn)碳纖維斷絲現(xiàn)象嚴重,起毛現(xiàn)象明顯,且單絲直徑的離散性較大,這將導致其工藝穩(wěn)定性能較差;
　　4、測量了不同樹脂與國產(chǎn)碳纖維的接觸角,并采用液滴形狀法定量地測定了上漿劑對碳纖維表面能的影響。結果表明,不同樹脂對碳纖維的浸潤性能不同;國產(chǎn)碳纖維的表面能僅略大于東麗碳纖

4、維;上漿劑能夠有效改善碳纖維表面的浸潤性能;
　　5、利用拉擠成型工藝,制備了碳纖維增強FRP板材,對其熱力學性能進行了系統(tǒng)表征測試,明確了制備工藝、CFRP板材力學性能和材料內(nèi)部結構之間的關系。同進口碳纖維增強FRP板材相比,國產(chǎn)碳纖維增強FRP板材在拉伸、抗彎和層間剪切等力學性能方面較差;SFF(SimultaneousFiber-Failure)模型對19種板材拉伸強度的預測值與試驗值間的吻合程度較差,而混合定律較能準確地對