碳纤维_环氧树脂复合材料加速热氧老化研究
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。
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
2011.01.13
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。
碳纤维环氧复合材料的加速腐蚀老化试验方法
ＷＡ ＮＧ Ｑｉ Ｙ ＮＧＭ ｅ－ ｕ ， ＮＧ Ｊｅ ，Ａ ｉ ｈ ａ ＷＡ ｉ
（ ｈ ｎ ａ ｇＡ ｒ ｓａ ｅＵ ｉｅｓ ｙ Ｓ ｅ ｙ ｎ １ １ ６ Ｃ ｉａ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｅｏ ｐ ｃ ｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ａ ｇ １ ０ ３ ， ｈｎ ） ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｇｒ ｐ ｉ ｐ ｘ ｏ ｏ ｉ ｍａｅ ｉｌ ｒ ｈ ｉ ｓ ｕ ｔ ｒ ｌ ｍａ ｅ ｉｌ，ｗｈ ｃ ｒ ｕ ｒ ｎ ｌ ｕ ｅ ｎ ｉ ｒ ｆ ｓｒ ｃ ： ａ ｈ ｔ ｅ ｏ ｙ ｃ ｍｐ ｓｔ ｅ ｅ ｔｒａｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｍａｎ ｔ ｃｕ ａ ｔ ｒ ｓ ｒ ａ ｉｈ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｙ ｓ ｄ ｉ ａｒ ａ ｔ ｃ
ｔ ｅｓｔ
复合材 料 由于 比强 度 高 、 比拉 伸模 量高 、 膨胀 提 高 推 力 ， 合 材 料 占总 结 构 质 量 的 ２ ～３ 。 热 复 ％ ％
系数低 、 比传统金属材料更耐腐蚀等优点而广泛应 Ｆ １ 一 ８战 斗 机 中 复 合 材 料 已 占 到 总 结 构 质 量 的 用于飞机部件 。随着航空航天技术的发展 ， 碳纤维 １．％， 括 水 平尾 翼 、 向舵 、 直 稳 定板 、 速板 ０３ 包 方 垂 减 环 氧复 合材 料 （ ｒｐ ｉ ｐ ｘ ｏ ｐ ｓ ｅ ｔ ｉ ｓ Ｇ ａ ｈｔ Ｅ ｏｙＣ ｍ ｏｉ ｅ ａ ｅ ｔ Ｍａ ｒ ｌ 简 等 ， Ｆ １ 和 Ｆ １ 的次承力 结构 材料 逐步 向主 承力 由 一４ 一５
摘 要 ： 纤维环 氧 复合 材料 是 目前 飞 机制 造 中主 要使 用的 结构 材料 ， 在使 用过程 中可 能会遇 到各 种 碳 其
环境 ， 雨雪、 如 阳光 、 盐雾等 ， 些都 能 引起碳 纤 维环 氧复 合材 料 的 腐蚀 老 化 。主要 介 绍 了海 洋环境 下碳 纤 这 维环氧 复合材 料 的 ３ 种加速 腐蚀 老化 的试 验 方法 ， 湿热老化 试验 、 即 盐雾试 验 、 工 气候老 化试 验 。 人 关键 词 ： 纤 维环氧 复合 材料 ； 热老化 试验 ； 雾试验 ； 工 气候 老化 试验 碳 湿 盐 人
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。
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能研究
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能研究 Ξ牛牧童,吴伟端,陈名名(华侨大学材料科学与工程学院,福建泉州362011) 摘要:利用两种不同的磨碎碳纤维粉体(CFP )填充环氧树脂(EP ),通过熔融共混制备了EP/CFP 复合材料。
研究了CFP 含量、长度与复合材料导电性能、力学性能和热稳定性能的关系,并考察了材料断口形貌。
研究表明:P -100型CFP 填充的质量分数为25%时,EP/CFP 材料的体积电阻率为1134×106Ω・cm ;拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击强度和弯曲强度较EP 分别提高了124%、186%、9817%和6617%,同时材料的热稳定性也略有提高。
关键词:磨碎碳纤维;环氧树脂;导电性能;力学性能 中图分类号:T Q327 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2006)08-0054-03Study of Property of Epoxy R esin R einforced by C arbon Fiber PowderNI U Mu 2tong ,W U Wei 2duan ,CHE N Ming 2ming(C ollege of Material Sci 1&Eng 1,Huaqiao University ,Quanzhou 362011,China ) Abatract :E poxy resin (EP )/carbon fiber powder (CFP )com posites were prepared by melt blending EP with tw o types of CFP 1The relationship of the electrical ,mechanical and thermal properties of the EP/CFP com posites ,as well as the fracture surfaces of the com posite ,was studied 1The result showed that when the mass percentaage of P 2100CFP was 25%,the v olume resistivity of the com posite was 1134×106Ω?cm ,while the tensile strength ,tensile elastic m odulus ,im pact strength and bending strength increased by 124%,186%,9817%and 6617%re 2spectively ,and the thermal properties of the com posite were als o im proved slightly ,com pared to pristine EP 1 K eyw ords :Carbon Fiber P owder ;E poxy Resin ;E lectrical C onductivity ;Mechanical Properties 磨碎碳纤维(CFP )是将连续碳纤维经高温脱胶、短切、研磨成设定长度的圆柱形微粒,它保留了碳纤维的众多优良性能,而且形状细小,表面纯净,比表面积大,易于被树脂润湿均匀分散,是性能优良的复合材料填料[1]。
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能
汽车在行驶过程中会受到冲击力的作用，磨碎碳纤维增强 环氧树脂复合材料具有较好的抗冲击性能，能够提高材料 的耐久性。
建筑领域的应用
01
结构加固
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料可以用于建筑结构的加固，提高结构
的承载能力和抗震性能。
02
防腐保护
建筑结构中的钢结构、混凝土结构等易受到腐蚀介质的影响，磨碎碳纤
01
02
03
复合材料的定义
由两种或两种以上不同性 质的材料，通过物理或化 学的方法组成，具有新性 能的材料。
复合材料的优点
具有各组成材料的优点， 如强度高、质量轻、耐腐 蚀等。
复合材料的应用
广泛应用于航空航天、汽 车、建筑、体育器材等领 域。
碳纤维增强环氧树脂复合材料简介
碳纤维的特性
01
具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、导电性好等优点。
导热性能与隔热性能
导热性能
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较好的导热性能，能够有效地传递热量。
隔热性能
该材料具有较好的隔热性能，能够有效地阻挡热量的传递。
耐候性与耐腐蚀性
耐候性
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较好的耐候性，能够在恶劣的环境条件下保持较好的性能。
耐腐蚀性
该材料具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗化学物质的侵蚀。
环氧树脂的特性
02
具有优良的力学性能、电绝缘性能、耐腐蚀性能等。
碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法
03
将碳纤维与环氧树脂混合，经过固化反应形成。
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的研究意义
提高材料的力学性能
通过磨碎碳纤维可以增加材料的比表 面积，提高材料的力学性能。
湿热老化对碳纤维_环氧树脂基复合材料力学性能影响研究
湿热老化对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能影响研究Study of H ydrothermal Aging Effect on Mechanical Propert ies ofCarbon Fiber/Epoxy Resin Composites吕小军1,张琦1,马兆庆1,许俊华2,肖文萍2(1北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083;(2中国直升机设计研究所,江西景德镇333001) LU Xiao2jun1,ZH ANG Qi1,MA Zhao2qing1,XU Jun2hua2,XIAO Wen2ping2(1School of Materials Science and Engineering,Beijing U niversity ofAeronautics and Astronautics,Beijing100083,China;2Chinese H elicopter Research and Development Institute,Jingdezhen333001,Jiangxi,China)摘要:研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在30e和80e两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响。
研究发现:浸泡使复合材料的力学性能下降,80e下浸泡使复合材料力学性能下降更显著;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显,80e下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著。
关键词:碳纤维增强树脂基复合材料;湿热老化;腐蚀中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:100124381(2005)1120050204Abstr act:In order to study the influence of solution immersion on mechanism pr operties of carbon fi2 ber reinfor ced epoxy resin composites, 3.5%(mass fraction)NaCl and pur e water solution were used to immer sion solution,and the immersion temperature were30e and80e respectively.The r esults showed that the mechanical pr operties of carbon fiber reinforced epoxy resin composites decreased af2 ter the composites wer e immer sed by the3.5%N aCl and pure water solution,and the decrease of me2 chanical properties was more obvious in80e temperature immersion solutions.T he effect of solution contents on mechanical properties was not obvious at30e,however at80e the decr easing of me2 chanical properties of carbon fiber/epoxy composites in pur e water was more notable.Key words:carbon fiber reinforced epoxy resin composites;wet/hot aging;corr osion复合材料以其优异的力学性能在现代飞机结构部件,特别是直升机上得到了广泛的应用。
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。
碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究
碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究介绍随着科技的不断发展，复合材料在工业和民用领域中得到广泛应用。
而碳纤维增强环氧树脂复合材料是目前最常用的一种，它具有力学性能优良、耐热、防腐等优点，因而在航空航天、汽车、体育器材等领域中得到广泛应用。
本文将介绍碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究。
制备方法碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法分为手工层坯法和机械自动化层坯法两种。
手工层坯法主要是通过手工将碳纤维叠放、涂覆环氧树脂制成层坯，其中的纤维层坯配比和工艺控制都在操作工的经验和技术控制下完成。
这种制备方法的优点是成本低，缺点是不易保证工艺质量稳定。
机械自动化层坯法是通过机械化设备将碳纤维层坯制成复合材料。
将预先切好的纤维根据设计图样放置在模具中，然后通过涂胶、烘干、压制等多道工序制成复合材料。
这种制备方法的优点是工艺质量稳定，缺点是设备投资大，成本相对较高。
性能研究碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能优良，主要体现在以下三个方面：1、高强度和高刚度。
碳纤维本身就是一种优质的高强度、高模量材料，而环氧树脂的刚度也比较高，在二者结合后可以弥补各自的不足，大大提高复合材料的力学性能。
2、疲劳性能好。
研究表明，碳纤维增强环氧树脂复合材料的能够承受大量的疲劳循环，在动载情况下具有良好的应用前景。
3、耐热性好。
环氧树脂在高温下仍能保持较好的力学性能，而碳纤维能够对高温下膨胀进行补偿，从而使得复合材料的高温性能大大提高。
总结本文介绍了碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法和性能研究，这种材料具有力学性能优良、耐热、防腐等优点，已经在航空航天、汽车、体育器材等领域中得到广泛应用。
随着科技的不断进步，我们相信这种材料会有更广泛的应用前景。
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
A
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致谢
感谢各位老师在百忙之中抽出时间对我的毕业设计进行答辩，您们 辛苦了！
A
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改性碳纤维/环氧树脂弯曲断 口的宏观形貌
A
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高温稳定性曲线
图9 纯环氧树脂在不同温度下的变 形率
图10 碳纤维/环氧树脂在不同温度下 的变形率
图11 改性碳纤维/环氧树脂在 不同温度下的变形率
A
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耐磨性能分析
图12 纯环氧树脂材料在10 N载 荷下不同滑行时间下的变形率
A
图13 碳纤维/环氧树脂材料在10 N载荷下不同滑行时间下的变形 率
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
（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。
A
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实验数据曲线
固化剂含量对环氧树脂复合材料力学性能的影响
图1 固化剂含量对纯环氧树脂抗压强度的影响 A
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。
A
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。
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能
研究发现，当磨碎碳纤维的含量达到一定比例时，复合材料的性能 达到最优。进一步增加碳纤维含量，性能提升效果逐渐减弱。
磨碎碳纤维的表面处理
对碳纤维进行适当的表面处理，如氧化、涂覆等，可以进一步提高 其与环氧树脂的界面相容性，从而优化复合材料的性能。
创新点与贡献
利用磨碎碳纤维
本研究首次将磨碎碳纤维应用于环氧树脂复合材料中，实现了废旧碳纤维的高效再利用，降低了生产 成本。
湿热老化
在湿热环境下，复合材料的性能保持稳定，不易 受潮、变形或开裂，具有良好的耐湿热性能。
3
盐雾腐蚀
复合材料在盐雾环境中具有较好的耐腐蚀性，能 够抵抗盐雾侵蚀，保持材料性能和外观的稳定性 。
04
磨碎碳纤维对复合材料性能的影 响
磨碎碳纤维含量对性能的影响
01 02
增强效果
随着磨碎碳纤维含量的增加，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧 性等力学性能得到显著提高。这是因为碳纤维具有很高的强度和模量， 能够有效地承受和传递载荷，阻止裂纹的扩展。
导热性能
磨碎碳纤维的加入可以提高复合材料的导热性能。碳纤维具有优异的导 热性，可以有效地降低复合材料的热阻，提高热传导效率。
03
电性能
随着磨碎碳纤维含量的增加，复合材料的电导率也会得到提高。碳纤维
具有良好的导电性，可以增加复合材料的导电通路，降低电阻。
磨碎碳纤维长度对性能的影响
纤维长度与强度关系
一般来说，较长的磨碎碳纤维可以提供更好的增强效果，因 为长纤维在复合材料中能够形成更有效的承载网络，提高力 学性能。
纤维分散
表面处理有助于改善磨碎碳纤维在环氧树脂中的分散性， 减少纤维团聚现象，提高复合材料的均匀性和力学性能。
碳纤维增强环氧树脂复合材料性与结构及研究
碳纤维增强环氧树脂复合材料性与结构及研究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。
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能
02
材料性能
力学性能
01
02
03
抗拉强度
经过磨碎碳纤维增强后， 复合材料的抗拉强度得到 了显著提升，可以更好地 抵抗外部拉力。
抗压强度
磨碎碳纤维的加入也提高 了复合材料的抗压强度， 使其在承受压力时更加坚 固。
韧性
磨碎碳纤维增强环氧树脂 复合材料的韧性也得到了 提高，使其在承受冲击和 振动时不易破裂。
THANKS
谢谢您的观看
耐腐蚀性能
耐酸碱
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较好的耐酸碱性能，可以抵抗多种化学 物质的侵蚀。
耐高温氧化
在高温环境下，复合材料表面的氧化反应受到抑制，提高了其耐高温氧化的性 能。
03
材料应用
航空航天领域应用
飞机结构材料
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材 料具有优异的力学性能和耐候性 ，可用于制造飞机的主要结构材
磨碎碳纤维增强环氧树脂复 合材料的性能
汇报人： 2023-12-12
目录
• 材料简介 • 材料性能 • 材料应用 • 研究展望
01
材料简介
碳纤维增强环氧树脂复合材料的定义
碳纤维增强环氧树脂复合材料是由碳纤维作为增强剂，环氧 树脂作为基体，通过复合得到的新型高强度、高刚性、低密 度的复合材料。
碳纤维具有高强度、高刚性、轻质等优点，而环氧树脂具有 粘附性、耐腐蚀性和绝缘性等优点，因此碳纤维增强环氧树 脂复合材料具有优异的力学性能、物理性能和化学性能。
该材料具有良好的电磁屏蔽性能，可用于制造电子产品外壳，提高产品性能和外 观质量。
04
研究展望
提高材料的性能
提高强度
通过优化纤维和树脂的 比例和分布，提高材料
的强度。
2024年碳纤维用环氧树脂市场调研报告
2024年碳纤维用环氧树脂市场调研报告引言碳纤维用环氧树脂是一种高性能复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在各个领域有广泛的应用。
本文旨在对碳纤维用环氧树脂市场进行调研与分析，了解市场现状、趋势以及潜在机会。
市场概述碳纤维用环氧树脂市场是一个具有潜力的市场。
随着工业化进程的加速和环保意识的提高，对于轻量化、高强度材料的需求不断增加，碳纤维用环氧树脂作为一种优秀的材料，有着巨大的发展前景。
市场规模根据市场调研数据，碳纤维用环氧树脂市场的规模在过去几年内呈现增长趋势。
预计在未来几年内，市场规模将继续扩大。
市场分析1. 应用领域分析碳纤维用环氧树脂在航空航天、汽车、建筑、体育器材等领域有着广泛的应用。
其中，航空航天领域是碳纤维用环氧树脂最大的应用领域，占据市场份额的近40%。
2. 竞争格局分析目前，碳纤维用环氧树脂市场主要由少数大型企业垄断，市场竞争较为激烈。
这些大型企业拥有先进的技术和生产设备，具有较强的市场竞争力。
3. 市场趋势分析随着碳纤维用环氧树脂的性能不断优化和生产成本的逐渐下降，碳纤维用环氧树脂在更多领域的应用将得到推广。
同时，环保和可持续发展意识的增强也将促使碳纤维用环氧树脂市场的发展。
市场前景碳纤维用环氧树脂市场具有较好的前景。
随着相关领域的不断发展，对于轻量化、高强度材料的需求将会持续增加。
同时，随着碳纤维用环氧树脂的性能提升和应用技术的创新，市场前景将更加广阔。
结论碳纤维用环氧树脂市场作为一种高性能复合材料市场，在未来将继续保持良好的发展势头。
同时，市场竞争将越来越激烈，企业需要不断创新和提高技术水平，以确保在市场中占据一定的份额。
碳纤维增强复合材料用环氧树脂研究进展
碳纤维增强复合材料用环氧树脂研究进展摘要：综述了环氧树脂的合成方法、固化方法以及改性的研究现状以及理论知识，介绍了碳纤维增强环氧树脂复合材料的生产和性能，重点讲述了环氧树脂的改性方法。
关键词：环氧树脂；碳纤维；复合材料；改性碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量、综合性能优异的新型纤维材料，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维作为一种高性能纤维,具有高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、抗蠕变、耐辐射、耐疲劳、导电、传热和热膨胀系数小等诸多优异性能。
此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1]。
碳纤维既可用作结构材料来承载负荷,又可用作功能材料。
因此在国内外碳纤维及其复合材料近几年的发展都十分迅速。
碳纤维的制备是有机纤维进行碳化的过程，在惰性气体中将含碳的有机物加热到3000℃左右，非碳元素脱离，碳元素含量逐步增大并最终形成碳纤维。
其典型的宏观结构如图1所示。
图1 碳纤维的宏观结构a 整体效果b 局部效果1891年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷合成了树脂状产物，1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物，在19世纪末20世纪初的这两个重大发现揭开了环氧树脂走向世界的帷幕。
环氧树脂是一类重要的热固性树脂,是聚合物复合材料中应用最广泛的基体树脂。
环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能,以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点,在胶粘剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用[2]。
我国环氧树脂的研制开始于1956年，在上海、沈阳两地首获成功，并在1958年于上海首先开始了工业化生产。
到了60年代中期国内开始研究新型的环氧树脂，如脂环族环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂等种类，70年代末着手开发了元素改性环氧树脂、特种环氧树脂等诸多新品种。
环氧树脂老化研究
环氧树脂老化研究环氧树脂是一种广泛应用于涂料、胶粘剂、复合材料等领域的重要化工原料，具有耐腐蚀、耐磨损、绝缘性好等特点。
环氧树脂在使用过程中会遭受各种外界环境因素的影响，导致其老化，降低了性能和使用寿命。
对环氧树脂老化进行研究具有重要意义。
本文将综述环氧树脂老化的研究进展，重点介绍老化机理、检测方法及抗老化改性技术等方面的研究现状。
一、环氧树脂的老化机理环氧树脂老化是指在外界环境作用下，环氧树脂发生结构、性能或外观上的变化。
其主要机理包括光照老化、热老化、氧化老化、湿热老化等。
在光照老化中，紫外光和可见光作用下，环氧树脂中的化学键断裂，导致材料表面发生黄变、裂纹和粗糙等现象；热老化是指在高温下，环氧树脂中的分子链发生断裂、交联减少，使材料变脆、力学性能下降；氧化老化是由于环氧树脂与氧气发生反应，产生氧化物，导致材料劣化；湿热老化是指在高温高湿的环境下，环氧树脂吸水后发生分子链断裂或交联断裂，使材料性能恶化。
了解这些老化机理对于延长环氧树脂的使用寿命具有重要意义。
二、环氧树脂老化检测方法针对环氧树脂老化问题，有许多检测方法可以用来评价环氧树脂的老化程度。
包括物理性能测试、化学性能测试、表面形貌观察等。
物理性能测试包括拉伸强度、弯曲强度、冲击性能等测试，可以客观评价环氧树脂老化后的力学性能变化；化学性能测试则主要集中在老化后环氧树脂的化学结构和成分的变化，包括红外光谱分析、热分析等；表面形貌观察通过扫描电镜观察老化后环氧树脂的表面形貌变化，了解老化过程中的微观结构变化。
这些检测方法为环氧树脂老化状况的评估提供了科学的手段。
三、环氧树脂抗老化改性技术针对环氧树脂的老化问题，研究者们也在不断探索和开发抗老化改性技术。
其中包括添加抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂等，以减缓光照老化的过程；通过改变环氧树脂的分子结构或者引入包覆材料来增强其抗热老化能力；通过合成耐候性好的环氧树脂树脂来提高其抗氧化、老化的能力等。
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。
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Fig. 3 Tanδ thermographas of composite at different temperatures
180℃ 和 图 3 给 出 了 复 合 材 料 分 别 在 160℃ 、 200℃ 下老化 了 60 天 后 的 tanδ 温 度 谱 图， 试验 中 取 tanδ 的 峰 值 温 度 为 复 合 材 料 的 玻 璃 化 转 变 温 度 ( T g ) ［4］。与未老化的空 白 试 样 比 较， 3 个温度下老 化 60 天 后， 复 合 材 料 的 T g 均 明 显 增 加 ( 空 白 样、 160℃ 、 180℃ 和 200℃ 下 的 T g 分 别 为 141. 8℃ 、 150. 7℃ 、 160. 8℃ 和 176． 7℃ ) ， Tg 且 老化 温 度 越 高， 上升幅度越大。这是因为， 在热氧老化 过 程中， 因水 分和残余小分子物质的脱除而产生的基体 脆 化 作 用 会使 T g 增加。本实验中， 复合材料的 最 大 失 重 率 为 0. 307% ( 图 1 ) ， 即使忽略残余 低分 子 物 的 挥 发 和 脱 湿对 T g 的影响， 后固化和物理老化( 基体收缩) 也能 使 T g 增加
3 －1
Table 1
。温度对纤维 增强 复合材料力 学 性 能 的影 ， 但 从 宏 观 上 来 说， 正 是 增强 和 损伤 这 两
响很 复 杂 ， 存在一定争议， 各个学者的研究结 果也 不 尽相同
［13 ］
种过程在不同 的 温 度 下 表 现出 不 同 的 竞 争 优 势， 从 而产生上述复杂的性能变化特征。类 似 的性 能 变 化 趋势在文献中也曾有过报道
表1 复合材料在不同温度老化 200h 的质量下降速率 Rate of weight loss for composite aged for 200h at different temperatures
Aging Time /h 200 200 200 Aging Temperature / ℃ 160 180 200 Weight Loss Rate × 10 / h 1． 065 1． 243 1． 405
2
2. 1
结果与讨论
复合材料的老化失重分析
图2
不同温度下复合材料的性能保留率随时间的变化 Fig. 2 Relative property retention of composite with aging time at different temperatures
180℃ 和 200℃ 图 2 为 复合材料分 别在 160℃ 、 老化条件下的剪切强度保持率随时 间 的 变 化。 由 图 2 可知， 在 老化 60 天 时， 剪 切 强 度的 保 持 率 最 大 降
CF /828 + TDE85 复合材料为研究对象， 180℃ 和 200℃ 下对其进行了 60 天的加速热氧老化， 摘 要: 以 T700分别在 160℃ 、 研究了老化过程中复合材料的失重率、 力学性能、 玻璃化转变温度以及化 学 结 构 的 变 化， 分析了 其 热氧老 化 机 理。 用 TG 法 研 WallOzawa 法计算热解平 均活 化 能 ( E = 92. 98kJ / mol ) ， 究了该复合材料的热解动力学， 应用 Flynn并 用 热 解 动力学参 数 预 测 材料的寿命。 关键词: 碳纤维; 环氧树脂; 复合材料; 热氧老化; 使用寿命 中图分类号: TB332 ; TQ327. 3 文献标识码: A 文章编号: 1003 － 0999 ( 2012 ) 02 － 0025 － 05
［7 ］ ［8 ］
， 对 光 源添 加 各 种 滤 光 镜 使 光 的 波
长和 强 度 与 材 料 的 实 际 使 用 时 的 光 照 条 件 相 同 ， 采用不同的老化方法， 不仅老化后材料的 外 观
［9 ］
形貌有所不同， 而且性能也有较大差异， 所以 选 择 合 适 的老化 方 法 尤 为 重 要 ， 通 常 采 用 加速老化的 方
［1 ～ 6 ］
1
1. 1
实验方法与材料
材 料 T700CF /828 + TDE85 复合材料， 缠绕 成 型， 复
合材料 NOL 的厚度 为 3mm， 宽 度 为 6mm， 纤维体 积 T g 为 142℃ 。 含量约为 70% ， 1. 2 热氧老化试验 把试样置于电热 鼓 风 干 燥 箱 内， 分 别 于 160℃ 、 180℃ 和 200℃ 下进行热氧老化， 每隔一段时间取出 试样进行性能测试。 1. 3 性能测试 ( 1 ) 老化失重测试 老化过程中， 每 隔 一定 时 间 将 试 样取 出用 电 子 天平( 精度 0. 1mg ) 进行 称 重， 按 式 ( 1 ) 计 算 一定 老 化时间的失重率: ( m0 － m t ) / m0］× 100 % 失重率% = ［ 材料质量。 ( 2 ) 静态力学性能测试 2008 标准， 1121 按照 GB / T1458使用 INSTRON型万能材料试验机测试复合材料 NOL 的 剪 切 强 度， 加载速度为 2mm / min， 每 个 数据点 取 十 个 试 样 的 平 均值。 ( 3 ) DMTA 测试 使用 TA 公 司 的 Q800 型 动 态 热 机 械 分 析 仪 ( DMTA) ， 采用三点 弯 曲 模式， 测 定 复合材料的 tanδ 温度谱， 玻璃 化 转 变 温 度 ( T g ) 取 tanδ 的 峰 值 温 度。 ( 1) m0 为 材料 初 始 质 量， m t 为 老化 t 小 时 的 式中，
［10 ］
复合材料老化 初 期， 质 量的 迅 速 下 降 主要 归 因 于材料内 水 分 和 残 余 低分 子 物 质 的 脱 除 FRP / CM 2012. No. 2
［6 ， 11 ］
， 200h
。
2012 年第 2 期
27 玻璃钢 / 复合材料 复合材料 T g 的变化 谱图与空白样 的 谱 图 完 全 一 致， 没 有 任 何 峰 位置 变 ， 化或者新峰的 出现 这 种 现 象 在 郭明 映 等 所 做 的 紫
0331 收稿日期: 2011) ，男，硕士，主要从事碳纤维增强复合材料及其应用研究。 作者简介: 何纯磊 ( 1985通讯作者: 于运花，女，博士，教授，主要从事碳纤维树脂基复合材料界面和环境老化，以及纳米功能复合纤维的研究。
FRP / CM 2012. No. 2
26 2012 年 3 月 碳纤维 / 环氧树脂复合材料加速热氧老化研究 试样尺寸为 10 × 6 × 3mm， 频 率 为 1Hz， 升温速率为 5℃ / min。 ( 4 ) 红外分析 将复合材料 磨 成 粉末， 与 KBr 混匀 压 片。 采 用 IR ) ( Nexus 670 ， Nicolet ) 分 傅立叶 红 外 光 谱 仪 ( FT析老化前后的化学结构变化。 ( 5 ) TGA 分析 热重分析 采 用 TA 公 司 的 Q50 型 仪 器， 样品约 为 7mg， 空 气 流 速 为 40mL / min， 分 别 以 5℃ / min、 10℃ / min、 15℃ / min 和 20℃ / min 的 升 温 速 率 升 温 至 600℃ 。 后， 当以上成分基本脱除后， 质量下 降 趋 于 平 衡。 从 后面的 TGA 结果看， 复合材料的 起 始 分 解 温 度 约 为 300℃ ， 因此， 可以 认 为， 在 本实 验 的老化 温 度 下， 不 存在因基体 网 链 断 裂 产 生 碎 片 导 致 材料 失 重的 现 象， 复合材料主要发生的是物理老化。 2. 2 复合材料力学性能的变化
［6 ， 12 ］
Weight loss ratio of composite at different temperatures
180℃ 和 图 1 给 出 了 复 合 材 料 分 别 在 160℃ 、 200℃ 热氧老化 条件 下 的 失 重 率 随 时 间 的 变 化。 由 图 1 可见， 复合材料 在 老化 初 期 ( 200h 内 ) ， 质量快 速下 降 ， 随后趋于平衡。表 1 列 出 了 前 200h 内 3 种 温度下的质量下降速率。温度越高， 失重越快， 且平 衡 失重率越高。 老 化 到1 0 0 0 h ， 最高失重率约为 0. 307% 。
碳纤维 / 环氧树脂复合材料 因 其 优 异 的力 学 性 能和可设计性等优点， 被广泛用于航空、 航天等 诸 多 领域。复合材料在实际使用中， 外界环境因素( 如温 度、 湿度、 紫 外 光 等 ) 的 作 用 会 导 致 基体、 纤维 或 纤 维 / 基体界面发生 变 化 或 破 坏， 使其 力 学 性 能 降 低， 因此 复 合 材 料 的 老 化 研 究 已 引 起 人 们 的 普 遍 关 注
。复合材料老化的研究 方 法 主要 包 括 自然 大
［7 ］
气暴晒、 人工气候老化、 人工热氧老化和 人 工 湿 热老 化四个方面 ， 其中人工气候老化最为复杂， 要根据 所研究环境的不同， 模拟各种自然条件， 如不 断 将 材 料分别置于酸性水溶液和真空烘箱中老化 以 模 拟 酸 雨 循 环的 条件 等
［10 ］
法研究材料的老化机 理 并 预 测老化 寿命
。本 文
CF /828 + TDE以碳纤维 / 环氧树脂复合材料 ( T70085 ) 为研究对象， 采 用 人 工 加速热氧老化 方 法， 研究 老化 后 复合材料 各 种 性 能 的 变 化， 并 用 TG 法 研究 WallOzawa 法 预 测 寿 其热降 解 动 力 学， 应 用 Flynn命。本研究选择的老化温度虽然不适用 于材料的 实 际使用温度， 但 研究结 果 对于 揭 示 该 复合材料的热 氧老化机理以及苛刻条件下的使用寿命 评 估 具 有重 要的参考价值。
2012 年第 2 期
25 玻璃钢 / 复合材料