T_800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究
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。
新型碳纤维湿法缠绕环氧复合材料研究成功
易 磨损及 物料成形 困难等技术 问题 。 用 该 设 备 生 产 出的 P E ／P V C 单壁 波纹 管耐高 温 、 耐腐蚀 、 抗老化 、 强 度高 ， 成 为 替代 传统 管材的理 想产 品 ， 可 广 泛应 用 于 电气 穿 线 管 、 汽 车 穿 线 管 、 护 套 管 、 机床 产 品 、 包装 食 品机械 、 电力 机 车 、 工 程 安 装 、 灯 具 、 自动 化 仪 器 仪 表等领域 ， 一 推 向市 场就 受 到 用 户 普遍欢迎。 n
T D E 一 8 5 环 氧树脂 、
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誓黧 篙 嵩至A F G 一 9 0 环 氧树脂 、
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体树脂 ， 混合芳香胺 Байду номын сангаас 固化剂 ， 研 究 了
新材料无 锡树脂厂 提供 ；
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由于 具 有高 强 度 、 高 模 量 、 低 密度 铸 到 标 准 模 具 中 ， 在 烘 箱 中 按 照 9 0 。c
等 优 点 ， 碳 纤 维 成 为 当前 最 重 要 的 高 性 ／2 h + 1 3 0 cC／3 h + 1 6 0 0 c ／3 h 的 条 件 固 化 ，
火箭发 动机壳体 几 乎全 部采 用 碳 纤 维 复 单 向平 板 ， 然后 固化 (固化条件 与相 应 树
合材料 ； 2 0 0 6 年2 月 正 式 下 水 的美 国 短 “ 脂 浇铸体 同 ) ， 切 割 至 规 定 的 尺 寸 、 N O L
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。
耐高温碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备探究
耐高温碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备探究摘要：碳纤维增强环氧树脂基复合材料是当前阶段应用范围较广的一种复合材料，因其各方面的性能优势而受到更多行业的青睐，进入新时期之后，其耐高温性能受到更多的重视，文章从崭新的角度思考该项材料的制备过程。
文章就耐高温碳纤维增强环氧树脂基复合材料概述、制备流程进行了分析与论述。
关键词：耐高温；碳纤维；环氧树脂；复合材料；制备引言探究耐高温碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备过程，需明确其制备所需的基本条件、材料等，通过各种途径严控制备过程，降低各种变量对其制备过程的影响，以此来保证其基本性能。
1 耐高温碳纤维增强环氧树脂基复合材料概述碳纤维增强环氧树脂基复合材料指的是基体为环氧树脂、增强材料为碳纤维的一种全新的复合材料，其性能优势主要表现在：加工成型简单、抗化学腐蚀能力强、可设计性高、强度高、质量小等，已经广泛用于交通运输、国防军工、航空航天等领域。
而在该项复合材料应用领域逐渐扩张的背景下，其性能又被提出更高要求，比如耐高温性能等，就当前阶段来说，采用热熔法制备的一种碳纤维增强环氧树脂基复合材料有着更好的应用性能，而制备该项材料所用的树脂则多是进口而来的环氧树脂预浸料体系。
结合以上技术要求，基于具备高耐热性能的二聚酸改性缩水甘油胺类环氧树脂，制造一种通过热熔膜工艺制造而成的碳纤维增强环氧树脂预浸料环氧树脂体系，可引入二聚酸二缩水甘油胺类环氧树脂，其耐高温、柔韧性好，有着高延展、弹性、柔韧性的固化物体系，与碳纤维完成复合，在热压之后制备而成耐高温的碳纤维增强环氧树脂基复合材料[1]。
2 耐高温碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备流程2.1 准备制备原料制备原料与对应的规格如下表1所示：2.2 材料制备过程（1）制备环氧树脂胶膜。
其一，按照固定配方准备促进剂、固化剂、对应类型的环氧树脂；在低粘度TDE-85、DFA-TGDDE中分散促进剂、固化剂，高速搅拌，如此可使得各项材料在树脂中分散均匀；其二，加入DFA-TGBAPP、NPCN-701，维持在大约75℃的高温下搅拌，其后混匀混合→脱泡→冷却；其三，称量约5g树脂，存放在离型纸之上，并在大约70℃的高温下预热超过1min；其四，增加压力到7kPa，保持恒定温度30s，其后冷却之后再置于单独的瓶子内存放以备用[2]。
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
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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。
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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
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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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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。
T800级碳纤维复合材料螺旋铣磨制孔工艺研究
T800 级碳纤维复合材料螺旋铣磨制孔工艺研究随着现代工业的发展和科技的进步，复合材料作为一种重要的材料在各个领域得到了广泛的应用。
而碳纤维复合材料作为一种优良的复合材料，具有高的强度、优良的机械性能和耐腐蚀性等优点，在航空、航天、汽车、轨道交通等领域中都得到了广泛的应用。
然而，碳纤维复合材料的加工难度也随之增加，尤其是在制孔的加工工艺上，碳纤维复合材料的加工难度更是增加了许多。
因此，对碳纤维复合材料螺旋铣磨制孔工艺的研究具有重要的意义。
一、碳纤维复合材料的组成与特点碳纤维是通过聚丙烯腈、解聚、碳化而制成的一个高性能、高强度的复合材料，它的质量轻、强度高、刚度好、耐腐蚀性好、耐高温性能优良等优点，使其在许多领域有广泛的应用。
碳纤维复合材料由于其内部复杂的结构，因此对于加工工艺和加工质量都有很高的要求。
碳纤维复合材料的组成：碳纤维复合材料主要由树脂矩阵和纤维增强材料组成。
树脂矩阵是指将碳纤维材料中的纤维结构粘结在一起的一种材料，常用的有环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚酰胺树脂等。
而纤维增强材料则是指在树脂矩阵中加入纤维增强材料，如碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等。
碳纤维复合材料的特点：碳纤维复合材料具有许多优良的特点，如强度高、刚度好、耐高温及耐腐蚀等性能。
碳纤维复合材料的强度比钢高5 倍，刚度比钢高5 倍以上，比铝的强度比重高7 倍。
碳纤维复合材料具有热膨胀系数小、密度低、强度高、耐腐蚀、抗氧化、绝缘等良好的性能。
二、碳纤维复合材料的制孔方法方法一：钻孔法钻孔法是用切削工具在材料上进行加工，切削钻头是通过旋转运动和进给运动的双重作用，切削掉工件上的材料，从而形成所需的孔洞。
钻孔法加工的精度和表面质量都很高，是目前最常用的加工方法之一。
但是对于碳纤维复合材料来说，并不是理想的加工方法。
方法二：冲孔法冲孔法是将切割部件放入冲床中，由冲床的压力驱动冲头进行加工。
冲床加工具有速度快、效率高、高精度等优点，但是对于碳纤维复合材料来说，冲床加工中需要使用高压空气，而空气的喷射会使得材料表面发生微小的爆裂和毛刺，因此不是很适合于碳纤维复合材料的加工。
国产T800S_级碳纤维表面特性对复合材料界面性能影响研究
4何 梅 等 国产T800S 级碳纤维表面特性对复合材料界面性能影响研究国产T800S 级碳纤维表面特性对复合材料界面性能影响研究何 梅，吴姜炎，廖英强，刘 宁，程 勇，常雪梅西安航天复合材料研究所Ὃ陕西省航天复合材料重点实验室Ὃ西安市先进聚合物基复合材料重点实验室Ὃ陕西西安710025Ὀ摘要：对两种国产T800S 级碳纤维与进口T800S 碳纤维表面特性及其复合材料界面性能的关联性进行了研究。
通过扫描电镜（SEM ）与原子力显微镜（AFM ）对三种碳纤维的表面形貌与粗糙度进行了表征；采用X 射线光电子能谱（XPS ）对三种碳纤维表面化学官能团比例进行了分峰计算；通过碳纤维表面静态接触角对纤维表面浸润性进行了分析。
制备并表征了碳纤维NOL 环与单向复合材料的力学性能与微观破坏形貌，通过对比分析确定了影响复合材料界面性能的关键性因素，对复合材料界面性能的进一步提升具有指导意义。
关键词：碳纤维；表面特性；树脂；界面；关联性中图分类号：TB 332Study on the Infl uence of Surface Characteristics of Domestic T800S Carbon Fiber on theInterfacial Properties of CompositesHE Mei, WU Jiang-yan, LIAO Ying-qiang, LIU Ning, CHENG Yong, CHANG Xue-mei( Xi ’an Aerospace Composites Research Institute, Shaanxi Key Laboratory of Aerospace Composites, Xi ’an Key Laboratoryof Advanced Polymer Composites, Xi ’an 710025, Shaanxi, China )Abstract: In this paper, the relationship between surface characteristics and interfacial properties of two kinds of domestic T800S carbon fi bers and imported T800S carbon fi ber was studied. The morphology and roughness of three kinds of carbon fi bers were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The ratios of chemical functional groups for three carbon fi bers were calculated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The wettability of carbon fi bers was analyzed by static contact angle. The mechanical properties and microscopic failure morphology of NOL rings and unidirectional composites were prepared and characterized. The key factors aff ecting the interfacial properties of composites were determined through comparative analysis, which has guiding signifi cance for further improvement of the interfacial properties of composites.Key words: carbon fi bers; surface characteristic; epoxy resin; interface; relationship作者简介：何梅，博士研究生，主要从事碳纤维增强树脂基复合材料研究。
湿法缠绕用T800碳纤维复合材料基体研究
Abstract On the base of the characters of T 800 carbon fiber and wet winding, one kind of resin matrix , w hich is suit-
水甘油酯类环氧树脂 ( T DE- 85) 2 种 有代表性的树 脂, 分别采用酸酐固化剂 M eT H PA, 考察了树脂浇 注体的拉伸性能和 T 800 碳纤维单向复合材料的层 间剪切强度( IL SS) , 并对比了 T 300 和 T 700 碳纤维 复合材料的 IL SS( 表 1) 。
由表 1 可 看 出, 不 同的 树 脂 基体 对 T 300 和 T 700 复合材料的 IL SS 影响不大, 而对 T 800 复合 材料的 ILSS 影响明显。T 800 与普 通双酚 A 环氧 树脂 ( CYD- 1 2 8 ) 的 IL SS 最 低 , 界 面 性 能 最 差 。
复合材料湿法缠绕成型工艺要求基体树脂的粘 度要尽量低, 同时基体树脂的适用期要足够长, 以保 证成型工艺过程中树脂粘度的稳定。若缠绕过程中 适用期短, 树脂粘度升高过快, 则在工艺后期纤维难 以被浸润, 树脂容易夹带气泡, 空隙率及树脂含量增 大, 最终影响制品的质量稳定性[ 6] 。该树脂体系在室 温( 25 ) 下的初始粘度为 0. 43Pa s, 9h 后粘度升高 到 1. 01Pa s, 在前 8 h 上升并不明显, 说明该树脂体 系中固化剂和环氧反应活性低, 在该温度下体系的适 用期大于 8h, 完全适用于湿法缠绕使用。 2. 4 T800 碳纤维复合材料的耐湿热性能分析
碳纤维环氧树脂复合材料的制备及性能研究
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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！
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改性碳纤维/环氧树脂弯曲断 口的宏观形貌
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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。
碳纤维复合材料火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体
1前言随着航空航天工业的迅速发展，对材料的要求也日益苛刻，一个国家新材料的研制和使用水平，在很大程度上体现了一个国家的国防和科研水平，因此许多国家都把新材料的研制和使用放在科研工作的重要地位。
1.1先进复合材料用碳纤维及环氧树脂基体的研究进展1.1.1碳纤维的研究使用进展碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料,世界各国对发展碳纤维都给予了高度重视。
国外碳纤维在经历了90年代初期的相对稳定后,进入了一个发展的新阶段,其发展特点可归纳为以下四个方面:（1）碳纤维进入高速发展的新时期80年代,世界上碳纤维的年增长率约为29。
90年代初,随冷战的结束和军费开支的削减,碳纤维的需求量一度受到严重影响。
近年来,碳纤维需求量又不断增加。
国外预测,在今后几年内，碳纤维的需求量随新使用领域的开发将会成倍增长。
因此,国外碳纤维主要生产公司都纷纷建立新的生产线,以扩大其生产能力。
（2）t-700将取代t-300成为最主要的碳纤维品种日本东丽公司是世界上研制生产碳纤维最有代表性的公司。
东丽公司过去生产的t-300是使用得最广泛的代表性碳纤维，已广泛使用于航空航天工业。
但t-300将逐步被t-7oos所取代。
东丽公司目前重点开发t-700s和m3os碳纤维。
t-7oos和m30s都是不打捻碳纤维,属高强中模型，它们有较好的分散性,加工性能也较好。
这两种碳纤维都有较高的效费比。
（3）碳纤维价格大幅度降低碳纤维价格是制约碳纤维发展的主要因素。
世界上碳纤维生产公司都在致力于降低碳纤维价格。
美国岩石山研究所(rocky mountain institute)对汽车工业使用的碳纤维作了研究分析,结论是:“当碳纤维价格降至每千克16.5美元以下时,碳纤维和钢材相比就有竞争性了”。
美国卓尔泰克(zoltek)公司碳纤维的售价是当前世界上最便宜的。
卓尔泰克（zoltek)公司还在进一步努力,它的目标是到2000年把碳纤维价格降到每千克约11美元。
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 :
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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。
探究树脂基复合材料湿法缠绕成型研究
探究树脂基复合材料湿法缠绕成型研究发布时间：2022-03-31T06:49:39.510Z 来源：《工程管理前沿》2021年第9月第25期作者：王云飞唐桂云王兆慧[导读] 本文结合树脂基复合材料的基本情况，对树脂基复合材料的湿法缠绕成型进行研究，王云飞唐桂云王兆慧哈尔滨玻璃钢研究院有限公司黑龙江省哈尔滨市 150029摘要：本文结合树脂基复合材料的基本情况，对树脂基复合材料的湿法缠绕成型进行研究，对该成型方法的具体缠绕成型工艺进行阐述，确保树脂基复合材料的成型方法得到有效控制，并且发挥湿法缠绕成型的优势，进而全面提升树脂基复合材料的应用价值，满足实际应用的基本需求，全面提升树脂基复合材料的合理运用，积极提升该项材料的应用价值。
关键词：树脂基；复合材料；湿法缠绕；成型研究树脂基是一种理想的结构材料，在实际的应用中，树脂基可以广泛用于航天航空等领域，但是，这类材料的制造成本相对较高，影响材料的广泛应用，导致它不能广泛用于建筑、船舶和体育等民用领域，但是，这一材料在使用中，能够有效提升应用价值。
该材料是上世纪04年代出现的材料，经过半个多世纪的发展，树脂基材料的相关基础已经之间逐渐完善了，并且适合了树脂基应用的基本需求。
但是，实际的应用中，为了保证树脂基的功能与应用价值，需要对树脂基的成型进行研究。
基于此，本文结合树脂基的实际情况，对树脂基复合材料湿法缠绕成型进行研究，并且对湿法缠绕的应用增强材料进行分析，再对湿法缠绕用树脂基的相关内容进行阐述，确保树脂基的合理应用。
确保树脂基满足实际应用的基本需求，全面提升树脂基的应用效果【1】。
1.湿法缠绕的相关概述1.1湿法缠绕制品的特点结合湿法缠绕的基本情况，对湿法缠绕制品的相关特点进行分析，从而得到如下的相关特点阐述。
1）具有较高的比强度。
经过缠绕成型后，材料本身具有较好的强度，同时，它的强度要明显高于钢并且可以达到高于3倍，对于钛，要高于钛的4倍。
2）避免布纹交织点的与短切纤维末端的应力集中问题，从而保证材料的应用价值。
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北京化工大学学报 J OU RNAL OF B EIJ IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GY
Vol. 32 , No. 3 2005
T2800 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 ,2 3
(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 TDE285 树脂为主体树脂 、A G280 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 T2800 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 T2800 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 81 MPa 、拉伸强度高于 2 500 MPa ,适合 T2800 碳纤维的湿法缠绕 成型 。 关键词 : T2800 碳纤维 ; 环氧树脂 ; 缠绕 ; 复合材料 中图分类号 : TQ32713
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 properties of casting resin and composite
表 1 基体树脂配方 Table 1 Formulation of epoxy resin matrix
它们之间的界面作用更是一个重要因素 。作为 T2 800 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 。T2800 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 TDE285 树脂 、四官能度的 A G280 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 。
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 , T2800 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 T2800 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 T2700 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 T2800 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 。
表 2 树脂浇铸体性能 Table 2 Properties of casting resin
热变形温度 拉伸强度 拉伸模量 断裂延伸率 弯曲强度
配方
/℃
/ MPa
/ MPa
/%
/ MPa
1
164
102
2 812
612
154
2
158
94
3 068
419
130
3
156
92
3 316
416
128
214 T2800 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
配方 m TDE285树脂/ g m AG280树脂/ g m 稀释剂/ g m 混合芳香胺固化剂/ g
1
90
10
10
35
2
90
10
20
37
3
90
10
25
39
212 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 10 g 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 25 g 活性 稀释剂后 , 树脂基体的黏度迅速下降 , 35 ℃下为 0151 Pa·s ,适用期超过 6 h ,已经可以满足湿法缠绕 成型对胶液黏度的要求 。
该树脂基体对 T2800 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 138 MPa ,NOL 环剪切强度达到 81 MPa , 比 T2700 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) 。
NOL 环的制备 :将配好的胶液倒入恒温浸胶槽 (35 ℃) , 恒 定 张 力 25 N , 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 GB 1634 - 79 测试 ;树脂黏 度采用 NDJ28S 型旋转黏度计进行测试 ; 树脂浇铸 体拉伸性能按照 GB/ 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 GB/ T 1458 1988 , GB/ T 1461 - 1988 测试 ; 用动态热机械分析
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 T2800 碳纤维的界面粘接性能良好 ,适合 T2800 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
收稿日期 : 2004209202 第一作者 : 男 ,1980 年生 ,硕士生 3 通讯联系人 E2mail : lsb0801 @163. com
( TDE285 ,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 G280 ,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 ; T2800 (12 K) 碳纤维 , T2700 (12 K) 碳纤维 ,均为日本东丽公 司生产 。
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 T2800 碳纤维缠绕成型用的 基体树脂 。树脂黏度在 35 ℃下为 0151 Pa·s ,适用期 大于 6 h ; 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 T2800 碳纤维良好匹配 ;湿法缠绕成型 的 T2800 碳纤维复合材料界面粘接好 ,NOL 环剪切 强度达到 81 MPa ,NOL 环拉伸强度高于 2 500 MPa , 能充分发挥 T2800 碳纤维的高强高应变特性 。
·70 ·
北 京 化 工 大 学 学 报 2005 年
仪 ( Rheomet ric Scientific 公司的 DM TA V 型) 测定 复合材料的热机械性能 ,频率 1 Hz ,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 ,
材料
拉伸强度 / MPa
拉伸模量 层间剪切强度
/ MPa
/ MPa
单向平板复合材料
2490
149
138
NOL 环缠绕复合材料
2520
136
81
T2800 碳纤维单丝强度为 5 490 MPa ,较 T2700 碳纤 维 的 4 900 MPa 高 10 %左 右 , T2700 碳 纤 维 NOL 环复合材料的拉伸强度一般在 2 100 MPa 左 右[12213 ] ,表 3 中 T2800 碳纤维的平板复合材料和 NOL 环的拉伸强度都达到 2 500 MPa 左右 ,比 T2 700 复合材料的强度提高 10 %以上 ,说明已基本发 挥了 T2800 碳纤维的强度 。
图 2 35 ℃下树脂的黏度2时间曲线 Fig. 2 Viscosity2time 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 。
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 ℃/ 1 h 80 ℃/ 2 h 100 ℃/ 2 h 150 ℃/ 4 h 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 6 mm ×2 mm ×30 mm 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 。