碳纤维增强环氧树脂成型及应用
合集下载
相关主题
- 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)。
手糊成型 树脂传递成型 真空袋法成型 树脂膜熔浸成型 预浸料成型 拉挤成型
14
手糊成型
树脂传递成型
真空袋法成型
树脂膜熔浸成型
预浸料成型
预浸料高压釜法示意图
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。
气相氧化法 液相氧化法
气相氧化法是将 碳纤维暴露在气相氧 化剂中，在加温、加 催化剂等特殊条件使 其表面氧化生成一些 活性基团。
采用液相介质对碳 纤维表面进行氧化的 方法。常用的液相介 质有浓硝酸、混合酸 和强氧化剂等。
12
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。
EP/CF复合材料的复合成型工艺
• 特点：具有高的比强度和高模量，热膨胀系数小，尺寸稳 定性好。被大量用作复合材料的增强材料。用碳纤维制成 的树脂基复合材料比模量比钢和铝合金高5倍，比强度高3 倍以上，同时耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀性能均优越，因 而在航空和航天工业中得到应用并得到迅速发展。
碳纤维结构
• 每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约 5至8微米。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，是由一层 层以六角型排列的碳原子所构成。两者差别在于层与层之 间的连结。石墨是晶体结构，它的层间连结松散，而碳纤 维不是晶体结构，层间连结是不规则的，这样便防止滑移 增强物质强度。
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EP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CF与基体间的润湿性，接 触角减小，表面呈现亲液性。
另外，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CF表面的极 性、增强体与EP基体之间的润 湿性和它们的黏结程度。
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。 在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定 等独特的优点。
碳纤维增强环氧树脂应用
汽 车 、 飞 机
碳纤维增强环氧树脂
EP/CF复合材料的发展
碳纤维(CARBON FIBER)
• 定义：由碳元素构成的无机纤维。
• 一般用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等原 料，先在200－300℃的空气中进行预氧化，继在惰性气 体保护下用1000℃左右的高温完成碳化，最后加热到 1500－3000℃成碳纤维。
碳纤维表面处理
• 目的：提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强 度。
• 途径： • 1、防止弱界面层的生成。
• 2、产生适合于粘接的表面形态，使增强材料表面生成凹 凸，通过抛锚效应而提高界面粘接性能，但凹凸过多粘接 也不好，所以应作适当调整。
• 3、改善树脂和增强材料的亲合力。
碳纤维表面处理
气相氧化法
表面涂层 改性法
液相氧化 法
等离子体 氧化法
阳极氧化法
表面涂层改性法
• 将某种聚合物涂覆在碳纤维表面，改变复合材料界面层的 结构与性能，使界面极性等相适应以提高界面粘结强度， 同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。
活性涂层、 刚性涂层和 柔性涂层， 分别对 HTA—P30 碳纤维进行 表面处理
活性涂层可显著改善 复合材料的剪切性能， 而且涂层浓度对性能 的影响非常敏感，当 浓度为1％-2％时，剪 切强度可以提高20％。
阳极氧化法
• 把碳纤维作为电解池的阳极、石墨作为阴极，在电解水的 过程中利用阳极生成的氧，氧化碳纤维表面的碳及其含氧 官能团，将其先氧化成羟基之后逐步氧化成酮基、羧基和 CO2的过程 。
碳纤维增强环氧树脂应用
日 常 用 品
碳纤维增强环氧树脂应用
运 动 器 材
The end Thanks
石墨层片的缺陷 及边缘碳原子
最基本的结构单元
石墨微晶 乱层结构 碳纤维的二级结构单元
碳纤维制品
碳纤维
碳纤维织物
EP/CF复合材料的 增强机理
常规的CF： 1.表面平滑 2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性官能团少 表面能低， 3.呈现表面化学 惰性 4.与EP基体浸润 性较差 5.复合材料界面 黏合力较弱。
因此，需要对CF表 面改性处理，提高 其与基体树脂的黏 结性，进而提高复 合材料的性能。
14
手糊成型
树脂传递成型
真空袋法成型
树脂膜熔浸成型
预浸料成型
预浸料高压釜法示意图
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。
气相氧化法 液相氧化法
气相氧化法是将 碳纤维暴露在气相氧 化剂中，在加温、加 催化剂等特殊条件使 其表面氧化生成一些 活性基团。
采用液相介质对碳 纤维表面进行氧化的 方法。常用的液相介 质有浓硝酸、混合酸 和强氧化剂等。
12
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。
EP/CF复合材料的复合成型工艺
• 特点：具有高的比强度和高模量，热膨胀系数小，尺寸稳 定性好。被大量用作复合材料的增强材料。用碳纤维制成 的树脂基复合材料比模量比钢和铝合金高5倍，比强度高3 倍以上，同时耐腐蚀、耐热冲击、耐烧蚀性能均优越，因 而在航空和航天工业中得到应用并得到迅速发展。
碳纤维结构
• 每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约 5至8微米。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，是由一层 层以六角型排列的碳原子所构成。两者差别在于层与层之 间的连结。石墨是晶体结构，它的层间连结松散，而碳纤 维不是晶体结构，层间连结是不规则的，这样便防止滑移 增强物质强度。
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EP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CF与基体间的润湿性，接 触角减小，表面呈现亲液性。
另外，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CF表面的极 性、增强体与EP基体之间的润 湿性和它们的黏结程度。
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。 在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定 等独特的优点。
碳纤维增强环氧树脂应用
汽 车 、 飞 机
碳纤维增强环氧树脂
EP/CF复合材料的发展
碳纤维(CARBON FIBER)
• 定义：由碳元素构成的无机纤维。
• 一般用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等原 料，先在200－300℃的空气中进行预氧化，继在惰性气 体保护下用1000℃左右的高温完成碳化，最后加热到 1500－3000℃成碳纤维。
碳纤维表面处理
• 目的：提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强 度。
• 途径： • 1、防止弱界面层的生成。
• 2、产生适合于粘接的表面形态，使增强材料表面生成凹 凸，通过抛锚效应而提高界面粘接性能，但凹凸过多粘接 也不好，所以应作适当调整。
• 3、改善树脂和增强材料的亲合力。
碳纤维表面处理
气相氧化法
表面涂层 改性法
液相氧化 法
等离子体 氧化法
阳极氧化法
表面涂层改性法
• 将某种聚合物涂覆在碳纤维表面，改变复合材料界面层的 结构与性能，使界面极性等相适应以提高界面粘结强度， 同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。
活性涂层、 刚性涂层和 柔性涂层， 分别对 HTA—P30 碳纤维进行 表面处理
活性涂层可显著改善 复合材料的剪切性能， 而且涂层浓度对性能 的影响非常敏感，当 浓度为1％-2％时，剪 切强度可以提高20％。
阳极氧化法
• 把碳纤维作为电解池的阳极、石墨作为阴极，在电解水的 过程中利用阳极生成的氧，氧化碳纤维表面的碳及其含氧 官能团，将其先氧化成羟基之后逐步氧化成酮基、羧基和 CO2的过程 。
碳纤维增强环氧树脂应用
日 常 用 品
碳纤维增强环氧树脂应用
运 动 器 材
The end Thanks
石墨层片的缺陷 及边缘碳原子
最基本的结构单元
石墨微晶 乱层结构 碳纤维的二级结构单元
碳纤维制品
碳纤维
碳纤维织物
EP/CF复合材料的 增强机理
常规的CF： 1.表面平滑 2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性官能团少 表面能低， 3.呈现表面化学 惰性 4.与EP基体浸润 性较差 5.复合材料界面 黏合力较弱。
因此，需要对CF表 面改性处理，提高 其与基体树脂的黏 结性，进而提高复 合材料的性能。