碳纤维_树脂基复合材料导电性能研究
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。
光固化碳纤维增强树脂基复合材料的研究
光固化碳纤维增强树脂基复合材料的研究光固化碳纤维增强树脂基复合材料是一种新型的高性能材料，具有优异的力学性能和化学稳定性，因此在航空航天、汽车、建筑等领域得到了广泛的应用。
本文将从材料的制备、性能及应用等方面进行探讨。
一、材料的制备光固化碳纤维增强树脂基复合材料的制备主要包括预浸料制备、层压成型和光固化三个步骤。
预浸料制备是将碳纤维与树脂预浸料混合均匀，使其充分浸润碳纤维，形成预浸料。
层压成型是将预浸料按照一定的层次和方向堆叠在一起，然后经过高温高压处理，使其形成固态复合材料。
最后，通过光固化技术，将复合材料暴露在紫外线下，使其树脂基固化，形成最终的光固化碳纤维增强树脂基复合材料。
二、材料的性能光固化碳纤维增强树脂基复合材料具有以下优异的性能：1. 高强度：碳纤维具有高强度和高模量，能够有效地增强复合材料的强度和刚度。
2. 轻质：碳纤维比重轻，能够有效地降低复合材料的重量。
3. 耐腐蚀性：树脂基具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的环境下长期使用。
4. 耐热性：碳纤维具有良好的耐高温性能，能够在高温环境下长期使用。
5. 良好的成型性：复合材料具有良好的成型性能，能够制成各种形状的零件。
三、材料的应用光固化碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，光固化碳纤维增强树脂基复合材料被广泛应用于飞机机身、翼面、尾翼等部件，能够有效地降低飞机的重量，提高飞行性能。
在汽车领域，光固化碳纤维增强树脂基复合材料被应用于车身、底盘等部件，能够有效地降低汽车的重量，提高燃油经济性。
在建筑领域，光固化碳纤维增强树脂基复合材料被应用于建筑结构、桥梁等部件，能够有效地提高结构的强度和耐久性。
总之，光固化碳纤维增强树脂基复合材料是一种具有广泛应用前景的高性能材料，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，其应用前景将会更加广阔。
轻质材料的导电性能研究
轻质材料的导电性能研究在现代材料科学领域中，轻质材料因其独特的性能而备受关注。
其中，轻质材料的导电性能更是研究的热点之一。
轻质材料通常具有较低的密度，在航空航天、汽车制造、电子设备等众多领域有着广泛的应用前景。
然而，其导电性能的特点和影响因素较为复杂，需要我们进行深入的研究和探讨。
轻质材料的种类繁多，常见的包括碳纤维复合材料、泡沫金属、石墨烯等。
这些材料在结构和成分上存在显著差异，导致它们的导电性能也各有不同。
碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体组成的轻质高强材料。
碳纤维本身具有良好的导电性，但其在复合材料中的分布和取向会对整体导电性能产生重要影响。
如果碳纤维能够形成连续的导电网络，那么复合材料的导电性能将显著提高。
然而，在实际制备过程中，由于工艺条件的限制，碳纤维往往难以达到理想的分布状态，从而限制了材料的导电性能。
泡沫金属则是另一类轻质材料，其内部具有大量的孔隙结构。
这些孔隙的存在一方面降低了材料的密度，另一方面也对导电性能产生了影响。
孔隙的大小、形状和分布都会改变电流的传导路径，从而影响导电性能。
一般来说，孔隙率越低，泡沫金属的导电性能越好。
但过低的孔隙率又会违背轻质的要求，因此需要在轻质和导电性能之间找到一个平衡。
石墨烯作为一种新型的二维材料，具有优异的导电性能。
单层石墨烯的电导率极高，但其在实际应用中往往需要与其他材料复合使用。
在复合过程中，石墨烯的分散性、与基体的界面结合等因素都会对最终的导电性能产生影响。
如果石墨烯能够均匀分散在基体中，并与基体形成良好的界面结合，那么将极大地提高复合材料的导电性能。
除了材料本身的结构和成分外，外部环境因素也会对轻质材料的导电性能产生影响。
温度就是一个重要的因素。
一般来说，随着温度的升高，材料的电阻会增大，导电性能会下降。
这是因为温度升高会导致原子的热振动加剧，从而增加了电子散射的几率，阻碍了电流的传导。
湿度也会对轻质材料的导电性能产生一定的影响。
碳纤维复合材料力学性能研究进展
包 装 工 程第44卷 第21期 ·36·PACKAGING ENGINEERING 2023年11月收稿日期：2023-05-30基金项目：国家自然科学基金（12172344） *通信作者碳纤维复合材料力学性能研究进展段裕熙，张凯*，徐伟芳，陈军红，龚芹（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川 绵阳 621999）摘要：目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展，推进碳纤维复合材料的研制和应用。
方法 采用文献调研法，梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容，对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。
结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等，提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。
关键词：碳纤维复合材料；静态力学性能；动态力学性能；三维编织复合材料 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)21-0036-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.21.005Mechanical Property of Carbon Fiber CompositesDUAN Yu-xi , ZHANG Kai *, XU Wei-fang , CHEN Jun-hong , GONG Qin(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621999, China) ABSTRACT: The work aims to explore recent advancements in the mechanical properties of carbon fiber composites for thermal structural applications, with the objective of promoting the development and utilization of carbon fiber composites. Through a comprehensive literature review, the current research status on the mechanical properties of carbon fiber composites was summarized, and the factors affecting the static and dynamic mechanical properties of 2D composites, needled composites, and 3D woven composites were analyzed. The results indicate that factors affecting the static and dynamic mechanical properties of carbon fiber composites include temperature, strain rate, density, et al. And further investigations are necessary in multi-factor coupling and high temperature dynamic properties of carbon fiber composites. KEY WORDS: carbon fiber composite; static mechanical properties; dynamic mechanical properties; three-dimensional weaving composite碳纤维由有机纤维经过一系列热处理转化而成，它是含碳量高于90%的无机高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。
连续碳纤维带树脂基复合材料的传感性能实验研究
ａｓ ｌ
树 脂 含 量ｌ 长 × 宽 ×厚
松 比 型 后 Ｃ 问 成 Ｄ
液和薄衬 底材料 经过 相关 工艺制作 而 成 。由该 复合 材 料 制作 的传感 器件 不 会 出 现应 力 突 变现 象 ， 常 温 下 在 受 环境湿 度影 响小 ， 耐久 性 好 ， 传感 精 度 高 ， 响应 速 度
上 ， 其 频 率 响 应 、 性 度 、 复 性 、 滞 性 和 灵 敏 度 特 对 线 重 迟
树脂 、 固化 剂和 丙 酮按 一 定 比率 混 合 ） 使 树 脂 预 浸 到 ， 连续 纤 维 和薄 衬底 材 料 中 ， 常 温下 ２ ｈ后树 脂 基本 待 ４
凝固， 然后裁 掉 多余 的衬底材料 ， 过 １ ｈ将 经过 树脂 再 ２ 浸透 固连在 衬底 材料上 的连续 纤维 薄带 在 圆筒上 反 复 拉 ６次 （ 图 １ 示 ） 再 次 拉 直后 涂上 一 层 薄薄 的树 如 所 ， 脂溶 液 即制得 具有 传 感 特性 的碳 带 复合 材 料 传感 器 ， 如 图 ２所示 。碳 带复合 材料 主要性 能如表 １ 所示 。
种新型 的 、 环境 因 素影 响小 、 定性 好 、 敏度 高 的 受 稳 灵
电＿ 极
Ｄ■ １ Ｌ
Ｅ 量 、 ｉ ’
图 ２ 碳 带传感 器 示意 图
Ｆｉ ａ ｒ ｍ ｆｃ ｒ ｎ ｆｂ ｒｒｂｂ ｅ ｓ ｒ ｇ ２ Ｄｉ ｇ ａ ｏ ａ ｂｏ ｉ ｅ ｉ ｏｎ ｓ ｎ ｏ
了碳 带传 感材料 的频 率 响应 及 线 性 、 稳定 性 、 滞 性 、 迟 重 复性 、 敏度等 静态 特性＿ ｊ 灵 ｌ。 ０
碳纤维复合材料的制备和性能研究
碳纤维复合材料的制备和性能研究复合材料作为一种新型材料，由于其具有结构轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能，在航空、航天、汽车、船舶等众多领域得到广泛应用。
碳纤维复合材料是其中一种材料，由于其高强度、低密度、高刚度和优良的热稳定性等特点，已经广泛应用于各种高端产品，如飞机、汽车、大型模具、船舶制造等领域。
本文主要介绍碳纤维复合材料的制备和性能研究方面的进展和成果，对于进一步研究这种材料的应用前景和发展具有参考价值。
一、碳纤维复合材料的制备碳纤维复合材料的制备是一个复杂的过程，需要对材料的性质进行深入的了解，并结合实际生产情况进行设计和试验。
一般来说，碳纤维复合材料的制备分为以下几个步骤：1、预制备碳纤维碳纤维是制备碳纤维复合材料的关键组成部分，其质量对复合材料的性能起到至关重要的作用。
碳纤维的质量受到多种因素的影响，如选择的原料、生产工艺、热处理方式等。
通常采用纤维束成型、碳化及氧化等工艺制备碳纤维，确保碳纤维的品质。
2、浸渍树脂将预制的碳纤维放入树脂中，使其充分浸泡。
树脂中的成分可以根据需要调整，以达到预期的力学性能。
3、热固化热固化是碳纤维复合材料制备的关键步骤之一。
材料通过温度和时间的控制，让树脂变成固体，并在碳纤维表面形成一层牢固的化学键连接。
通过这一步工艺，可以提高碳纤维复合材料的强度和刚度。
4、精加工精加工是制备碳纤维复合材料的最后步骤。
通过对材料进行切割、抛光、打磨、胶接等方式，可以获得一定形状、尺寸和光泽度的制品。
精加工过程中需要注意不要损伤材料的表面和内部结构，保证材料性能的完好。
以上是碳纤维复合材料制备的主要步骤，整个制备过程需要物理学、化学、材料学等多学科的知识和技术的支持，且需要结合多种因素综合评估生产效果。
二、碳纤维复合材料的性能研究碳纤维复合材料具有优良的力学性能、热性能和热膨胀性等特点，但其性能亦受制备过程中的各种因素影响。
为了更好地应用这种材料，需要对其性能进行全面研究和分析。
碳纤维复合材料论文
碳纤维复合材料论文导言碳纤维复合材料（CFRP）是一种由碳纤维和树脂基体组成的高性能材料。
随着科技的进步，CFRP在航空航天、汽车工业、体育用品等领域中得到了广泛的应用。
本论文将就CFRP的制备方法、性能特点以及应用前景进行详细探讨。
1. CFRP的制备方法CFRP的制备方法通常包括纺丝、预浸料、固化和成型四个步骤。
1.1 碳纤维纺丝碳纤维是由多个碳纤维丝束组成的。
纺丝过程中，先将碳纤维丝束在高温下拉伸，然后进行表面处理，以增加纤维与树脂的粘合性能。
1.2 预浸料制备预浸料是将纺丝得到的碳纤维与树脂基体进行浸渍得到的材料。
树脂基体一般采用环氧树脂。
预浸料制备过程中需要控制纤维的含量、纤维间的排列方式以及树脂的渗透性。
1.3 固化固化是指通过加热或加压将树脂基体中的单体或低分子量聚合物转变为高分子量聚合物的过程。
固化可以提高CFRP的强度和刚度。
1.4 成型成型是将固化后的预浸料经过特定形状的模具加热或加压成型，得到最终的CFRP产品。
2. CFRP的性能特点CFRP具有许多优良的性能特点，使其成为许多领域的首选材料。
2.1 高强度和高刚度相比于传统的金属材料，CFRP具有更高的强度和刚度。
其拉伸强度可以达到2000 MPa，弹性模量可以达到150 GPa以上。
2.2 轻质CFRP的密度大约为1.6 g/cm³，相比于钢材（7.8 g/cm³）和铝材（2.7g/cm³），CFRP具有更轻的重量优势。
2.3 抗腐蚀性由于CFRP的主要组成部分是碳纤维和树脂基体，它具有优良的抗腐蚀性能，不易受潮湿环境、化学物质和气候变化的影响。
2.4 热稳定性CFRP具有较高的热稳定性，可以在高温环境下长期使用而不发生形变或脆化。
2.5 高耐疲劳性由于CFRP的高强度和高刚度，它具有出色的耐疲劳性能，适用于长期受到重复加载的应用场景。
3. CFRP的应用前景随着CFRP技术的不断发展，其在各个领域的应用前景十分广阔。
碳纤维复合材料热导率
碳纤维复合材料热导率摘要碳纤维复合材料是一种新型的材料，具有优异的机械性能和热导性能。
本文将分析碳纤维复合材料的热导性能，并探讨其在工程领域的应用。
首先介绍了碳纤维复合材料的基本结构和材料性能，然后分析了其热导率以及影响热导率的因素。
最后针对碳纤维复合材料的热导性能进行了展望和总结。
引言碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂基体组成的复合材料，具有高强度、高模量、低密度等优异的机械性能，因此在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域具有广泛的应用。
与此同时，碳纤维复合材料还具有良好的热导性能，对于一些需要高温稳定性的应用具有重要的意义。
因此，研究碳纤维复合材料的热导性能及其影响因素，对于进一步提高其性能和拓展应用领域具有重要意义。
一、碳纤维复合材料的基本结构和材料性能碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成，碳纤维是由石墨化聚丙烯纤维经高温处理而成，具有高强度、高模量、低密度等优异的机械性能；树脂基体是由环氧树脂、酚醛树脂、环氧树脂等高分子材料组成，具有较好的耐热性和耐腐蚀性。
碳纤维和树脂基体相互作用，形成了一种强度和刚度较高的复合材料。
由于碳纤维本身是导电材料，因此碳纤维复合材料具有良好的热导性能。
二、碳纤维复合材料的热导率碳纤维复合材料的热导率是指在单位温度梯度下，单位厚度的材料内传热的能力。
一般来说，导热系数越大，对热的传导能力越强。
碳纤维复合材料的热导率主要受到以下几个因素的影响：1.碳纤维的取向和密度：碳纤维的取向和密度对于热导率有很大影响。
通常情况下，碳纤维的取向越好，密度越大，热导率越高。
2.树脂基体的类型和含量：树脂基体的类型和含量对于热导率也有很大的影响。
通常情况下，树脂基体含量越少，热导率越高。
3.温度和压力：温度和压力对于热导率也有很大的影响。
通常情况下，温度和压力越大，热导率也越大。
4.材料的内部结构：材料的内部结构对于热导率也有很大的影响。
通常情况下，内部结构越均匀，热导率也越高。
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。
碳纤维复合材料的力学性能研究
碳纤维复合材料的力学性能研究碳纤维复合材料作为一种新型材料，由于其具有优异的力学性能而受到广泛关注。
其力学性能主要由材料本身的组分和制备工艺所决定，因此对碳纤维复合材料的力学性能进行深入研究具有重要意义。
本文重点从材料的组分和制备工艺两方面探讨了碳纤维复合材料的力学性能研究。
一、碳纤维复合材料的组分对力学性能的影响碳纤维是一种高强度、高模量、低密度的纤维材料，其与树脂、金属等材料复合可以形成具有优异力学性能的复合材料。
因此，碳纤维是碳纤维复合材料中最为重要的组分之一。
1.碳纤维碳纤维的纤维结构具有高度的有序性和结晶性，因此其力学性能十分优异。
碳纤维的强度、模量、韧性等因其晶格结构、纤维取向及加工工艺等因素而发生变化。
纤维晶格结构的完整性、纤维的取向度、纤维的径向外表面结构的缺陷等因素都会影响其断裂机制和力学性能。
2.树脂基体碳纤维复合材料中树脂基体一般采用环氧树脂、聚酰亚胺等高强度树脂。
树脂基体的性能与其化学特性、韧性等性能有关。
韧性指材料在断裂前承受塑性变形的能力，其取决于树脂分子的交联程度、分子链的粘度、分子基团的取向等多方面因素。
二、制备工艺对碳纤维复合材料的力学性能的影响制备工艺对碳纤维复合材料的力学性能影响非常大，特别是在复合界面处的影响尤为显著。
1.预处理工艺预处理工艺是指在材料的成型之前对碳纤维进行的处理，包括氧化、清洁、增强等。
预处理工艺往往会改变纤维表面结构和化学性质，降低复合件中纤维与基体之间的界面黏附强度，从而影响碳纤维复合材料的力学性能。
2.复合工艺复合工艺是指制备碳纤维复合材料时的成型方式和条件，包括层压成型、自动化制造等。
该工艺对成型质量及复合材料界面合抱力度的影响极大。
因此，复合工艺的影响应被充分考虑。
3.表面处理工艺在新一代碳纤维复合材料中，表面处理工艺尤为重要。
表面处理工艺可以增强复合件表面的润湿性和附着力，提高复合材料的界面黏附能力，增强其抗拉、抗剪、抗压、硬度等性能。
碳纤维增强树脂复合材料的制备及应用研究
碳纤维增强树脂复合材料的制备及应用研究碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）作为一种新型工程材料，具有高强度、高刚度、轻质化等特点，已经广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
本文将对CFRP的制备和应用研究进行探讨。
一、CFRP的制备（一）纤维预处理碳纤维作为CFRP的增强相，其表面状况对复合材料的性能有着重要影响。
传统方法是使用酸洗和氧化处理等方法，但会带来环境污染和毒性问题。
现今研究使用无机涂层和纳米片剥技术实现表面改性，提升复合材料机械性能和耐久性。
（二）树脂基体制备CFRP的树脂基体通常是环氧树脂或酚醛树脂。
在制备过程中，需要调整不同的配比和固化条件以获得想要的性能，同时需要考虑树脂基体与纤维的黏结力。
（三）增强相与基体的复合在这一步骤中，需要将纤维和树脂混合后，进行层层叠加、压缩等处理，使其形成复合材料结构。
不同的叠加方式会影响材料的性能，例如单向、双向和多向等。
二、CFRP的应用研究（一）航空领域CFRP应用于航空领域具有显著的优点，例如轻量化设计能够降低燃油消耗、提升极限飞行高度和速度，并能减少噪声和振动。
同时，CFRP的高强度和高刚度特点可以提高飞机的结构强度和安全性能。
（二）汽车领域CFRP在汽车领域的应用可以降低车身重量，提高燃油效率和加速性能，并且可以在碰撞事件中减少车辆损伤和人员伤害。
目前一些高端汽车品牌已经将CFRP 作为车身结构的材料。
（三）其他领域CFRP也逐渐应用于其他领域，例如体育器材、建筑结构、医疗器械等。
例如运动鞋中使用的碳纤维板，能够提高鞋子的稳定性和耐用性。
三、CFRP的未来发展随着技术的发展，CFRP的生产成本将逐渐降低，适用于更广泛的应用领域。
同时，也需要研发更多的预测和测试技术，以促进CFRP材料的性能优化和应用推广。
未来，CFRP有望取代传统金属材料，成为各个领域的首选材料。
总之，CFRP作为一种优越的工程材料，具有无限的应用前景和发展潜力。
希望本文对CFRP的制备和应用有一定的了解和认识，促进其更好地发展和推广。
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。
碳纤维复合材料树脂基复合材料性能
碳纤维复合材料树脂基复合材料性能力学性能是材料最重要的性能。
树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。
1、树脂基复合材料的刚度树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。
树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。
由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。
此外，纤维(粒子)的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。
但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。
对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。
另一方面，也可以通过对单层的弹性常数(包括弹性模量和泊松比)进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。
2、树脂基复合材料的强度材料的强度首先和破坏联系在一起。
树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。
各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。
树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。
对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。
单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。
其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。
实验得知:单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的;凯芙拉(Kevlar)纤维的破坏模式是扭结;玻璃纤维一般是弯曲破坏。
碳纤维增强塑料电导率的研究现状
碳纤维增强塑料电导率的研究现状作者：赵倩张凯张荣华曹佃国赵丽娜尹武良来源：《河北科技大学学报》2018年第06期摘要：碳纖维增强塑料（carbon fiber reinforced plastic，CFRP）作为一种新型无机非金属基复合材料，具有优良的机械性能和力学性能，在工业和国防领域均得到广泛关注，特别是在汽车行业和大飞机生产过程。
作为重要性能参数之一，电导率的研究对于CFRP的无损探伤、预防雷击、电磁屏蔽等具有重要意义。
在深入分析CFRP的导电原理的基础上，综合考虑其不均匀性和各向异性，分别从实验方法、解析方法和数值仿真等方面对目前流行的CFRP电导率检测技术进行总结和对比，提出了更简单实时的实验方案，更精确有效的仿真模型和解析是下一步CFRP电导率研究的方向和目标。
关键词：无机非金属基复合材料;碳纤维增强塑料;电导率;各向异性;不均匀性中图分类号：TB332;文献标志码：A文章编号：1008-1542（2018）06-0502-09碳纤维增强塑料（carbon fiber reinforced plastic，CFRP）是由碳纤维作为增强体与树脂等基体复合而成，具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，已广泛应用于航天、航空、能源、汽车等领域[1-3]。
2011年国务院《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》及2012年工业和信息化部《新材料产业“十二五”发展规划》等均提到应重点发展高性能纤维产业，尤其是包含CFRP在内的碳纤维复合材料[4]。
CFRP的一个重要发展目标为在国产大型飞机上的应用。
据国家知识产权局专利检索与服务系统统计，截止至2012年9月20日，CFRP在大型民用飞机中的全球专利申请量为3 692项，其中中国为248项，这说明中国在该领域应投入更多的科研经费、调动更广泛的科研力量[5]。
2017年5月5日14时，中国第1架自行研制、具有完全自主知识产权的喷气式大型客机C919在上海浦东机场一飞冲天，其机身首次大面积使用了碳纤维树脂基复合材料。
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
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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。
碳纤维复合材料的导电性能研究与分析
碳纤维复合材料的导电性能研究与分析导言碳纤维复合材料由于其轻质、高强度、良好的耐腐蚀性能和优异的导热性能而广泛应用于航空、航天、汽车和电子等领域。
然而，由于其导电性能较差，限制了其在电子设备领域的进一步应用。
因此，对碳纤维复合材料的导电性能进行研究与分析具有重要意义。
1. 碳纤维复合材料的导电机制1.1 碳纤维导电机制碳纤维具有良好的导电性能，其导电机制主要通过电子的传导来实现。
碳纤维中的大量共价键结构提供了良好的电子传导通道，使得电子能够在纤维中迅速传递，从而实现导电功能。
1.2 复合材料导电机制碳纤维复合材料中的基体材料主要由树脂等绝缘材料构成，导电性能则依赖于其中添加的导电剂。
常用的导电剂包括碳纳米管、石墨烯、金属纳米颗粒等。
导电剂的存在能够提供导电通道，使得碳纤维复合材料具有一定的导电性能。
2. 影响碳纤维复合材料导电性能的因素2.1 导电剂含量导电剂的含量是影响碳纤维复合材料导电性能的重要因素之一。
当导电剂含量较低时，导电通道较少，导电性能较差；而当导电剂含量过高时，容易导致导电剂之间形成团聚物，导致电子传导受阻。
2.2 导电剂形态导电剂的形态也会对导电性能产生一定影响。
例如，碳纳米管在纤维表面的涂覆能够增加碳纤维复合材料的导电性能，而碳纳米管的团簇聚集则会降低导电性能。
2.3 导电剂分散性导电剂的分散性对导电性能具有重要影响。
良好的导电剂分散性能够保证导电剂均匀分布在基体中，形成连续的导电通道，提高复合材料的导电性能。
3. 碳纤维复合材料导电性能的改善方法3.1 导电剂选择选择适当的导电剂是改善碳纤维复合材料导电性能的关键。
不同导电剂的导电性能和分散性不同，需要根据具体应用需求进行选择。
3.2 导电剂掺量控制合理控制导电剂的添加量能够在保证导电性能的同时减少材料的成本，并降低导电剂团聚现象的发生。
3.3 表面处理技术通过表面处理技术如等离子体喷涂、溶胶凝胶等方法，能够提高碳纤维表面的润湿性和导电剂的覆盖度，进一步提高复合材料的导电性能。
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第27卷 第5期2005年5月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.27 No.5 M ay 2005碳纤维/树脂基复合材料导电性能研究于 杰,王继辉,王 钧(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070)摘 要: 研究了短切碳纤维/乙烯基酯树脂导电性与短切碳纤维含量、长径比、纤维取向的关系及其PT C 效应。
短切碳纤维长径比越大、取向角越小,材料的渗虑阈值越低,导电性越好。
渗虑阈值之后,纤维含量越低,PT C 效应越明显,转变温度越低;实验还发现体积膨胀是导致PT C 效应的主要因素之一,通过分析PT C 效应与体积膨胀之间的关系,得出渗滤区域材料的导电性受导电通路与隧道效应的综合影响,当纤维含量较高时,导电性能基本只受导电通路的控制。
关键词: 短切碳纤维/乙烯基酯树脂; 导电性; 长径比; PT C中图分类号: T B 332文献标志码: A 文章编号:1671-4431(2005)05-0024-03Study on Electric Properties of Carbon Fiber/Polymer CompositesY U J ie,WAN G J i -hui,WAN G Jun(Schoo l of M aterials Science and Engineering,Wuhan U niversity of T echnolo gy,Wuhan 430070,China)Abstract: T he electr ical co nduct ivity and P T C effect of chopped -carbon fiber filled viny-l ester resin composites were studied.Filler aspect r at io and filler orientation were found to evidently affect t he composites conductiv ity.It w as also proved that the volume ex pansion was a main factor.It has r esulted in the composites .PT C behavior ,w hich is mor e sensitive and evident when the filler fraction is w ithin t he percolation r eg ion.It also advanced the conductive mechanism based on the analysis of the rela -tion between volume expansion and PT C behav ior.Key words: chopped -carbon fiber/viny-l ester r esin; electrical conductivity ; aspect ratio; P T C收稿日期:2005-01-30.基金项目:军工863项目(2003AA 305920).作者简介:于 杰(1980-),男,硕士生.E -mail:yujiejack@ 复合型导电高分子材料可以在较大范围内根据需要调节材料的电学、力学性能及其它性能,而且成本较低、易于成型并进行大规模生产,是当前研究开发的重点。
其中,碳纤维作为一种纤维状导电填料,填充树脂、橡胶、橡塑共混物等复合型导电高分子材料的研究也经常见诸报道[1,2]。
虽然针对碳系填料填充的热塑性树脂复合材料的研究十分广泛,但关于以热固性树脂为基体的导电复合材料的研究却少有报道。
以短切碳纤维/乙烯基酯树脂为研究对象,研究了碳纤维含量、长径比及纤维的取向对复合材料导电性能的影响,并对其PT C 效应进行了研究,力图探索短切碳纤维填充热固性树脂基复合材料的导电机理。
1 实 验1.1 试样制备碳纤维:PAN 基纤维,型号HTA -12K,由OH O TAYON 公司生产;树脂:3201#乙烯基酯树脂,上海新华树脂厂生产;固化剂:过氧化苯甲酰,促进剂:环烷酸钴,均由武汉理工大学树脂厂生产。
将各长径比(1mm 、3mm 、5mm)的碳纤维按不同的含量(0.5%~10%)与树脂、固化剂及促进剂混合搅拌均匀,浇注到钢模中,140e 下固化20m in,自然冷却,脱模后加工成50m m @20mm @4mm 的片材。
1.2 试样性能测试研究和借鉴Wang Guoquan [3]的势差法以测量复合材料的导电率。
这是一种四电极法,类似于ISO3915和ISO1853的测试方法。
Wang 的实验证明,阻值在103~1048以下时,该法能很好地降低接触电阻,保证测量的准确性。
阻值高于1048时改用铜片作为电极用数字万用表及高阻表进行测量。
在阻-温关系测试中,将试样及一个热敏电偶放入马丁耐热箱中,并与KEITHEY2700数据采集/程控开关/数字多用表连接,多用表用来采集试样周围温度值以及试样电阻随温度变化的数据;升温速率5e /m in 。
用X 射线衍射法和示差扫描量热法测试复合材料基体的结晶特性;试样体积膨胀率随温度的变化由体积膨胀仪进行测试。
2 结果与讨论2.1 碳纤维含量与电阻率的关系图1是1mm 碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料的电阻率随碳纤维含量变化曲线。
由图1可以看出,碳纤维含量为0.5%~1.0%时,材料电阻率在1088#mm 左右,属于绝缘体;在碳纤维含量从1%增加到4%左右时,电阻率由1088#mm 左右迅速下降到1028#mm 左右,接近碳纤维的电阻率,出现/渗滤0现象;当纤维含量大于4%时,试样体积电阻率与碳纤维的含量基本呈线性变化。
/渗滤0现象反映出在突变点附近导电填料开始在树脂基体中形成导电通路网络,此时,材料的导电性能由导电通路与隧道效应二者综合作用决定,随碳纤维含量呈非线性变化;/渗滤阈值0之后,碳纤维在体系中形成了稳定的导电通路网络,材料电阻率主要受碳纤维含量的影响,随纤维含量基本呈线性变化。
2.2 碳纤维长径比对电阻率的影响碳纤维的长径比对复合材料导电性能影响显著[4]。
由图2可以看出相同含量、不同长度的碳纤维填充的复合材料电阻率是不同的。
1m m 和3mm 的试样渗滤阈值在1%左右,而5mm 试样的电阻率在含量低于1%时就已经呈现突变。
这是由于长径比越大,越有利于导电通路的形成,从而降低了导电复合材料的渗滤阈值。
纤维含量较高时,长径比对导电性的影响较小,不同长径比相同含量的复合材料导电性相差不大。
2.3 纤维取向对导电性的影响碳纤维具有明显的长径比,纤维取向将导致短切碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料的各向异性,因此也会对材料的导电性产生影响。
将同一试样表1 材料纵横向电阻率对比结果w (纤维)/% 1.5246810横向电阻率/(8#mm)5123.011414.21113.3097.8875.2023.01纵向电阻率/(8#mm)8805.474086.46327.43119.3385.1930.02纵横向的电阻率进行比较,结果如表1所示。
纤维取向角越小(在光学显微镜下观察到的纤维取向角小的方向定为横向),纤维在导电性测量方向相互接触的可能性增大,则越有利于复合材料内部二维导电网络的形成。
与纤维长径比对材料导电性能的影响相似,取向的影响在高浓度时并不明显,在含量达到6%时,复合材料的导电性基本不受取向的影响。
2.4 复合材料PTC 效应的研究导电高分子复合材料电阻随温度变化的非欧姆性或非线性关系,可用于电信工程、自控温加热器、电流限流器、电流过载保护等。
同时,对电阻-温度效应的研究也有助于对导电机理的认识。
罗延龄[5]等将电阻率-导电填料含量关系曲线分为3个区域:高电阻区、渗滤区和高导电区;并认为在渗滤区域,材料表现出热敏、压敏和工艺不稳定等独特性能,而在高导电区域,填料含量趋于饱和,导电性能稳定,对温度等影响不敏感。
从图3可以看到,碳纤维含量为2%时,电阻值在95e 之前变化不大,而在95e 附近电阻值出现突变,增大4个数量级;碳纤维含量为4%时,从40~175e 电阻值变化不大,至175e 时,电阻值发生突变,增大近5个数量级;当纤维含量达到10%时,电阻值随温度变化已经不太明显,除了在95e 和170e 附近有少许增大,几乎呈一条直线。
从图1可以看到含量为2%时仍处于阻值变化较大的临25第27卷 第5期 于 杰,等:碳纤维/树脂基复合材料导电性能研究界区域,4%时则处在临界区域的末端,而含量为10%时,填料含量已经趋于饱和,阻值比较稳定。
这一结果与罗延龄等3个区域的划分一致。
树脂基体的结晶特性对材料PTC 特性有很大影响。
测试结果表明无论是DSC 还是X 射线衍射图均没有发现结晶峰的存在,说明碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料基本上是一种无定型材料。
因此可以推测,基体交联度基本相同的情况下(因为制备工艺和原材料相同),基体性质对这一材料的PTC特性影响较小。
由体积膨胀曲线可以明显地看到PTC 效应与体积膨胀的关系。
图4为碳纤维/乙烯基酯树脂体积膨胀率随温度的变化关系。
基体线性膨胀率随温度线性增大至98e 附近达到一个峰值,约为3.8@10-3/K,经过一个低谷然后随温度线性增大,到200e 时,体积膨胀率已达7.0@10-3/K 以上。
可以看到该曲线与电阻-温度关系曲线变化趋势有很好的对应关系。
因此,可以推断体积膨胀是导致PTC 效应产生的主要因素之一。
但由于线性膨胀率只有10-3/K,所以由体积膨胀引起的稀释效应并不足以使导电通路完全断开从而产生电阻值的突变。
作者认为,处于渗滤区域的复合材料其导电性受导电通路和隧道效应综合影响,随着温度升高,聚合物基体发生膨胀,当体积膨胀达到一定程度时,由于稀释作用,纤维相对含量明显降低,导致部分导电通路被破坏,并且纤维间距离增大,以至于隧道效应难以发生,电阻值出现突变;而碳纤维含量很高时,导电性完全由导电通路控制,体积膨胀无法使大部分通路断开,因此电阻率随温度变化不明显。
与许多半结晶热塑性树脂为基体的导电复合材料不同,碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料在电阻值突增之后并没有出现明显的NTC 效应。
这是因为,热固性树脂基体是一种三维网状结构,对导电填料有很强的束缚作用,基体不能熔融流动导致导电填料的重排,导电网络被破坏后难以恢复,从而不呈现NT C 效应。
3 结 论a.碳纤维长径比和取向对复合材料导电性有较大影响,长径比越大、取向角越小,材料渗滤阈值越低,导电性能越好。