CFRP层合板纳米复合层间增韧性能及机理的研究
发布时间：2021-01-15 16:40
碳纤维增强聚合物基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer:CFRP）因其高比强度,高比模量,材料可设计性等优良性能被广泛用于航空航天领域。热固性环氧树脂具有良好的机械性能和耐热性,因此常被用作CFRP复合材料的基体。然而,由于热固性树脂固化后具有高度交联的网格结构,使得热固性树脂基复合材料呈现较低的断裂韧性,易产生分层损伤。因此,在保证其他性能的条件下,实现对复合材料增韧改性具有重要的研究意义及广阔的应用前景。本文基于热压成型工艺,选用热塑性酚酞基聚醚酮（Polyaryletherketone with Cardo:PEK-C）薄膜层间增韧碳纤维/环氧树脂基复合材料（T700/6240）层合板。通过设定不同固化时间,结合I型层间断裂韧性(GIC)测试和扫描电子显微镜（SEM）探究了PEK-C层间增韧复合材料层合板固化工艺-结构-性能之间的关系;并引入纳米相（纳米SiO2,碳纳米管）,制备纳米相/PEK-C复合薄膜,层间改性复合材料,通过I型层间断裂韧性测试、三点弯曲实验和层间剪切实验表征其宏观韧性和面内力学性...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1层间增韧方式[23]
中国民航大学硕士学位论文3的增韧效果。如图1-2所示[24]，通过对复合材料的I型断裂形貌进行观察，发现橡胶颗粒的存在钝化了裂纹尖端，引起裂纹扩展路径偏折，同时可以看到大量的橡胶颗粒呈撕裂状，这使得能量吸收水平骤增，复合材料的层间韧性得到优化。图1-2橡胶颗粒改性层压板I型层间断裂表面SEM图[24]Bull等[25]通过力学性能测试和超声波C扫描研究了颗粒增韧在提高碳纤维增强复合材料抗冲击损伤性能中的作用，发现颗粒增韧可以使材料的低速抗冲击性能提高两倍至四倍不等。另外，作者利用同步辐射计算机断层扫描技术（SRCT）在颗粒增韧体系中检测到不同的增韧机制，如颗粒-树脂剥离、裂纹偏转、裂纹桥连等，并且量化了各种增韧机制在不同材料体系中的相对影响，为复合材料损伤的评估和量化提供了新方法。Hsiao[26]发现颗粒分布均匀性是区分层间增韧后复合材料层压板CAI高低的关键因素。高CAI值的层压板具有均匀且更致密的颗粒分布，如图1-3（a）所示[26]，而低CAI层压板层间的颗粒分布非常不均匀，如图1-3（b）所示[26]。图1-3高低CAI值复合材料层压板的颗粒整体分布图[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用热塑微米颗粒对HT7/5228和HT3/NY9200G两种高温固化环氧基复合材料层压板进行层间增韧，经实验发现，相比于未增韧试样，两种层间增韧复合材料
中国民航大学硕士学位论文3的增韧效果。如图1-2所示[24]，通过对复合材料的I型断裂形貌进行观察，发现橡胶颗粒的存在钝化了裂纹尖端，引起裂纹扩展路径偏折，同时可以看到大量的橡胶颗粒呈撕裂状，这使得能量吸收水平骤增，复合材料的层间韧性得到优化。图1-2橡胶颗粒改性层压板I型层间断裂表面SEM图[24]Bull等[25]通过力学性能测试和超声波C扫描研究了颗粒增韧在提高碳纤维增强复合材料抗冲击损伤性能中的作用，发现颗粒增韧可以使材料的低速抗冲击性能提高两倍至四倍不等。另外，作者利用同步辐射计算机断层扫描技术（SRCT）在颗粒增韧体系中检测到不同的增韧机制，如颗粒-树脂剥离、裂纹偏转、裂纹桥连等，并且量化了各种增韧机制在不同材料体系中的相对影响，为复合材料损伤的评估和量化提供了新方法。Hsiao[26]发现颗粒分布均匀性是区分层间增韧后复合材料层压板CAI高低的关键因素。高CAI值的层压板具有均匀且更致密的颗粒分布，如图1-3（a）所示[26]，而低CAI层压板层间的颗粒分布非常不均匀，如图1-3（b）所示[26]。图1-3高低CAI值复合材料层压板的颗粒整体分布图[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用热塑微米颗粒对HT7/5228和HT3/NY9200G两种高温固化环氧基复合材料层压板进行层间增韧，经实验发现，相比于未增韧试样，两种层间增韧复合材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维和SiO2纳米颗粒增强环氧树脂复合材料的压缩性能[J]. 方奕欣,陈蔚,蒋震宇,汤立群,刘逸平,刘泽佳,周立成. 复合材料学报. 2019(06)
[2]碳纳米管/环氧树脂复合材料性能研究[J]. 权开玉. 橡塑技术与装备. 2019(02)
[3]无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J]. 王慧,王秀玲,丁著明. 热固性树脂. 2018(06)
[4]碳纳米管薄膜增强复合材料Ⅰ型断裂韧性研究[J]. 张远,于妍妍,何静宇,徐小魁,赵新洛,吕卫帮. 炭素技术. 2018(04)
[5]PEK-C膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能[J]. 姚佳伟,刘梦瑶,牛一凡. 复合材料学报. 2019(05)
[6]酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究[J]. 于倩倩,陈刚,郑志才,崇琳,王志远,王启芬,王忠,吴忠泉. 玻璃钢/复合材料. 2018(05)
[7]多壁碳纳米管在国产碳纤维增强环氧树脂复合材料中应用[J]. 郑志才,王尚,田雅萍,陈艳,孙士祥,王强,孟祥武,韩军慧. 工程塑料应用. 2018(05)
[8]超薄T700/环氧树脂预浸料力学性能研究及微观结构表征[J]. 姚佳伟,贾紫娇,牛一凡. 塑料工业. 2017(11)
[9]纳米SiO2-端羧基丁腈橡胶改性水性环氧树脂复合材料的制备及性能[J]. 周浩然,毛珊珊. 复合材料学报. 2018(06)
[10]增强增韧的环氧树脂/二氧化硅纳米复合材料的制备与研究[J]. 朱德智. 塑料工业. 2017(06)
博士论文
[1]复合材料层板层间微/纳米颗粒增韧机理研究[D]. 徐丰.西北工业大学 2016
[2]几种含碳纳米管复合体系的制备、表征及相关应用研究[D]. 唐艳.中南大学 2012
[3]纳米颗粒改性环氧树脂的断裂行为及其和纤维的界面性能研究[D]. 汤龙程.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]纳米氧化铝/酚酞聚芳醚酮/环氧树脂复合材料的制备及其性能研究[D]. 沈志军.北京化工大学 2013
本文编号：2979158
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1层间增韧方式[23]
中国民航大学硕士学位论文3的增韧效果。如图1-2所示[24]，通过对复合材料的I型断裂形貌进行观察，发现橡胶颗粒的存在钝化了裂纹尖端，引起裂纹扩展路径偏折，同时可以看到大量的橡胶颗粒呈撕裂状，这使得能量吸收水平骤增，复合材料的层间韧性得到优化。图1-2橡胶颗粒改性层压板I型层间断裂表面SEM图[24]Bull等[25]通过力学性能测试和超声波C扫描研究了颗粒增韧在提高碳纤维增强复合材料抗冲击损伤性能中的作用，发现颗粒增韧可以使材料的低速抗冲击性能提高两倍至四倍不等。另外，作者利用同步辐射计算机断层扫描技术（SRCT）在颗粒增韧体系中检测到不同的增韧机制，如颗粒-树脂剥离、裂纹偏转、裂纹桥连等，并且量化了各种增韧机制在不同材料体系中的相对影响，为复合材料损伤的评估和量化提供了新方法。Hsiao[26]发现颗粒分布均匀性是区分层间增韧后复合材料层压板CAI高低的关键因素。高CAI值的层压板具有均匀且更致密的颗粒分布，如图1-3（a）所示[26]，而低CAI层压板层间的颗粒分布非常不均匀，如图1-3（b）所示[26]。图1-3高低CAI值复合材料层压板的颗粒整体分布图[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用热塑微米颗粒对HT7/5228和HT3/NY9200G两种高温固化环氧基复合材料层压板进行层间增韧，经实验发现，相比于未增韧试样，两种层间增韧复合材料
中国民航大学硕士学位论文3的增韧效果。如图1-2所示[24]，通过对复合材料的I型断裂形貌进行观察，发现橡胶颗粒的存在钝化了裂纹尖端，引起裂纹扩展路径偏折，同时可以看到大量的橡胶颗粒呈撕裂状，这使得能量吸收水平骤增，复合材料的层间韧性得到优化。图1-2橡胶颗粒改性层压板I型层间断裂表面SEM图[24]Bull等[25]通过力学性能测试和超声波C扫描研究了颗粒增韧在提高碳纤维增强复合材料抗冲击损伤性能中的作用，发现颗粒增韧可以使材料的低速抗冲击性能提高两倍至四倍不等。另外，作者利用同步辐射计算机断层扫描技术（SRCT）在颗粒增韧体系中检测到不同的增韧机制，如颗粒-树脂剥离、裂纹偏转、裂纹桥连等，并且量化了各种增韧机制在不同材料体系中的相对影响，为复合材料损伤的评估和量化提供了新方法。Hsiao[26]发现颗粒分布均匀性是区分层间增韧后复合材料层压板CAI高低的关键因素。高CAI值的层压板具有均匀且更致密的颗粒分布，如图1-3（a）所示[26]，而低CAI层压板层间的颗粒分布非常不均匀，如图1-3（b）所示[26]。图1-3高低CAI值复合材料层压板的颗粒整体分布图[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用热塑微米颗粒对HT7/5228和HT3/NY9200G两种高温固化环氧基复合材料层压板进行层间增韧，经实验发现，相比于未增韧试样，两种层间增韧复合材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维和SiO2纳米颗粒增强环氧树脂复合材料的压缩性能[J]. 方奕欣,陈蔚,蒋震宇,汤立群,刘逸平,刘泽佳,周立成. 复合材料学报. 2019(06)
[2]碳纳米管/环氧树脂复合材料性能研究[J]. 权开玉. 橡塑技术与装备. 2019(02)
[3]无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J]. 王慧,王秀玲,丁著明. 热固性树脂. 2018(06)
[4]碳纳米管薄膜增强复合材料Ⅰ型断裂韧性研究[J]. 张远,于妍妍,何静宇,徐小魁,赵新洛,吕卫帮. 炭素技术. 2018(04)
[5]PEK-C膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能[J]. 姚佳伟,刘梦瑶,牛一凡. 复合材料学报. 2019(05)
[6]酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究[J]. 于倩倩,陈刚,郑志才,崇琳,王志远,王启芬,王忠,吴忠泉. 玻璃钢/复合材料. 2018(05)
[7]多壁碳纳米管在国产碳纤维增强环氧树脂复合材料中应用[J]. 郑志才,王尚,田雅萍,陈艳,孙士祥,王强,孟祥武,韩军慧. 工程塑料应用. 2018(05)
[8]超薄T700/环氧树脂预浸料力学性能研究及微观结构表征[J]. 姚佳伟,贾紫娇,牛一凡. 塑料工业. 2017(11)
[9]纳米SiO2-端羧基丁腈橡胶改性水性环氧树脂复合材料的制备及性能[J]. 周浩然,毛珊珊. 复合材料学报. 2018(06)
[10]增强增韧的环氧树脂/二氧化硅纳米复合材料的制备与研究[J]. 朱德智. 塑料工业. 2017(06)
博士论文
[1]复合材料层板层间微/纳米颗粒增韧机理研究[D]. 徐丰.西北工业大学 2016
[2]几种含碳纳米管复合体系的制备、表征及相关应用研究[D]. 唐艳.中南大学 2012
[3]纳米颗粒改性环氧树脂的断裂行为及其和纤维的界面性能研究[D]. 汤龙程.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]纳米氧化铝/酚酞聚芳醚酮/环氧树脂复合材料的制备及其性能研究[D]. 沈志军.北京化工大学 2013
本文编号：2979158
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