碳纖維編織復(fù)合材料筋材的制備與性能分析.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基(Carbon Fiber reinforced Polymer，CFRP)復(fù)合材料筋材與鋼筋相比具有質(zhì)量輕、耐腐蝕性能好、比剛度、比強(qiáng)度大、施工簡便以及優(yōu)異的力學(xué)性能等特點，在橋梁建筑、土木工程等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。
　　本課題以碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料筋材的制備為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)制度，獲得了連續(xù)樹脂傳遞模塑(Continuous Resin TransferMolding，CRTM)

2、成型工藝的關(guān)鍵控制參數(shù)，制備了單向碳纖維復(fù)合材料筋材，驗證了CRTM工藝的可行性;在此基礎(chǔ)上，建立了連續(xù)編織-樹脂模塑工藝方法，設(shè)計并制備了直徑為5mm，編織角分別為30°、40°和50°的碳纖維編織復(fù)合材料筋材。通過對以上碳纖維復(fù)合材料筋材進(jìn)行三點彎曲試驗、壓縮試驗、剪切試驗以及扭轉(zhuǎn)試驗，研究分析了試驗溫度、成型工藝以及編織角對碳纖維復(fù)合材料筋材性能的影響。得出以下結(jié)論:
　　(1)對所選用的CP-02A/B環(huán)氧樹脂進(jìn)行粘溫測試

3、和DSC測試，并對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步確定了此樹脂體系的注膠溫度為55℃～60℃，粘膠溫度為98.9℃，固化溫度為121.3℃，后處理溫度為134℃，以此為理論基礎(chǔ)制定了模具的三區(qū)溫度。通過前期的實驗工藝驗證，得到本次實驗的CRTM成型工藝參數(shù)如下：模具三區(qū)溫度依次為，130℃，160℃，180℃;注膠溫度為55℃，注膠壓力為0.2MPa，拉擠速度為0.3m/min。
　　(2)以樹脂基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg=183℃為依據(jù)，

4、分別選取25℃、70℃和150℃三個溫度，研究了單向復(fù)合材料的彎曲和壓縮性能。實驗結(jié)果表明，隨著試驗溫度的升高，單向復(fù)合材料筋材的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度都逐有所降低。這與碳纖維與環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)不同，從而使得溫度升高時碳纖維與環(huán)氧樹脂之間結(jié)合變差有關(guān)。
　　(3)當(dāng)纖維體積含量和試樣直徑一定時，傳統(tǒng)拉擠成型工藝制備的試樣比CRTM成型工藝制備的單向復(fù)合材料筋材的彎曲強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度分別增加了11.11％和8.18％，剪切強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)