國(guó)產(chǎn)碳纖維及其增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、國(guó)產(chǎn)碳纖維經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展,性能取得了較大程度的提高。為促進(jìn)國(guó)產(chǎn)碳纖維的工程應(yīng)用,本文對(duì)其表面結(jié)構(gòu)與性能、成型工藝及其增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行了探索。首先,對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維的單絲拉伸性能、表面浸潤(rùn)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并與進(jìn)口碳纖維的對(duì)應(yīng)性能進(jìn)行比較,明確了國(guó)產(chǎn)碳纖維性能特點(diǎn);通過(guò)拉擠工藝,制備了碳纖維增強(qiáng)高聚物(CFRP)板材,測(cè)試了CFRP板材的力學(xué)性能,分析了制備工藝參數(shù)對(duì)其力學(xué)性能、熱性能的影響。本文的研究將為國(guó)產(chǎn)CFRP拉擠板材的高性能

2、化提供實(shí)驗(yàn)與理論依據(jù)。
　　本文主要的研究?jī)?nèi)容與結(jié)論:
　　1、系統(tǒng)地探索了碳纖維單絲拉伸性能的影響因素,揭示了膠粘劑種類(lèi)、固化時(shí)間及碳纖維單絲計(jì)量長(zhǎng)度等因素對(duì)碳纖維單絲拉伸性能的影響規(guī)律與機(jī)理,建立了可靠的碳纖維單絲拉伸實(shí)驗(yàn)方法;
　　2、利用單絲拉伸試驗(yàn),對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維的拉伸性能進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試,并采用Weibull分布函數(shù)對(duì)拉伸強(qiáng)度值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明,國(guó)產(chǎn)碳纖維的拉伸強(qiáng)度平均值及其穩(wěn)定性均與進(jìn)口碳纖維有較大的

3、差距;掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)分析表明,國(guó)產(chǎn)碳纖維表面具有較深的溝痕缺陷,這可能是其力學(xué)性能較差的原因之一;
　　3、同進(jìn)口碳纖維相比,國(guó)產(chǎn)碳纖維斷絲現(xiàn)象嚴(yán)重,起毛現(xiàn)象明顯,且單絲直徑的離散性較大,這將導(dǎo)致其工藝穩(wěn)定性能較差;
　　4、測(cè)量了不同樹(shù)脂與國(guó)產(chǎn)碳纖維的接觸角,并采用液滴形狀法定量地測(cè)定了上漿劑對(duì)碳纖維表面能的影響。結(jié)果表明,不同樹(shù)脂對(duì)碳纖維的浸潤(rùn)性能不同;國(guó)產(chǎn)碳纖維的表面能僅略大于東麗碳纖

4、維;上漿劑能夠有效改善碳纖維表面的浸潤(rùn)性能;
　　5、利用拉擠成型工藝,制備了碳纖維增強(qiáng)FRP板材,對(duì)其熱力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)表征測(cè)試,明確了制備工藝、CFRP板材力學(xué)性能和材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。同進(jìn)口碳纖維增強(qiáng)FRP板材相比,國(guó)產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)FRP板材在拉伸、抗彎和層間剪切等力學(xué)性能方面較差;SFF(SimultaneousFiber-Failure)模型對(duì)19種板材拉伸強(qiáng)度的預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值間的吻合程度較差,而混合定律較能準(zhǔn)確地對(duì)