CFRP層合板納米復(fù)合層間增韌性能及機理的研究
發(fā)布時間：2021-01-15 16:40
碳纖維增強聚合物基復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer:CFRP）因其高比強度,高比模量,材料可設(shè)計性等優(yōu)良性能被廣泛用于航空航天領(lǐng)域。熱固性環(huán)氧樹脂具有良好的機械性能和耐熱性,因此常被用作CFRP復(fù)合材料的基體。然而,由于熱固性樹脂固化后具有高度交聯(lián)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),使得熱固性樹脂基復(fù)合材料呈現(xiàn)較低的斷裂韌性,易產(chǎn)生分層損傷。因此,在保證其他性能的條件下,實現(xiàn)對復(fù)合材料增韌改性具有重要的研究意義及廣闊的應(yīng)用前景。本文基于熱壓成型工藝,選用熱塑性酚酞基聚醚酮（Polyaryletherketone with Cardo:PEK-C）薄膜層間增韌碳纖維/環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料（T700/6240）層合板。通過設(shè)定不同固化時間,結(jié)合I型層間斷裂韌性(GIC)測試和掃描電子顯微鏡（SEM）探究了PEK-C層間增韌復(fù)合材料層合板固化工藝-結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系;并引入納米相（納米SiO2,碳納米管）,制備納米相/PEK-C復(fù)合薄膜,層間改性復(fù)合材料,通過I型層間斷裂韌性測試、三點彎曲實驗和層間剪切實驗表征其宏觀韌性和面內(nèi)力學性...
【文章來源】：中國民航大學天津市
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖1-1層間增韌方式[23]
中國民航大學碩士學位論文3的增韌效果。如圖1-2所示[24]，通過對復(fù)合材料的I型斷裂形貌進行觀察，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒的存在鈍化了裂紋尖端，引起裂紋擴展路徑偏折，同時可以看到大量的橡膠顆粒呈撕裂狀，這使得能量吸收水平驟增，復(fù)合材料的層間韌性得到優(yōu)化。圖1-2橡膠顆粒改性層壓板I型層間斷裂表面SEM圖[24]Bull等[25]通過力學性能測試和超聲波C掃描研究了顆粒增韌在提高碳纖維增強復(fù)合材料抗沖擊損傷性能中的作用，發(fā)現(xiàn)顆粒增韌可以使材料的低速抗沖擊性能提高兩倍至四倍不等。另外，作者利用同步輻射計算機斷層掃描技術(shù)（SRCT）在顆粒增韌體系中檢測到不同的增韌機制，如顆粒-樹脂剝離、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋連等，并且量化了各種增韌機制在不同材料體系中的相對影響，為復(fù)合材料損傷的評估和量化提供了新方法。Hsiao[26]發(fā)現(xiàn)顆粒分布均勻性是區(qū)分層間增韌后復(fù)合材料層壓板CAI高低的關(guān)鍵因素。高CAI值的層壓板具有均勻且更致密的顆粒分布，如圖1-3（a）所示[26]，而低CAI層壓板層間的顆粒分布非常不均勻，如圖1-3（b）所示[26]。圖1-3高低CAI值復(fù)合材料層壓板的顆粒整體分布圖[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用熱塑微米顆粒對HT7/5228和HT3/NY9200G兩種高溫固化環(huán)氧基復(fù)合材料層壓板進行層間增韌，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，相比于未增韌試樣，兩種層間增韌復(fù)合材料
中國民航大學碩士學位論文3的增韌效果。如圖1-2所示[24]，通過對復(fù)合材料的I型斷裂形貌進行觀察，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒的存在鈍化了裂紋尖端，引起裂紋擴展路徑偏折，同時可以看到大量的橡膠顆粒呈撕裂狀，這使得能量吸收水平驟增，復(fù)合材料的層間韌性得到優(yōu)化。圖1-2橡膠顆粒改性層壓板I型層間斷裂表面SEM圖[24]Bull等[25]通過力學性能測試和超聲波C掃描研究了顆粒增韌在提高碳纖維增強復(fù)合材料抗沖擊損傷性能中的作用，發(fā)現(xiàn)顆粒增韌可以使材料的低速抗沖擊性能提高兩倍至四倍不等。另外，作者利用同步輻射計算機斷層掃描技術(shù)（SRCT）在顆粒增韌體系中檢測到不同的增韌機制，如顆粒-樹脂剝離、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋連等，并且量化了各種增韌機制在不同材料體系中的相對影響，為復(fù)合材料損傷的評估和量化提供了新方法。Hsiao[26]發(fā)現(xiàn)顆粒分布均勻性是區(qū)分層間增韌后復(fù)合材料層壓板CAI高低的關(guān)鍵因素。高CAI值的層壓板具有均勻且更致密的顆粒分布，如圖1-3（a）所示[26]，而低CAI層壓板層間的顆粒分布非常不均勻，如圖1-3（b）所示[26]。圖1-3高低CAI值復(fù)合材料層壓板的顆粒整體分布圖[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用熱塑微米顆粒對HT7/5228和HT3/NY9200G兩種高溫固化環(huán)氧基復(fù)合材料層壓板進行層間增韌，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，相比于未增韌試樣，兩種層間增韌復(fù)合材料
【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳纖維和SiO2納米顆粒增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的壓縮性能[J]. 方奕欣,陳蔚,蔣震宇,湯立群,劉逸平,劉澤佳,周立成. 復(fù)合材料學報. 2019(06)
[2]碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能研究[J]. 權(quán)開玉. 橡塑技術(shù)與裝備. 2019(02)
[3]無機納米粒子在環(huán)氧樹脂增韌改性中的應(yīng)用[J]. 王慧,王秀玲,丁著明. 熱固性樹脂. 2018(06)
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[5]PEK-C膜層間增韌碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學性能[J]. 姚佳偉,劉夢瑤,牛一凡. 復(fù)合材料學報. 2019(05)
[6]酸化石墨烯改性環(huán)氧樹脂及其碳纖維復(fù)合材料力學性能研究[J]. 于倩倩,陳剛,鄭志才,崇琳,王志遠,王啟芬,王忠,吳忠泉. 玻璃鋼/復(fù)合材料. 2018(05)
[7]多壁碳納米管在國產(chǎn)碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中應(yīng)用[J]. 鄭志才,王尚,田雅萍,陳艷,孫士祥,王強,孟祥武,韓軍慧. 工程塑料應(yīng)用. 2018(05)
[8]超薄T700/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料力學性能研究及微觀結(jié)構(gòu)表征[J]. 姚佳偉,賈紫嬌,牛一凡. 塑料工業(yè). 2017(11)
[9]納米SiO2-端羧基丁腈橡膠改性水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及性能[J]. 周浩然,毛珊珊. 復(fù)合材料學報. 2018(06)
[10]增強增韌的環(huán)氧樹脂/二氧化硅納米復(fù)合材料的制備與研究[J]. 朱德智. 塑料工業(yè). 2017(06)
博士論文
[1]復(fù)合材料層板層間微/納米顆粒增韌機理研究[D]. 徐豐.西北工業(yè)大學 2016
[2]幾種含碳納米管復(fù)合體系的制備、表征及相關(guān)應(yīng)用研究[D]. 唐艷.中南大學 2012
[3]納米顆粒改性環(huán)氧樹脂的斷裂行為及其和纖維的界面性能研究[D]. 湯龍程.中國科學技術(shù)大學 2011
碩士論文
[1]納米氧化鋁/酚酞聚芳醚酮/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 沈志軍.北京化工大學 2013
本文編號：2979158
【文章來源】：中國民航大學天津市
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖1-1層間增韌方式[23]
中國民航大學碩士學位論文3的增韌效果。如圖1-2所示[24]，通過對復(fù)合材料的I型斷裂形貌進行觀察，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒的存在鈍化了裂紋尖端，引起裂紋擴展路徑偏折，同時可以看到大量的橡膠顆粒呈撕裂狀，這使得能量吸收水平驟增，復(fù)合材料的層間韌性得到優(yōu)化。圖1-2橡膠顆粒改性層壓板I型層間斷裂表面SEM圖[24]Bull等[25]通過力學性能測試和超聲波C掃描研究了顆粒增韌在提高碳纖維增強復(fù)合材料抗沖擊損傷性能中的作用，發(fā)現(xiàn)顆粒增韌可以使材料的低速抗沖擊性能提高兩倍至四倍不等。另外，作者利用同步輻射計算機斷層掃描技術(shù)（SRCT）在顆粒增韌體系中檢測到不同的增韌機制，如顆粒-樹脂剝離、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋連等，并且量化了各種增韌機制在不同材料體系中的相對影響，為復(fù)合材料損傷的評估和量化提供了新方法。Hsiao[26]發(fā)現(xiàn)顆粒分布均勻性是區(qū)分層間增韌后復(fù)合材料層壓板CAI高低的關(guān)鍵因素。高CAI值的層壓板具有均勻且更致密的顆粒分布，如圖1-3（a）所示[26]，而低CAI層壓板層間的顆粒分布非常不均勻，如圖1-3（b）所示[26]。圖1-3高低CAI值復(fù)合材料層壓板的顆粒整體分布圖[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用熱塑微米顆粒對HT7/5228和HT3/NY9200G兩種高溫固化環(huán)氧基復(fù)合材料層壓板進行層間增韌，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，相比于未增韌試樣，兩種層間增韌復(fù)合材料
中國民航大學碩士學位論文3的增韌效果。如圖1-2所示[24]，通過對復(fù)合材料的I型斷裂形貌進行觀察，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒的存在鈍化了裂紋尖端，引起裂紋擴展路徑偏折，同時可以看到大量的橡膠顆粒呈撕裂狀，這使得能量吸收水平驟增，復(fù)合材料的層間韌性得到優(yōu)化。圖1-2橡膠顆粒改性層壓板I型層間斷裂表面SEM圖[24]Bull等[25]通過力學性能測試和超聲波C掃描研究了顆粒增韌在提高碳纖維增強復(fù)合材料抗沖擊損傷性能中的作用，發(fā)現(xiàn)顆粒增韌可以使材料的低速抗沖擊性能提高兩倍至四倍不等。另外，作者利用同步輻射計算機斷層掃描技術(shù)（SRCT）在顆粒增韌體系中檢測到不同的增韌機制，如顆粒-樹脂剝離、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋連等，并且量化了各種增韌機制在不同材料體系中的相對影響，為復(fù)合材料損傷的評估和量化提供了新方法。Hsiao[26]發(fā)現(xiàn)顆粒分布均勻性是區(qū)分層間增韌后復(fù)合材料層壓板CAI高低的關(guān)鍵因素。高CAI值的層壓板具有均勻且更致密的顆粒分布，如圖1-3（a）所示[26]，而低CAI層壓板層間的顆粒分布非常不均勻，如圖1-3（b）所示[26]。圖1-3高低CAI值復(fù)合材料層壓板的顆粒整體分布圖[27]（a）高CAI值（b）低CAI值高峰等[27]采用熱塑微米顆粒對HT7/5228和HT3/NY9200G兩種高溫固化環(huán)氧基復(fù)合材料層壓板進行層間增韌，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，相比于未增韌試樣，兩種層間增韌復(fù)合材料
【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳纖維和SiO2納米顆粒增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的壓縮性能[J]. 方奕欣,陳蔚,蔣震宇,湯立群,劉逸平,劉澤佳,周立成. 復(fù)合材料學報. 2019(06)
[2]碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能研究[J]. 權(quán)開玉. 橡塑技術(shù)與裝備. 2019(02)
[3]無機納米粒子在環(huán)氧樹脂增韌改性中的應(yīng)用[J]. 王慧,王秀玲,丁著明. 熱固性樹脂. 2018(06)
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[5]PEK-C膜層間增韌碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學性能[J]. 姚佳偉,劉夢瑤,牛一凡. 復(fù)合材料學報. 2019(05)
[6]酸化石墨烯改性環(huán)氧樹脂及其碳纖維復(fù)合材料力學性能研究[J]. 于倩倩,陳剛,鄭志才,崇琳,王志遠,王啟芬,王忠,吳忠泉. 玻璃鋼/復(fù)合材料. 2018(05)
[7]多壁碳納米管在國產(chǎn)碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中應(yīng)用[J]. 鄭志才,王尚,田雅萍,陳艷,孫士祥,王強,孟祥武,韓軍慧. 工程塑料應(yīng)用. 2018(05)
[8]超薄T700/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料力學性能研究及微觀結(jié)構(gòu)表征[J]. 姚佳偉,賈紫嬌,牛一凡. 塑料工業(yè). 2017(11)
[9]納米SiO2-端羧基丁腈橡膠改性水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及性能[J]. 周浩然,毛珊珊. 復(fù)合材料學報. 2018(06)
[10]增強增韌的環(huán)氧樹脂/二氧化硅納米復(fù)合材料的制備與研究[J]. 朱德智. 塑料工業(yè). 2017(06)
博士論文
[1]復(fù)合材料層板層間微/納米顆粒增韌機理研究[D]. 徐豐.西北工業(yè)大學 2016
[2]幾種含碳納米管復(fù)合體系的制備、表征及相關(guān)應(yīng)用研究[D]. 唐艷.中南大學 2012
[3]納米顆粒改性環(huán)氧樹脂的斷裂行為及其和纖維的界面性能研究[D]. 湯龍程.中國科學技術(shù)大學 2011
碩士論文
[1]納米氧化鋁/酚酞聚芳醚酮/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 沈志軍.北京化工大學 2013
本文編號：2979158
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