碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体

摘要/Abstract

摘要：

设计了一系列针对碳纤维湿法缠绕的环氧树脂基体，测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能，研究了树脂基体对碳纤维复合材料界面性能的影响。试验结果表明，对韧性树脂体系，树脂基体的模量是发挥纤维强度的关键因素，模量的提升将大幅提高复合材料的综合性能。经复配和优化的树脂体系兼具高模量和高韧性，其T700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2480MPa，T800碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2780MPa，玻璃化温度(Tg)超过200℃，具有优异的界面性能和耐热性能。

关键词: 碳纤维, 湿法缠绕, 环氧树脂, 复合材料

Abstract:

Highperformance carbon fiber has been widely used in commercial and military fields because of its high strength， light weight and high stiffness.A series of epoxy resins were designed for carbon fiber wet filament winding.Meanwhile the mechanical property and thermal mechanical property of these resins and their carbon fiber composites were analyzed.The effect of resin matrix’s structure and property on the composite was studied based on the analysis.The results show that， for stiffness resins， the modulus of matrix is a key property to gain highperformance carbon fiber composite.With the help of the optimized resin system， the carbon fiber composite possess excellent interfacial properties and heatresistance properties.The tensile strength of T700 CF composite NOL rings is 2480MPa， that of T800 CF composite NOL rings is 2780MPa， and the glass transition temperature (Tg) is higher than 200 ℃.

中图分类号:

TQ323.5

李默宇, 梁胜彪, 孟庆云, 杨小平. 碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体[J]. 玻璃钢/复合材料, 2009, 209(2): 72-77.

LI Mo-Yu, LIANG Qing-Biao, MENG Qiang-Yun, YANG Xiao-Ping. TOUGHNESS EPOXY RESIN WITH HIGH MODULUS FOR CARBON
FIBER WET FILAMEMT WINDING[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2009, 209(2): 72-77.

参考文献

［1］ Donnet JB， Bansal RC.Carbon Fiber， 2nd edn.New York: Marcel Dekker， 1990.
［2］ Bader M.G..Selection of composite materials and manufacturingroutes for costeffective performance［J］.Composites A， 2002， 33: 913934.
［3］ Peter Morgan.Carbon Fibers and their Composites.New York: Taylor & Franicis Group, 2005.
［4］ Shanglin Gao， Mder E， Zhandarov SF.Carbon fiber and composites with epoxy resins: topography， fractography and interphases［J］.Carbon， 2004， 42(3): 515529.
［5］ Tanaka Y， Mika TF.In Epoxy Resins， Chemistry and Technology.In: May CA Tanaka Y， editors.New York: Dekker， 1973.
［6］陈伟明，王成忠，周同悦，杨小平.高性能T800 碳纤维复合材料树脂基体［J］.复合材料学报， 2006， 23(4): 2935.
［7］陈平，蹇锡高，陈辉，高巨龙，朱兴松，韩冰.碳纤维复合材料发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究［J］.复合材料学报， 2002， 19(2): 2427.
［8］苏祖君，梁国忠，曾金芳，王华强，韩冰.湿法缠绕用次中温固化的环氧树脂配方［J］.纤维复合材料， 2004， (3): 69.
［9］ Weiming Chen， Yunhua Yu， Peng Li， Chengzhong Wang， Tongyue Zhou, Xiaoping Yang.Effect of new epoxy matrix for T800 carbon fiber/epoxy filament wound composites［J］.Composites Science and Technology， 2007， 67(9): 22612270.
［10］ B.W.Knight.The technique of filament winding［J］.Composites， 1970， 1(4): 228233.
［11］刘振海.热分析导论［M］.北京: 化学工业出版社， 1991.
［12］ D.Cohen.Influence of filament winding parameters on composite vessel quality and strength［J］.Composites Part A: Applied Science and Manufacturing， 1997， 28(12): 10351047.
［13］ P.Mertiny， F.Ellyin.Influence of the filament winding tension on physical and mechanical properties of reinforced composites［J］.Composites Part A: Applied Science and Manufacturing， 2002， 33(12): 16151622.
［14］ D.Perreux， P.Robinet， D.Chapelle.The effect of internal stress on the identification of the mechanical behaviour of composite pipes［J］.Composites Part A: Applied Science and Manufacturing， 2004， 37(4): 630635.
［15］ L.W.Davies， R.J.Day， D.Bond， A.Nesbitt， J.Ellis， E.Gardon.Effect of cure cycle heat transfer rates on the physical and mechanical properties of an epoxy matrix composite［J］.Composites Science and Technology， 2006， 67(9): 18921899.
［16］ DiLandro L.， Pegoraro M..Evaluation of residual stresses and adhesion in polymer composites［J］.Compos Part A: Applied Science and Manufacturing， 1996， 27(9): 847853.
［17］ Luis Ibrarra， David Panos.Dynamic Properties of Thermoplastics ButadieneStyrene(SBS) and Oxidized Short Carbon Fiber Composite Materials［J］.Journal of Applied Polymer Science， 1998， 67(10):18191826.
［18］ Ashida M， Noguchi T.Effect of Matrix’s Type on the Dynamic Properties for Short FiberSlastomer Composite［J］.Journal of Applied Polymer Science，1985，30（3）: 10111021.

[1]	李辉, 赵春江, 梁建国, 曾光, 王蕊, 边强. 变刚度复合材料层合板力学特性及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 5-10.
[2]	宫唯康, 刘晓阳, 荆玉才, 项俊宁, 李相国, 杨国涛. 预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 11-19.
[3]	赵雄翔, 孙鹏文, 李建东. 基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 20-24.
[4]	冯钰茹, 王军利, 张宝军, 刘志远, 李金洋, 张宝升. 复合材料叶片建模及铺层参数对强度的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 25-31.
[5]	常腾飞, 湛利华, 李树健, 潘阳. 不同成型方法的树脂基复合材料帽形结构共固化成型质量研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 32-38.
[6]	黄东辉, 曾少华. 自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 39-44.
[7]	满珈诚, 侯进森, 李哲夫, 岳广全, 徐鹏, 姜碧羽, 刘卫平. 连续碳纤维增强热固性预浸料压实性能的试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 45-51.
[8]	林梅, 张铁军, 冯宇, 王旗, 武梦科. 湿热/干燥环境交替作用下碳纤维复合材料的吸湿/脱湿特性[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 52-59.
[9]	高慧, 罗发, 渠永平, 王春海. SiC_f/Al₂O₃/Mullite复合材料的制备及吸波性能[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 60-65.
[10]	王东萍. 磁性聚吡咯基复合材料吸附电镀废水中铜离子[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 66-70.
[11]	鲁晓锋, 张颜明, 蒙丹, 苏成功. 全尺寸叶片静力测试中ANSYS梁模型应用与研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 71-74.
[12]	宦胜民, 黄小波, 杨润苗, 向萌. 超支化不饱和聚酯的制备及其应用研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 75-80.
[13]	王雅娜, 赵魏. 复合材料Ⅱ型分层ENF试验数据处理方法对比分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 81-92.
[14]	田会方, 张国武, 吴迎峰, 任政. 水处理罐缠绕工艺中玻璃纤维团打结装置设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 93-98.
[15]	冯倩倩, 朱方龙. 聚合物辅助沉积法制备导电玄武岩纤维[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 99-102.