本文選題：碳纖維 + 復(fù)合材料��； 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)》2015年博士論文

【摘要】：碳纖維因具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐疲勞等優(yōu)異性能,以其為增強(qiáng)材料制備的高性能復(fù)合材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天等各尖端技術(shù)領(lǐng)域,成為先進(jìn)復(fù)合材料的主要增強(qiáng)纖維之一。隨著各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ祭w維增強(qiáng)復(fù)合材料性能要求的不斷提高,高強(qiáng)型碳纖維產(chǎn)品已逐漸由T300發(fā)展到T700、T800甚至T1000,目前T300、T700級(jí)碳纖維已有較多的研究與應(yīng)用,而T800級(jí)高性能碳纖維因國(guó)內(nèi)以前一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),相關(guān)研究或應(yīng)用方面的報(bào)導(dǎo)很少。HK T800碳纖維作為我國(guó)最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的T800級(jí)碳纖維產(chǎn)品,已大批量穩(wěn)定產(chǎn)出,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高性能碳纖維方面的空白。但是對(duì)于該國(guó)產(chǎn)T800碳纖維產(chǎn)品,目前尚無(wú)系統(tǒng)表征分析和復(fù)合材料性能方面的驗(yàn)證研究。鑒于此情況本文結(jié)合各方面基礎(chǔ),對(duì)HK T800碳纖維的性能進(jìn)行細(xì)致表征,從宏觀到微觀進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并對(duì)原有復(fù)合材料制備AG80樹(shù)脂體系進(jìn)行了優(yōu)化,然后用濕法工藝對(duì)其復(fù)合材料性能進(jìn)行了驗(yàn)證,另外借助專業(yè)單位的原有樹(shù)脂體系,對(duì)HK T800碳纖維預(yù)浸料成型復(fù)合材料進(jìn)行了系列性能驗(yàn)證,也從纏繞成型工藝方面進(jìn)行了系列對(duì)比驗(yàn)證,具體如下:用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、掃描電子顯微鏡、元素分析儀、XR D、XPS、紅外光譜儀、拉曼光譜儀等對(duì)國(guó)產(chǎn)HK T800碳纖維性能進(jìn)行了系統(tǒng)的表征與分析。HK T800碳纖維拉伸強(qiáng)度、模量分別達(dá)到了5.63 GPa,292 GPa,且各項(xiàng)指標(biāo)C v值均較低,穩(wěn)定性較好。在相同表面處理?xiàng)l件下,因絲束大小所致,6 K碳纖維表面活性高于12 K碳纖維。HK T800碳纖維屬濕法紡絲工藝,表面帶有大量溝槽,截面存在有少量腰果形,表面粗糙度較大。HK T800碳纖維表面的微晶尺寸較小,存在有大量不飽和碳原子。廣角X射線衍射顯示HK T800碳纖維與東麗T800碳纖維層間距一致,均為3.47?,但半高寬低于、堆疊尺寸高于、取向度略高于東麗T800碳纖維。HK T800碳纖維由廣角X射線衍射計(jì)算出的孔隙率為17.4%。HK T800碳纖維微孔偏離碳纖維軸取向程度、微孔長(zhǎng)度、微孔橫截面平均切割線長(zhǎng)度以及最終的微孔體積均低于東麗T800碳纖維。HK T800碳纖維上漿劑屬于環(huán)氧類上漿劑,碳纖維直徑約為5μm,灰分約為0.1%,與東麗T800碳纖維一致。通過(guò)DSC方法研究了固化劑DD S、促進(jìn)劑BF3?MEA用量等對(duì)AG 80環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)的影響,并結(jié)合流變測(cè)試進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:單獨(dú)以dds作為固化劑,ag80環(huán)氧樹(shù)脂體系所需固化溫度較高,加入促進(jìn)劑bf3?mea后,能有效降低ag80/dds環(huán)氧樹(shù)脂體系固化所需的溫度。當(dāng)ag80、dds和bf3?mea質(zhì)量比為100:30:3時(shí),dsc放熱峰頂溫度154℃,流變測(cè)試g"和g'交匯點(diǎn)在150℃,該配方體系比較適宜作為碳纖維復(fù)材性能測(cè)試的基體。利用濕法預(yù)浸料工藝,在上述碳纖維和樹(shù)脂基體的研究基礎(chǔ)上,制備了hkt800碳纖維/ag80環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,并對(duì)其力學(xué)性能及界面情況進(jìn)行了測(cè)試分析。hkt800碳纖維/ag80環(huán)氧樹(shù)脂體系復(fù)合材料在纖維體積分?jǐn)?shù)為62%的前提下,其拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度分別達(dá)到2662mpa、1874mpa和1639mpa,層間剪切強(qiáng)度為116mpa,達(dá)到了t800級(jí)碳纖維復(fù)材性能水平。但復(fù)合材料力學(xué)性能特別是拉伸強(qiáng)度,與國(guó)外同等級(jí)別碳纖維復(fù)合材料相比還有一點(diǎn)差距,該體系中復(fù)合材料界面結(jié)合還存有一些不足,需要進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。利用預(yù)浸料熱壓工藝制備的系列hkt800碳纖維復(fù)合材料,從性能測(cè)試結(jié)果看,hkt800碳纖維雙馬樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能優(yōu)于環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能,以雙馬樹(shù)脂基體制備的系列hkt800碳纖維復(fù)合材料,其力學(xué)性能都達(dá)到了較高水平。但是環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能相比就較差一些,通過(guò)碳纖維表面狀態(tài)優(yōu)化和基體樹(shù)脂配方調(diào)整等系列改進(jìn),hkt800碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料,拉伸強(qiáng)度達(dá)到了2521mpa,沖擊后壓縮強(qiáng)度cai達(dá)到325mpa,其它性能均達(dá)到t800級(jí)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)有水平,但碳纖維的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率依然較低,基體樹(shù)脂配方以及碳纖維表界面情況還有待進(jìn)一步優(yōu)化。碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料性能的影響因素很多,碳纖維本身性能及其表面行為、基體樹(shù)脂性能以及和碳纖維的匹配性、復(fù)合材料界面等都對(duì)整體力學(xué)性能的轉(zhuǎn)化有很大影響,為了實(shí)現(xiàn)碳纖維力學(xué)性能的最佳轉(zhuǎn)化,需要對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行分析,從而掌握改進(jìn)方向。通過(guò)纏繞成型復(fù)合材料殼體爆破驗(yàn)證證明,hkt800碳纖維在纏繞成型工藝下制備的多種規(guī)格樣品都體現(xiàn)出了t800級(jí)碳纖維產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì),力學(xué)性能轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上,完全能夠滿足該工藝條件下的產(chǎn)品研制或應(yīng)用需要。hkt800碳纖維產(chǎn)品在相同的纏繞工藝條件下,不同樹(shù)脂體系反映出的復(fù)合材料性能具有明顯差異,充分說(shuō)明樹(shù)脂基體對(duì)于碳纖維產(chǎn)品力學(xué)性能發(fā)揮的重要性。專門為HK T800碳纖維纏繞成型研制的K H樹(shù)脂體系,能夠保證碳纖維的力學(xué)性能發(fā)揮,比現(xiàn)有配套T700碳纖維的其它樹(shù)脂體系都有很大提升。纏繞成型作為目前碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備主要的成型工藝之一,針對(duì)不同的碳纖維產(chǎn)品和基體樹(shù)脂,工藝過(guò)程中的張力控制、膠液控制等具體參數(shù)均需要適時(shí)的調(diào)整,才能夠更加有效保證復(fù)合材料性能的綜合提高。
[Abstract]:In this paper , the properties of HK T800 carbon fiber have been studied systematically by using universal material testing machine , scanning electron microscope , element analyzer , XR D , XPS , infrared spectrometer and Raman spectrometer . The surface roughness is larger . The crystallite size of HK T800 carbon fiber surface is small . There is a large amount of unsaturated carbon atoms . The wide - angle X - ray diffraction shows that HK T800 carbon fiber has a uniform spacing between carbon fiber layer and T800 carbon fiber layer , which is 3.47 ? The results show that the tensile , bending and compressive strengths of carbon fiber composites are lower than that of the epoxy resin matrix composites . The results show that the properties of the composites are less than that of the epoxy resin matrix composites . In order to improve the mechanical properties of carbon fiber products , the properties of carbon fiber itself and its surface behavior , the properties of matrix resin and the matching of carbon fiber and the interface of composite material have great influence on the mechanical properties of carbon fiber products .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ342.742;TB332

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本文編號(hào)：1782946