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

【摘要】：碳纖維因具有高強、輕質(zhì)、耐疲勞等優(yōu)異性能,以其為增強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,成為先進復(fù)合材料的主要增強纖維之一。隨著各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ祭w維增強復(fù)合材料性能要求的不斷提高,高強型碳纖維產(chǎn)品已逐漸由T300發(fā)展到T700、T800甚至T1000,目前T300、T700級碳纖維已有較多的研究與應(yīng)用,而T800級高性能碳纖維因國內(nèi)以前一直沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),相關(guān)研究或應(yīng)用方面的報導(dǎo)很少。HK T800碳纖維作為我國最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的T800級碳纖維產(chǎn)品,已大批量穩(wěn)定產(chǎn)出,填補了國內(nèi)高性能碳纖維方面的空白。但是對于該國產(chǎn)T800碳纖維產(chǎn)品,目前尚無系統(tǒng)表征分析和復(fù)合材料性能方面的驗證研究。鑒于此情況本文結(jié)合各方面基礎(chǔ),對HK T800碳纖維的性能進行細致表征,從宏觀到微觀進行了系統(tǒng)分析,并對原有復(fù)合材料制備AG80樹脂體系進行了優(yōu)化,然后用濕法工藝對其復(fù)合材料性能進行了驗證,另外借助專業(yè)單位的原有樹脂體系,對HK T800碳纖維預(yù)浸料成型復(fù)合材料進行了系列性能驗證,也從纏繞成型工藝方面進行了系列對比驗證,具體如下:用萬能材料試驗機、掃描電子顯微鏡、元素分析儀、XR D、XPS、紅外光譜儀、拉曼光譜儀等對國產(chǎn)HK T800碳纖維性能進行了系統(tǒng)的表征與分析。HK T800碳纖維拉伸強度、模量分別達到了5.63 GPa,292 GPa,且各項指標C v值均較低,穩(wěn)定性較好。在相同表面處理條件下,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、微孔長度、微孔橫截面平均切割線長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DSC方法研究了固化劑DD S、促進劑BF3?MEA用量等對AG 80環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的影響,并結(jié)合流變測試進行了對比分析。結(jié)果表明:單獨以dds作為固化劑,ag80環(huán)氧樹脂體系所需固化溫度較高,加入促進劑bf3?mea后,能有效降低ag80/dds環(huán)氧樹脂體系固化所需的溫度。當ag80、dds和bf3?mea質(zhì)量比為100:30:3時,dsc放熱峰頂溫度154℃,流變測試g"和g'交匯點在150℃,該配方體系比較適宜作為碳纖維復(fù)材性能測試的基體。利用濕法預(yù)浸料工藝,在上述碳纖維和樹脂基體的研究基礎(chǔ)上,制備了hkt800碳纖維/ag80環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,并對其力學(xué)性能及界面情況進行了測試分析。hkt800碳纖維/ag80環(huán)氧樹脂體系復(fù)合材料在纖維體積分數(shù)為62%的前提下,其拉伸、彎曲和壓縮強度分別達到2662mpa、1874mpa和1639mpa,層間剪切強度為116mpa,達到了t800級碳纖維復(fù)材性能水平。但復(fù)合材料力學(xué)性能特別是拉伸強度,與國外同等級別碳纖維復(fù)合材料相比還有一點差距,該體系中復(fù)合材料界面結(jié)合還存有一些不足,需要進一步的優(yōu)化改進。利用預(yù)浸料熱壓工藝制備的系列hkt800碳纖維復(fù)合材料,從性能測試結(jié)果看,hkt800碳纖維雙馬樹脂基復(fù)合材料的性能優(yōu)于環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的性能,以雙馬樹脂基體制備的系列hkt800碳纖維復(fù)合材料,其力學(xué)性能都達到了較高水平。但是環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的性能相比就較差一些,通過碳纖維表面狀態(tài)優(yōu)化和基體樹脂配方調(diào)整等系列改進,hkt800碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料,拉伸強度達到了2521mpa,沖擊后壓縮強度cai達到325mpa,其它性能均達到t800級碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)有水平,但碳纖維的強度轉(zhuǎn)化率依然較低,基體樹脂配方以及碳纖維表界面情況還有待進一步優(yōu)化。碳纖維樹脂基復(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、基體樹脂性能以及和碳纖維的匹配性、復(fù)合材料界面等都對整體力學(xué)性能的轉(zhuǎn)化有很大影響,為了實現(xiàn)碳纖維力學(xué)性能的最佳轉(zhuǎn)化,需要對具體問題進行分析,從而掌握改進方向。通過纏繞成型復(fù)合材料殼體爆破驗證證明,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級碳纖維產(chǎn)品的優(yōu)勢,力學(xué)性能轉(zhuǎn)化率可以達到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,不同樹脂體系反映出的復(fù)合材料性能具有明顯差異,充分說明樹脂基體對于碳纖維產(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碳纖維的其它樹脂體系都有很大提升。纏繞成型作為目前碳纖維增強復(fù)合材料制備主要的成型工藝之一,針對不同的碳纖維產(chǎn)品和基體樹脂,工藝過程中的張力控制、膠液控制等具體參數(shù)均需要適時的調(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】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ342.742;TB332

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本文編號：1782946