湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及机理
湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及机理
发表时间：2018-12-28T15:09:37.890Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：徐晓明
[导读] 总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素；综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响，分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律，吸湿会造成树脂基体的塑化、水解，产生裂纹以及纤维／树脂基体界面破坏，从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。
徐晓明
航天长征睿特科技有限公司天津 300450
摘要：总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素；综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响，分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律，吸湿会造成树脂基体的塑化、水解，产生裂纹以及纤维／树脂基体界面破坏，从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。
关键词：纤维增强树脂基复合材料；湿热老化；机理
复合材料湿热老化行为的研究主要通过人工加速湿热老化方法来开展，在不改变材料老化机理的前提下，用湿热试验设备模拟产品在储存、运输和使用过程中可能遇到的湿热环境条件，以考核产品对湿热环境适应性，包括湿热老化箱内湿热试验和恒温水浸试验。目前世界各国对此方面的研究多侧重于复合材料吸湿特性和湿热环境对复合材料力学性能和耐热性能的影响及机理，为了给相关研究人员提供参考，作者对此进行了综述。
1湿热老化对复合材料耐热性能的影响
纤维增强树脂基复合材料的耐热性能通常用其玻璃化转变温度（Ｔｇ）来表征，其值可以通过动态热机械分析试验（ＤＭＡ）测定，通过材料在等速升温过程中的弯曲振动，测定其模量、损耗因子随温度的变化曲线，曲线上损耗最大值对应的温度即为Ｔｇ。在湿热老化过程中，树脂基体中的某些分子运动单元受到抑制或者激活，这些变化可反映到Ｔｇ的变化上。Ｔｇ主要受树脂基体的影响，研究结果显示多数树脂基复合材料的Ｔｇ随湿热时间的延长而降低，初期下降较快，随着复合材料的吸湿量趋于饱和，Ｔｇ也趋于恒定值。
湿热老化导致复合材料耐热性能变化的原因主要包含两方面：温度引起的树脂后固化（化学变化）；复合材料吸湿溶胀、增塑产生的物理变化。树脂后固化增大了复合材料的交联密度，会引起Ｔｇ提高。而复合材料的吸湿，会导致水分子与基体中的某些极性基团相互作用，破坏基体内部原有极性基团相互作用而形成的交联点。另外，水分子体积较小，易渗透扩散，使基体发生增塑效应，为链段运动提供更大的自由体积，降低了材料的Ｔｇ。后固化和吸湿两种因素对Ｔｇ的影响结果相互冲突，某段时间内，具体哪种因素起主要作用因材料体系和固化工艺而异。室温固化的材料体系对后固化较敏感，湿热条件下后固化速度较快，高温固化（固化温度高于湿热试验温度）的材料体系则对后固化敏感度较低。不同材料体系的吸湿速率也不同，极性亲水基团多的体系吸湿快，缩聚固化的体系易产生较多的微孔，吸湿也较快。吸湿较快的材料体系中，吸湿引起的Ｔｇ的降低可抵消因后固化导致的Ｔｇ的升高。所以，在两种相反因素作用下，不同复合材料的耐热性能变化趋势也不完全相同。
研究表明，以ＤＭＡ谱图模量曲线中模量明显下降的起始点所对应的温度（Ｔｇｍｏｄ）来衡量复合材料的耐湿热性能是较为科学的，该温度可以认为是树脂基复合材料在承力条件下的极限使用温度。其研究结果显示，Ｔ３００／５２８４环氧树脂复合材料的Ｔｇ值随湿热老化时间的变化规律与Ｔｇｍｏｄ的变化大不相同，虽然湿热老化１２ｈ和４９．５ｈ后其Ｔｇ变化甚微，但Ｔｇｍｏｄ却有明显的变化。
2湿热老化对复合材料力学性能的影响
纤维增强树脂基复合材料吸湿后，它的力学性能将随吸湿率的变化而变化。不同力学性能（拉伸、压缩、弯曲和剪切等）有不同的影响因素，控制它们的材料参数也不同，因此，湿热环境对复合材料不同力学性能的影响取决于控制该性能的材料参数受到湿热环境影响的情况。湿热环境对复合材料力学性能的影响主要是通过对树脂基体以及增强纤维与树脂粘接界面不同的破坏程度而实现的。
研究表明，通常情况下单向复合材料的轴向拉伸性能主要受增强纤维控制，而大部分增强纤维在湿热老化过程中几乎不发生变化，所以该复合材料的轴向拉伸性能也不受湿热环境的影响。而准各向同性的层合板和单向复合材料的横向以及压缩、弯曲和剪切性能主要受树脂基体以及基体与纤维之间的界面粘结强度共同控制，故随湿热环境对基体以及基体与纤维之间界面的破坏程度增大而有所下降；温度越高、湿度越大，这些力学性能下降愈大，当达到平衡吸湿率时下降到最低点，且平衡吸湿率越大，这些力学性能保留率越低，复合材料受湿热老化破坏越严重。
当湿热老化对纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响主要通过树脂基体以及基体／纤维界面而产生作用时，具体机理包括以下几个方面：①树脂基体吸水塑化软化导致模量显著下降，其支撑作用和传递载荷的能力减弱；②树脂基体吸水产生微裂纹以及裂纹扩展，导致基体强度降低；③基体树脂与增强纤维的吸湿膨胀，但热膨胀量不一致，基体裂纹扩展至纤维、吸湿破坏基体树脂／纤维粘结界面的化学键等造成处树脂／纤维界面破坏、脱粘。湿热环境不仅影响纤维增强树脂基复合材料的力学性能，也影响其破坏模式，具体是何种破坏模式取决于基体强度和纤维／基体界面强度。若后者大于前者，则基体首先被破坏；若后者小于前者，则发生界面破坏。常温干燥环境下，多数破坏是基体和界面的混合破坏，高温高湿环境下多为界面的破坏。
如文献［3］研究了连续玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料（ＧＭＴ／ＰＰ）的界面状态与湿热稳定性关系，研究显示未经沸水浸泡，材料层间剪切断口的拨出纤维表面粘附有少量树脂，但经沸水浸泡后，纤维的表面变得光洁，未粘有树脂，呈现典型的界面破坏。
3结束语
随纤维增强树脂基复合材料技术的发展，其产品在高新科技、高端工业和国防领域的用途越来越广，用量也不断攀升，因此其老化问题得到人们的关注。目前对纤维增强树脂基复合材料湿热老化的研究普遍存在重复性，缺乏系统性，建议今后研究中注意：（１）目前有关复合材料的湿热老化问题的研究主要集中在纤维增强环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和乙烯基树脂等复合材料，应加强开展纤维增强其它树脂基功能复合材料及结构功能一体化复合材料的湿热老化研究，如，纤维有机硅树脂耐热透波复合材料、纤维／酚醛
树脂基复合材料在各领域的应用
树脂基复合材料在建筑工业中的应用 建筑工业在国民经济中占有很重要的地位，不论是哪一个国家，建筑工业望远是国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步，人们对居住面积、房屋质量和娱乐设施等提出越来越高的要求，这就是推动建筑工业改革发展的动力。 建筑工业现代化的发展方向是：改善施工条件，加快建设进度，降低成本，提高质量，节约能源，减少运输，保护耕地，保护环境和提高技术经济效益等。为了达到此目的，必须从改善现有的建筑材料和发展新型建筑材料方向着手。 在建筑工业中发展和使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重，提高建筑物的使用功能，改革建筑设计，加速施工进度，降低工程造价，提高经济效益等都十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。 1、树脂基复合材料的建筑性能 （1）材料性能的可设计性树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。 （2）力学性能好树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选
用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。 （3）装饰性好树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。 （4）透光性透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。 （5）隔热性建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.5～2.1W(m?K)，红砖的导热系数为0.81 W(m?K)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08 W(m?K)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。 （6）隔音性隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度较大，隔热性差，运输和安装困难。树脂基复合材料
PP_PA6_APP_OMMT复合材料的湿热老化性能研究
PP/PA6/APP/OMMT复合材料的湿热老化性能研究 作者：陈雨玲， 伍玉娇， 蒙日亮， Chen Yuling， Wu Yujiao， Meng Riliang 作者单位：陈雨玲,伍玉娇,Chen Yuling,Wu Yujiao(贵州大学材料科学与冶金工程学院,贵阳 ,550003;贵州省材料技术创新基地,贵阳,550014)， 蒙日亮,Meng Riliang(东风柳州汽车有 限公司,柳州,545000) 刊名： 工程塑料应用 英文刊名：ENGINEERING PLASTICS APPLICATION 年，卷(期)：2010,38(10) 参考文献(14条) 1.王晓洁;梁国正;张炜湿热老化对高性能复合材料性能的影响[期刊论文]-固体火箭技术 2006(04) 2.马建忠聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料老化性能研究 2007 3.杨育农;胡行俊;龚浏澄塑料老化与防老化技术 2007 4.郭宝春;傅伟文;贾德民湿热老化对氰酸酯树脂/酚醛环氧树脂共混物结构与性能的影响[期刊论文]-复合材料学报 2002(03) 5.肇研;梁朝虎聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法[期刊论文]-航空材料学报 2001(02) 6.田晶;田开谟;陈光烈碳复合材料壳体老化性能[期刊论文]-玻璃钢/复合材料 2001(06) 7.叶宏军;詹美珍;古尼耶夫T300/4211复合材料的使用寿命评估[期刊论文]-材料工程 1995(10) 8.Arun Pasricha Effect of physical aging and variable stress history on the strain response of polymeric composites 1997 9.Wang J Z Physical aging behavior of high-performance composites 1995(05) 10.过梅丽;肇研;许凤和先进聚合物基复合材料的老化研究 2000 11.赵海超;杨凤;张学全原位聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征[期刊论文]-高分子材料科学与工程 2004(02) 12.Ma Jisheng;Qi Zongneng;Hu Youliang Synthesis and characterization of polypropylene/clay nanocomposites[外文期刊] 2001(14) 13.秦怀礼;张世民;阳明书聚酰胺6/蒙脱石纳米复合材料的紫外光老化[期刊论文]-高等学校化学学报 2004(01) 14.马继盛;漆宗能;张树范插层聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征[期刊论文]-高等学校化学学报 2001(10) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/6a17116376.html,/Periodical_gcslyy201010017.aspx
树脂基复合材料研究进展
先进树脂基复合材料研究进展 摘要：本文介绍了颗粒增强、无机盐晶须增强、光固化等类型的树脂基复合材料，亦指出热固性、环氧树脂基复合材料，并简述了制备方法和新技术的应用。 关键词：树脂基复合材料，颗粒增强，无机盐晶须增强，光固化，制备方法，新技术ADVANCE THE RESEARCH OF POLYMER MATRIX COMPOSITES ABSTRACT: The particulate reinforced、inorganic salt whisker, light-cured of resin matrix composites were introduced in this paper,the thermosetting and thermoplastic resin matrix composites was also show in the paper.This paper also discussed the application of new preparation method and technology. Keywords: resin matrix composites,particulate reinforced,inorganic salt whisker, light-cured,preparation method,new technology 先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成，并具有明显优于原组分性能的一类新型材料。目前航空航天领域广泛应用的先进树脂基复合材料主要包括高性能连续纤维增强环氧、双马和聚酞亚胺基复合材料[1]。树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料[2]。用复合材料设计的航空结构可实现20％一30％的结构减重；复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性，能提高飞机结构的使用寿命，降低飞机结构的全寿命成本；复合材料结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本。可见复合材料的应用和发展是大幅提高飞机安全性、经济性等市场竞争指标的重要保证，复合材料的用量已成为衡量飞机先进性和市场竞争力的重要标志。 纤维增强树脂基复合材料是在树脂基体中嵌人高性能纤维，比如碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维等所制得的材料[3]。树脂基体可以分为热塑性树脂和热固性树脂两种，常用的热塑性树脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等;常用的热固性树脂有酚醛树脂、环氧树脂和聚醋树脂等。由于纤维增强复合材料具有高强度、高模量、低密度等一系列优良特性，其在航空航天、汽车、建筑、防护、运动器材和包装等领域已有广泛的应用。然而新材料新技术的发展使人们对纤维增强复合材料的性能有了更高的期望，所以高性能纤维增强树脂基复合材料依然是近年来的研究热点。 1 先进树脂基复合材料体系 1.1 纤维增强 纤维增强树脂基复合材料由纤维和树脂基体两部分组成，纤维起承担载荷的作用，树脂均匀传递应力，界面在应力传递的过程中起到关键的作用，是纤维与树脂问应力传递的纽带．随着对复合材料界面性能研究的不断的深入，人们发现纤维的浸润性能、纤维与树脂间的键台及纤维与树脂间的机械嵌合作用等因素对复合材料的性能影响显著，并以此设计出一系列提高界面粘接强度的方法，有效地提高了纤维复合材料的界面性能[4]． 1.1.1碳纤维(CF)增强树脂基复合材料 碳纤维以热碳化方式由聚丙烯睛、沥青或粘胶加工而成，具有高强度、高模量、优异的耐酸碱性和抗蠕变性[4J。对碳纤维增强树脂基复合材料的研究主要集中在对纤维进行改性、对树脂基体进行改性和改善纤维和树脂基体的粘接性能这几个方面。 1.1.2超高强度聚乙烯纤维(uHMPE)， 超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是1975年由荷兰DSM公司采用凝胶纺丝一超拉伸技术研制成功并实现工业化生产的高强高模纤维。UHMWPE纤维中大分子具有很高的取向度和结晶程度，纤维大分子几乎处于完全伸直的状态，赋予最终纤维高强度、高模量、低密度、耐酸碱
树脂基复合材料复习要点
1.功能复合材料主要由功能体和基体组成，或由两种(或两种以上)的功能体组成。 2.材料在复合后所得的复合材料，依据其产生复合效应的特征，可分为线性效应和非线性效应。 3.燃烧过程，大致分为五个不同的阶段：（1）加热阶段；（2）降解阶段；(3)分解阶段；（4）点燃阶段；（5）燃烧阶段。 4.氧指数（OI)愈高，表示燃烧愈难。当OI<22时，为易燃性塑料；当OI在22—27之间时，为自熄性塑料；当OI > 27时，为难燃塑料 5.在美国UL-94防火标准中，塑料阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-O逐级递增。 6.阻燃机理有多种：保护膜机理、不燃性气体机理、冷却机理、终止链锁反应机理、协同作用体系。 7.非金属材料的腐蚀类型按腐蚀机理分类①物理腐蚀②化学腐蚀③大气老化④环境应力开裂 8.为了弄清材料的腐蚀机理，进一步对其寿命进行预测，对其进行的实验以试验场所划分，可分为现场试验及实验里试验。 9.摩阻复合材料一般由增强体、摩擦功能调节体与基体等构成，各组分在摩擦材料中的作用是不同的。 10.列举三种常见的水溶性高分子聚合物：聚乙二醇、聚乙吡咯烷酮、聚乙烯。 11.防辐射服是利用服饰内金属纤维构成的环路产生感生电流，有感生电流产生反向电磁场进行屏蔽。 12.吸波材料之所以能够吸收进入材料内部的电磁波主要是由于电磁波在材料内部产生电损耗或磁损耗而使电磁波的电磁性能转化为其他形式的能量散失掉，从而达到减少反射的目的。 13.电损耗介质的吸波机理主要是松弛极化、磁性介质在交变磁场的作用下产生能量损耗的机制有：①磁滞损耗②涡流损耗③剩磁效应④磁共振。 14.密封材料的耐磨性通常以磨损率的倒数来表示。 15.影响玻璃钢透光率的主要因素：玻璃纤维和粘结剂的折射指数；玻璃纤维和粘结剂的光吸收系数；玻璃纤维的直径及其在玻璃钢中的体积含量。 16.阻尼特性可以通过对数衰减率δ与阻尼因子η两种方式来描述。 17.复合材料用于装甲防护主要有两种形式，即单纯的纤维织物和复合材料层合板。 18.防弹复合材料所用的纤维通常为玻璃纤维、尼龙纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维，最近开发出具有目前最高强度的聚苯并噁唑（PBO）纤维。 19.理想的树脂基体应具有耐高温、高韧性、高强度、低模量等性能，以及低成本。常用的树脂基体有：( )、( )、低密度聚乙烯、交联聚异戊二烯、聚丙烯等。 20.抗辐射聚合物基体一般在分子主链上具有多重环，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚砜、聚醚醚酮树脂等均具有良好的耐辐射性。 21.功能复合材料：除力以外而提供其它物理性能的复合材料即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能以及摩擦、阻尼等性能。 22.高分子纳米复合材料：是由各种纳米单元和高分子复合而成的一种新型复合材料，其中纳米单元按化学成分分为金属陶瓷高分子和无机非金属。 23.燃烧氧指数：指试样像蜡烛状持续燃烧时，在氮-氧混合气流中所必须的最低氧含量。
先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用
军民两用技术与产品2010·1 先进纤维增强树脂基复合材料 在航空航天工业中的应用 航天材料及工艺研究所 赵云峰 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!" 一、引 言 随着航空航天工业的发展，先进飞机、运载火箭和导弹、卫星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工艺的广泛应用。先进复合材料是航空航天高技术产品的重要组成部分，它能有效降低飞机、运载火箭、导弹和卫星的结构重量，增加有效载荷和射程，降低成本。国外各类航空航天器结构已经广泛采用了先进的纤维增强树脂基复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强环氧树脂复合材料。目前，先进复合材料已经取代了铝合金，成为现代大型飞机的首要结构材料。 二、先进纤维增强树脂 基复合材料的特点 先进纤维增强树脂基复合材料由高性能增强纤维和基体树脂按一定的工艺方法复合而成。与其它材料相比，具备如下特点： （1）与金属材料相比，复合材料具有高的比强度和比模量，可以大幅减轻结构重量； （2）各向异性，具有良好的可设计性，可以充分发挥增强纤维的性能； （3）具有优异的耐疲劳、耐腐蚀和抗振动等特性； （4）成型工艺性好，易于制造一次整体成型复杂零件。 表1列出了几类典型的树脂基复合材料和金属材料的性能。 三、先进纤维增强树脂基复合材料在航天产品上的典型应用 欧洲的“阿里安4”运载火箭采用了大量的碳纤维增强环氧树脂复合材料。卫星发射支架，仪器舱，大型整流罩，第一、二级之间的分离壳，助推器前锥和第二、三级级间段均采用碳纤维增强环氧树脂复合材料制造而成。 “阿里安4”运载火箭卫星整流罩最大外径4米、长约12米。由端头、前锥段、圆柱段和倒锥几部分组成。端头为铝合金加强筋环结构。前锥段和圆柱段采用碳纤维面板/铝蜂窝夹层结构。“阿里安5”运载火箭大型卫星整流罩外径5.4米，同样采用碳纤维面板/铝蜂窝夹层结构。“阿里安4”运载火箭第二、三级碳/环氧级间段直径 2.6米、高度2.73米，采用8块曲型 壁板组成，两端框为铝合金材料，中间用5个铝合金环框加强。 先进复合材料结构件的使用，提高了卫星结构的效率，增加了卫星的有效载荷，加强了商业竞争能力。一些航天器结构所用的典型复合材料见表2。 四、高性能增强纤维 1 碳纤维 碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN ）、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的高强度、高模量、耐高温特种纤维。PAN 基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90%以上。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优异性能，是国防军事工业不可缺少的工程材料。 研究制备碳纤维的新技术，特别是低成本碳纤维制备技术是国外碳纤维研究的重点。制备碳纤维的新技术可归纳为研究发展廉价原丝、新的预氧化技术和新的碳化和石墨化技术三个方面。为了降低碳纤维的价格，研制低成本碳纤维，美国推出了低成本碳纤维研制计划，并已取得了一定的成果，建成了采用微波碳化的试验线，取得了良好效果，使制备碳纤维
树脂基复合材料的力学性能
树脂基复合材料的力学性能 力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外，纤维（粒子）的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。另一方面，也可以通过对单层的弹性常数（包括弹性模量和泊松比）进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。 2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知：单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的；凯芙拉（Kevlar）纤维的破坏模式是扭结；玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表
湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及机理
湿热老化对纤维增强树脂基复合材料性能的影响及机理 发表时间：2018-12-28T15:09:37.890Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：徐晓明 [导读] 总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素；综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响，分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律，吸湿会造成树脂基体的塑化、水解，产生裂纹以及纤维／树脂基体界面破坏，从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。 徐晓明 航天长征睿特科技有限公司天津 300450 摘要：总结了纤维增强树脂基复合材料湿热条件下的吸湿行为及影响吸湿的因素；综述了湿热老化对复合材料耐热性能和力学性能的影响，分析了其作用机理。多数树脂基复合材料吸湿的初期阶段符合费克定律，吸湿会造成树脂基体的塑化、水解，产生裂纹以及纤维／树脂基体界面破坏，从而降低材料的性能。最后对纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究提出了几点建议。 关键词：纤维增强树脂基复合材料；湿热老化；机理 复合材料湿热老化行为的研究主要通过人工加速湿热老化方法来开展，在不改变材料老化机理的前提下，用湿热试验设备模拟产品在储存、运输和使用过程中可能遇到的湿热环境条件，以考核产品对湿热环境适应性，包括湿热老化箱内湿热试验和恒温水浸试验。目前世界各国对此方面的研究多侧重于复合材料吸湿特性和湿热环境对复合材料力学性能和耐热性能的影响及机理，为了给相关研究人员提供参考，作者对此进行了综述。 1湿热老化对复合材料耐热性能的影响 纤维增强树脂基复合材料的耐热性能通常用其玻璃化转变温度（Ｔｇ）来表征，其值可以通过动态热机械分析试验（ＤＭＡ）测定，通过材料在等速升温过程中的弯曲振动，测定其模量、损耗因子随温度的变化曲线，曲线上损耗最大值对应的温度即为Ｔｇ。在湿热老化过程中，树脂基体中的某些分子运动单元受到抑制或者激活，这些变化可反映到Ｔｇ的变化上。Ｔｇ主要受树脂基体的影响，研究结果显示多数树脂基复合材料的Ｔｇ随湿热时间的延长而降低，初期下降较快，随着复合材料的吸湿量趋于饱和，Ｔｇ也趋于恒定值。 湿热老化导致复合材料耐热性能变化的原因主要包含两方面：温度引起的树脂后固化（化学变化）；复合材料吸湿溶胀、增塑产生的物理变化。树脂后固化增大了复合材料的交联密度，会引起Ｔｇ提高。而复合材料的吸湿，会导致水分子与基体中的某些极性基团相互作用，破坏基体内部原有极性基团相互作用而形成的交联点。另外，水分子体积较小，易渗透扩散，使基体发生增塑效应，为链段运动提供更大的自由体积，降低了材料的Ｔｇ。后固化和吸湿两种因素对Ｔｇ的影响结果相互冲突，某段时间内，具体哪种因素起主要作用因材料体系和固化工艺而异。室温固化的材料体系对后固化较敏感，湿热条件下后固化速度较快，高温固化（固化温度高于湿热试验温度）的材料体系则对后固化敏感度较低。不同材料体系的吸湿速率也不同，极性亲水基团多的体系吸湿快，缩聚固化的体系易产生较多的微孔，吸湿也较快。吸湿较快的材料体系中，吸湿引起的Ｔｇ的降低可抵消因后固化导致的Ｔｇ的升高。所以，在两种相反因素作用下，不同复合材料的耐热性能变化趋势也不完全相同。 研究表明，以ＤＭＡ谱图模量曲线中模量明显下降的起始点所对应的温度（Ｔｇｍｏｄ）来衡量复合材料的耐湿热性能是较为科学的，该温度可以认为是树脂基复合材料在承力条件下的极限使用温度。其研究结果显示，Ｔ３００／５２８４环氧树脂复合材料的Ｔｇ值随湿热老化时间的变化规律与Ｔｇｍｏｄ的变化大不相同，虽然湿热老化１２ｈ和４９．５ｈ后其Ｔｇ变化甚微，但Ｔｇｍｏｄ却有明显的变化。 2湿热老化对复合材料力学性能的影响 纤维增强树脂基复合材料吸湿后，它的力学性能将随吸湿率的变化而变化。不同力学性能（拉伸、压缩、弯曲和剪切等）有不同的影响因素，控制它们的材料参数也不同，因此，湿热环境对复合材料不同力学性能的影响取决于控制该性能的材料参数受到湿热环境影响的情况。湿热环境对复合材料力学性能的影响主要是通过对树脂基体以及增强纤维与树脂粘接界面不同的破坏程度而实现的。 研究表明，通常情况下单向复合材料的轴向拉伸性能主要受增强纤维控制，而大部分增强纤维在湿热老化过程中几乎不发生变化，所以该复合材料的轴向拉伸性能也不受湿热环境的影响。而准各向同性的层合板和单向复合材料的横向以及压缩、弯曲和剪切性能主要受树脂基体以及基体与纤维之间的界面粘结强度共同控制，故随湿热环境对基体以及基体与纤维之间界面的破坏程度增大而有所下降；温度越高、湿度越大，这些力学性能下降愈大，当达到平衡吸湿率时下降到最低点，且平衡吸湿率越大，这些力学性能保留率越低，复合材料受湿热老化破坏越严重。 当湿热老化对纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响主要通过树脂基体以及基体／纤维界面而产生作用时，具体机理包括以下几个方面：①树脂基体吸水塑化软化导致模量显著下降，其支撑作用和传递载荷的能力减弱；②树脂基体吸水产生微裂纹以及裂纹扩展，导致基体强度降低；③基体树脂与增强纤维的吸湿膨胀，但热膨胀量不一致，基体裂纹扩展至纤维、吸湿破坏基体树脂／纤维粘结界面的化学键等造成处树脂／纤维界面破坏、脱粘。湿热环境不仅影响纤维增强树脂基复合材料的力学性能，也影响其破坏模式，具体是何种破坏模式取决于基体强度和纤维／基体界面强度。若后者大于前者，则基体首先被破坏；若后者小于前者，则发生界面破坏。常温干燥环境下，多数破坏是基体和界面的混合破坏，高温高湿环境下多为界面的破坏。 如文献［3］研究了连续玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料（ＧＭＴ／ＰＰ）的界面状态与湿热稳定性关系，研究显示未经沸水浸泡，材料层间剪切断口的拨出纤维表面粘附有少量树脂，但经沸水浸泡后，纤维的表面变得光洁，未粘有树脂，呈现典型的界面破坏。 3结束语 随纤维增强树脂基复合材料技术的发展，其产品在高新科技、高端工业和国防领域的用途越来越广，用量也不断攀升，因此其老化问题得到人们的关注。目前对纤维增强树脂基复合材料湿热老化的研究普遍存在重复性，缺乏系统性，建议今后研究中注意：（１）目前有关复合材料的湿热老化问题的研究主要集中在纤维增强环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和乙烯基树脂等复合材料，应加强开展纤维增强其它树脂基功能复合材料及结构功能一体化复合材料的湿热老化研究，如，纤维有机硅树脂耐热透波复合材料、纤维／酚醛
树脂基复合材料的发展史
树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。 第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。 1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。 60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。 1961年片状模塑料（Sheet Molding Compound, 简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。 1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线，使复合材料制品形成了规模化生产。拉挤成型工艺的研究始于50年代，60年代中期实现了连续化生产，在70年代拉挤技术又有了重大的突破，近年来发展更快。除圆棒状制品外，还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材，并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。目前拉挤工艺生产的制品断面可达76cm×20cm。 在70年代树脂反应注射成型（Reaction Injection Molding, 简称RIM）和增强树脂反应注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM）两种
航空航天先进复合材料
航空航天先进复合材料现状 2014-08-10 Lb23742 摘要:回顾了树脂基复合材料的发展史;综述了先进复合材料工业上通常使用环氧树脂的品种、性能和特性;复合材料使用的增强纤维;国防、军工及航空航天用树脂基复合材料;用于固体发动机壳体的树脂基体;用于固体发动机喷管的耐热树脂基体;火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体;树脂基结构复合材料;防弹结构复合材料;先进战斗机用复合材料;树脂基体;航天器用外热防护涂层材料;飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料;碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天中的其它应用;民用大飞机复合材料;国产大飞机的软肋还是技术问题;复合材料之惑。 关键词:树脂基体;复合材料;国防;军工;航空航天;结构复合材料 0 前言 复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。 环氧树脂是优良的反应固化型性树脂。在纤维增强复合材料领域中，环氧树脂大显身手。它与高性能纤维:PAN基碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玄武岩纤维、S或E玻璃纤维复合，便成为不可替代的重要的基体材料和结构材料，广泛运用在电子电力、航天航空、运动器材、建筑补强、压力管雄、化工防腐等六个领域。本文重点论述航空航天先进树脂基体复合材料的国内外现状及中国的技术软肋问题 1 树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)，是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国不科学地俗称为玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、
碳纤维增强复合材料概述
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
树脂的力学性能
力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能，而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料，在制造和使用过程中，也必须考虑其力学性能，以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明，对于宏观均匀的树脂基复合材料，弹性特性复合是一种混合效应，表现为各种形式的混合律，它是组分材料刚性在某种意义上的平均，界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响，在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性，残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外，纤维（粒子）的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言，树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构，基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形，使得刚度分析变得复杂。另一方面，也可以通过对单层的弹性常数（包括弹性模量和泊松比）进行设计，进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计，以适应不同场合的应用要求。
2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程，且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响，均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应，从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形，即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究，还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等，轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同，它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知：单向树脂基复合材料在轴向压缩下，碳纤维是剪切破坏的；凯芙拉（Kevlar）纤维的破坏模式是扭结；玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表明，横向压缩强度是横向拉伸强度的4～7倍。横向拉伸的破坏模式是基体和界面破坏，也可能伴随有纤维横向拉裂；横向压缩的破坏是因基体破坏所致，大体沿45°斜面剪坏，有时伴随界面破坏和纤维压碎。单向树脂基复合材料的面内剪切破坏是由基体和界面剪切所致，这些强度数值的估算都需依靠实验。 杂乱短纤维增强树脂基复合材料尽管不具备单向树脂基复合材料轴向上的高强度，但在横向拉、压性能方面要比单向树脂基复合材
环氧树脂复合材料的分类组成特性以及应用
环氧树脂复合材料的分类组成特性以及应用 日期: 2008-03-03 复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的多相体系固体材料。它充分发挥了各组分材料的特点和潜在能力，通过各组分的合理匹配和协同作用，呈现出原来单一材料(均质材料、单相材料)所不具有的优异的新性能，从而达到对材料某些性能的综合要求。复合材料的出现在材料发展史上具有划时代的意义。受到国内外的极大重视。其发展之迅猛在历史上是空前的。已在工业、农业、交通、军事、科学技术和人民生活等各个领域广为应用。尤其是在航空、航天等尖端技领域中已成为不可缺少的重要的结构材料。无怪乎有人认为21世纪将进入“复合材料时代”。 热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛，加工成型简便、生产效率高等特点，并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能，如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性，已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点：酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快，但较脆、需高压成型；不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低，但性能较差；环氧树脂的粘结强度和内聚强度高，耐腐蚀性及介电性能优异，综合性能最好，但价格较贵。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合，如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。 1、环氯树脂复合材料的分类 环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料，也有人称为环氧增强塑料)的品种很多，其名称、含义和分类方法也没有完全统一，但大体上讲可按以下方法分类。 (1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合，使之能用作受力结构材料，并能按受力情况设计和制造材料，以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合，以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是，无论使用的是材料的哪一种功能性，都必须具有必要的力学性能，否则再好的功能材料也没有实用性。已有些功能材料同时还要有很高的强度，如高压绝缘子芯棒，要求绝缘性和强度都很高，是一种绝缘性结构复合材料。 (2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力5—30MPa)，如环氧工程塑料及
金属基、陶瓷基、树脂基复合材料性能对比
复合材料学作业—— 不同基体的复合材料性能对比 姓名： 学院：材料学院 班级：0919001 学号：1091900101 2012年3月18日
不同基体的复合材料性能对比 摘要：本文主要介绍了不同基体的复合材料（金属基、陶瓷基、树脂基）之间的性能对比，以及它们的应用。 关键词：复合材料，金属基，陶瓷基，树脂基，性能对比 正文：复合材料按基体分，可以分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料。下面将对这三种基体的复合材料各举一例进行性能、成型工艺及应用上的对比。分别是碳化钛增强基复合材料、(C/SiC)陶瓷基复合材料、环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)树脂基复合材料。 一、性能对比 碳化钛增强铝基复合材料：新型的优质耐磨、耐热材料，具有优良的综合性能。室温力学性能：抗拉强度σ_b=300-500MPa;屈服强度σ=250-400MPa;延伸率δ=5-15% ;硬度HB80-HB160。抗磨损性能：该种材料在性能上最突出的优势是抗磨损。在等同条件下,复合材料的抗磨损性能比铜基耐磨合金高5-10倍。密度(比重)ρ=2.8g/cm^3,是铜(ρ=8.9)的三分之一。摩擦系数：在油润滑条件下,摩擦系数(摩擦副为中碳钢) 和铜合金相仿;膨胀系数：2.2×10^(-6)/℃,略大于铜基耐磨合金(2.0×0^(-6)/℃)。 (C/SiC)陶瓷基复合材料：具有高比强、高比模、耐高温、抗烧蚀、抗氧化和低密度等特点，其密度为2～2.5 g/cm3，仅是高温合金和铌合金的1/3～1/4，钨合金的1/9～1/10。碳纤维增韧碳化硅(C/SiC)的应用可覆盖瞬时寿命(数十秒～数百秒)、有限寿命(数十分钟～数十小时)和长寿命(数百小时～上千小时)3类服役环境的需求。用于瞬时寿命的固体火箭发动机，C/SiC的使用温度可达2 800～3 000 ℃；用于有限寿命的液体火箭发动机，C/SiC的使用温度可达2 000～2 200 ℃；用于长寿命航空发动机，C/SiC的使用温度为1 650℃。 EP/CF复合材料：材料特性主要取决于CF、EP及EP与CF之间的粘结特性。EP/CF 复合材料具有优异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8～7.2倍，比模量为钢的3.1～4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，工作温度达400℃时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。 二、成型工艺对比 碳化钛增强铝基复合材料：原位自生法，成型工艺简单。 (C/SiC)陶瓷基复合材料：制造方法有反应烧结(RB)，热压烧结(HP)，前驱体浸渍热解(PIP)，反应性熔体渗透(RMI)以及CVI，CVI－PIP，CVI－RMI和PIP－HP等。 EP/CF陶瓷基复合材料：成型方法多种多样，主要有：手糊成型、树脂传递成型、真空袋法成型、树脂膜熔浸成型、预浸料成型、低温固化预浸料成型、拉挤成型。 三、应用对比 碳化钛增强铝基复合材料：可以替代铜基耐磨合金作为机械、汽车等工业产品或设备中的轴瓦、衬套、汽车变速器同步环等零件的原材料,从而提高零件的使用寿命,低零件的成
碳纤维_树脂基复合材料导电性能研究
第27卷 第5期 2005年5月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.27 No.5 M ay 2005 碳纤维/树脂基复合材料导电性能研究 于 杰,王继辉,王 钧 (武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070) 摘 要: 研究了短切碳纤维/乙烯基酯树脂导电性与短切碳纤维含量、长径比、纤维取向的关系及其PT C 效应。短切碳纤维长径比越大、取向角越小,材料的渗虑阈值越低,导电性越好。渗虑阈值之后,纤维含量越低,PT C 效应越明显,转变温度越低;实验还发现体积膨胀是导致PT C 效应的主要因素之一,通过分析PT C 效应与体积膨胀之间的关系,得出渗滤区域材料的导电性受导电通路与隧道效应的综合影响,当纤维含量较高时,导电性能基本只受导电通路的控制。关键词: 短切碳纤维/乙烯基酯树脂; 导电性; 长径比; PT C 中图分类号: T B 332文献标志码: A 文章编号:1671-4431(2005)05-0024-03 Study on Electric Properties of Carbon Fiber/Polymer Composites Y U J ie,WAN G J i -hui,WAN G Jun (Schoo l of M aterials Science and Engineering,Wuhan U niversity of T echnolo gy,Wuhan 430070,China) Abstract: T he electr ical co nduct ivity and P T C effect of chopped -carbon fiber filled viny-l ester resin composites were studied.Filler aspect r at io and filler orientation were found to evidently affect t he composites conductiv ity.It w as also proved that the volume ex pansion was a main factor.It has r esulted in the composites .PT C behavior ,w hich is mor e sensitive and evident when the filler fraction is w ithin t he percolation r eg ion.It also advanced the conductive mechanism based on the analysis of the rela -tion between volume expansion and PT C behav ior. Key words: chopped -carbon fiber/viny-l ester r esin; electrical conductivity ; aspect ratio; P T C 收稿日期:2005-01-30. 基金项目:军工863项目(2003AA 305920).作者简介:于 杰(1980-),男,硕士生.E -mail:yujiejack@https://www.wendangku.net/doc/6a17116376.html, 复合型导电高分子材料可以在较大范围内根据需要调节材料的电学、力学性能及其它性能,而且成本较低、易于成型并进行大规模生产,是当前研究开发的重点。其中,碳纤维作为一种纤维状导电填料,填充树脂、橡胶、橡塑共混物等复合型导电高分子材料的研究也经常见诸报道[1,2]。虽然针对碳系填料填充的热塑性树脂复合材料的研究十分广泛,但关于以热固性树脂为基体的导电复合材料的研究却少有报道。以短切碳纤维/乙烯基酯树脂为研究对象,研究了碳纤维含量、长径比及纤维的取向对复合材料导电性能的影响,并对其PT C 效应进行了研究,力图探索短切碳纤维填充热固性树脂基复合材料的导电机理。 1 实 验 1.1 试样制备 碳纤维:PAN 基纤维,型号HTA -12K,由OH O TAYON 公司生产;树脂:3201# 乙烯基酯树脂,上海新华树脂厂生产;固化剂:过氧化苯甲酰,促进剂:环烷酸钴,均由武汉理工大学树脂厂生产。将各长径比(1mm 、3mm 、5mm)的碳纤维按不同的含量(0.5%~10%)与树脂、固化剂及促进剂混合搅拌均匀,浇注到钢模中,140e 下固化20m in,自然冷却,脱模后加工成50m m @20mm @4mm 的片材。