纤维增强轻质耐压复合材料制备及性能研究

摘要

浮力材料是深海潜行器、水下机器人等海洋探测装备的重要部分，随着海洋探测领域的发展，浮力材料各方面性能也得到了很大的提升。固体浮力材料是一种由空心玻璃微珠填充树脂得到的复合泡沫材料，是当前浮力材料研究的重点方向。本文通过优化树脂配方，筛选高性能空心玻璃微珠 K46作为填充性相，选用短切碳纤维作为增强相，制备得到密度在0.60g/cm3-0.70g/cm3之间，抗压强度范围为65.11MPa-68.87MPa，吸水率为0.63％-0.81%，吸水后强度保有率为97.1%-98.3%的轻质耐压复合材料。
　　针对树脂体系，本文利用DSC曲线分析得到环氧树脂最佳固化制度为50℃/2h+100℃/2h+140℃/2h。通过环氧树脂力学性能、粘度、玻璃化转变温度的研究确定环氧树脂稀释剂的最佳质量含量为5%，此时环氧树脂的综合性能最佳，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度以及玻璃化转变温度分别为46.10MPa、125.51MPa、99.65MPa、104℃。
　　对微珠表面处理、微珠种类以及微珠体积填充量对复合材料综合性能的影响研究发现：微珠表面处理能够明显提高微珠在树脂中的浸润性，从而增加其复合材料的抗压强度。密度相同的微珠/环氧树脂复合材料，K46复合材料的抗压强度最大。随着微珠体积分数的增加，复合材料抗压强度减小。K25微珠体积含量超过70%、K46微珠体积含量超过75%时，复合材料实际密度与理论密度值相差较大。K1微珠自身强度太小，材料预混阶段受压容易破裂，其复合材料的实际密度要高于理论密度。复合材料抗压强度受微珠体积分数的影响较大，当微珠体积填充量由60%增加到80%时，K1、K25、K46复合材料抗压强度分别由24.64MPa、52.40MPa、64.32MPa降低到14.68MPa、30.80MPa、45.93MPa。
　　采用短切碳纤维增强K46/环氧树脂复合材料，在微珠填充量为70%、75%、80%时，探究碳纤维含量对复合材料抗压强度、密度、吸水率的影响。研究表明，随着碳纤维含量的增加，复合材料抗压强度上升，饱和吸水率下降，当碳纤维含量为4%时，复合材料抗压强度最大，分别为68.87MPa、65.11MPa、57.24MPa。微珠含量为70%的复合材料在碳纤维含量为2%时饱和吸水率达到最小值，为0.63%，微珠含量分别为75%、80%的复合材料在碳纤维含量为4%时饱和吸水到最小值，分别为0.81%、1.15%。另外，碳纤维含量也影响了复合材料吸水后的抗压强度保留率，当碳纤维含量为4%时，微珠体积含量为70%、75%、80%的复合材料的抗压强度保有率最高，分别为98.3%、97.1%、94.5%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 固体浮力材料

1.3固体浮力材料用基体树脂

1.4空心玻璃微珠

1.5 碳纤维

1.6本课题研究的意义和主要研究内容

第2章 环氧基体树脂性能研究

2.1概述

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第3章 玻璃微珠/环氧树脂复合材料制备及性能研究

3.1概述

3.2实验原材料以及仪器

3.3试样制备

3.4性能测试

3.5结果与讨论

3.6 小结

第4章 短切碳纤维增强轻质耐压复合材料制备及性能研究

4.1 概述

4.2实验原材料以及仪器

4.3碳纤维增强复合材料制备

4.4性能测试

4.5结果与讨论

4.6 结论

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录：研究生期间发表的论文