碳纤维环氧树脂复合材料的失效行为与机理研究

摘要

分别采用称重法、静态力学性能测试、动态力学性能测试、红外分析、扫描电镜等研究了碳纤维环氧树脂(CF/EP)复合材料在不同介质条件下的吸湿特性，在热氧、紫外和冷热交替条件下的老化规律。(1)研究了CF/EP复合材料在不同介质下的吸湿率，比较了其吸湿特性。结果表明，在蒸馏水和NaCl水溶液中，CF/EP复合材料的吸湿符合菲克(Fick)第二定律；而在H2SO4溶液和NaOH溶液中的吸湿则不符合；另外，升高温度加快了水在复合材料中的扩散速度。(2)研究了热氧条件对CF/EP复合材料的性能影响。结果表明：不同温度下碳纤维/环氧树脂复合材料的失重率随老化时间的增加而指数增大；材料的热氧老化在25℃和100℃主要为物理老化，无新物质生成；而150℃时既有物理老化，又有化学老化，有部分分子结构破坏和新物质生成。(3)研究了紫外辐射对CF/EP复合材料的性能影响。结果表明：紫外对CF/EP复合材料具有紫外光固化作用，使得CF/EP复合材料的弯曲强度得到较大提高；而在水与紫外同时作用的条件下，由于水对紫外光的吸收，掩盖了光固化作用，同时，水可充当增塑剂，使树脂基体变软，并导致纤维/树脂基体间界面的脱粘，使材料的弯曲强度降低，但是通过IR检测可知，该复合材料没有发生化学变化。(4)研究了冷热交替对CF/EP复合材料的影响，结果表明，碳纤维/环氧树脂复合材料在-20℃～100℃骤冷骤热的环境下老化960h，其力学性能无明显变化，但有化学反应发生。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 碳纤维/环氧树脂复合材料的特点及应用

1.2 研究纤维/树脂基复合材料环境老化行为的必要性

1.3 国内外关于纤维/树脂基复合材料环境老化行为的研究现状

1.3.1 湿热环境对纤维/树脂基复合材料的影响

1.3.2 化学介质对纤维/树脂基复合材料的影响

1.3.3 大气老化对纤维/树脂基体复合材料的影响

1.3.4 复合材料老化机理

1.3.5 复合材料的表征方法

1.3.6 材料使用寿命的预测

1.4 本论文的研究背景、内容及目标

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 老化条件

2.3.1 介质条件

2.3.2 其它条件

2.4 实验方法

2.4.1 碳纤维/环氧树脂复合材料实验样条的制备

2.4.2 吸湿率测定

2.4.3 弯曲强度保留率测试

2.4.4 动态力学性能测试

2.4.5 红外光谱分析

2.4.6 SEM观察表面及断口形貌

第三章 介质对碳纤维环氧树脂复合材料在介质中老化行为的影响

3.1 介质的作用

3.1.1 相同温度下不同介质中的吸湿规律

3.1.2 相同介质中不同温度下的吸湿规律

3.2 CF/EP复合材料在各种介质中的弯曲强度保留率

3.3 介质对CF/EP复合材料断口形貌的影响．

3.4 小结

第四章 碳纤维/环氧树脂复合材料热氧老化行为研究

4.1 老化失重

4.2 弯曲强度保留率测试

4.3 不同温度下复合材料的TAN△温度谱

4.4 老化温度对复合材料TG的影响

4.5 不同温度下的CF/EP复合材料储能模量E’和损耗模量E”

4.6 红外谱图

4.7 SEM观察断口形貌

4.8 小结

第五章 紫外老化条件对碳纤维环氧树脂复合材料的影响

5.1 弯曲强度保留率测试

5.2 动态热机械性能分析(DMTA)

5.2.1 不同条件下复合材料的TAN△温度谱

5.2.2 不同条件下CF/EP复合材料的TG图

5.2.3 不同条件下的碳纤维环氧树脂复合材料储能模量E’和损耗模量E”

5.3 红外谱图

5.4 SEM观察断口形貌

5.5 小结

第六章 冷热交替对碳纤维/环氧树脂复合材料的影响

6.1 老化失重

6.2 弯曲强度保留曲线

6.3 红外谱图

6.4 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

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作者和导师简介

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书