碳纤维/聚醚醚酮编织复合材料的制备及性能研究

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碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是复合材料中重要的一种,具有质量轻、强度高的优点,在航空航天、汽车工业和风电等领域中有广泛的应用。聚醚醚酮树脂(PEEK)是新一代耐高温热塑性树脂,因具有良好的耐高温性能,其碳纤维增强热塑性树脂复合材料已经在机身、卫星部件和其他空间结构上应用。编织复合材料是一种新型结构设计的复合材料,它具有整体结构不发生分层结构,复杂的构件可以一次成型等特点。因此,研究碳纤维/聚醚醚酮编织复合材料有很重要的应用前景。本文以碳纤维和聚醚醚酮纤维作为实验的主要材料,采用二维平纹编织的方法得到了两种纤维的织物,通过模压成型制备出实验所需的碳纤维、聚醚醚酮复合材料。通过高温接触角测试分析了碳纤维和聚醚醚酮的浸润情况,通过力学性能测试分析了实验制备复合材料的强度,通过超景深和SEM观察了复合材料的表面形貌和微观形貌,通过红外光谱(FT-IR)分析了材料的结构,通过DSC、TG和DMA分析了复合材料材料的热学性能,通过湿热老化的实验分析了复合材料的耐老化性能。采用高温接触角测试分别对不同温度条件下碳纤维和聚醚醚酮的浸润角度进行测量,发现在370℃条件下二者浸润效果最好,采用370℃的成型温度在确定的铺层和压力下进行复合材料成型,制备出的复合材料层间结合效果最好。制备出三种树脂含量的复合材料,分别是59.56%、65.03%和69.43%;采用超景深和SEM对复合材料进行形貌分析,并结合三种树脂含量复合材料的力学测试结果发现:树脂质量分数为65.03%的复合材料的断面处碳纤维周围被树脂均匀包覆,二者之间浸渍效果良好,层间结合效果好,在受到外力时,发生的是韧性断裂,力学强度均高于其他两种树脂含量的复合材料;通过DSC、TG和DMA分析并结合复合材料的湿热老化实验得到的结果,发现复合材料处于高温高湿的环境下,虽然材料的拉伸强度呈下降趋势,但是仍可以保持良好的力学强度和热稳定性,其中树脂质量分数为65.03%的复合材料在经过168h湿热老化处理后,其拉伸强度仍可以保持原有强度的92.09%,说明了该条件下复合材料优异的力学性能。
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