碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

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本文以四层碳纤维布(碳纤维单向布和碳纤维平纹布)和一层黄麻布为增强体,E51环氧树脂为基体,利用手糊成型工艺,制备了上表层为黄麻布的新型纤维增强复合材料。使用Instron3369型万能材料试验机测试其拉伸性能和弯曲性能,并利用TM1000型扫描电镜观察其拉伸断面,分析树脂胶液成分、织物结构和铺层角度、成型压力以及硅烷偶联剂含量对其拉伸和弯曲性能的影响;采用冲击试验机(Dynatup9250HV型)测试其冲击性能,讨论树脂胶液成分、织物结构和铺层角度以及成型压力对材料的冲击性能的影响。得到的主要结论如下:  对于三因素A(T31固化剂含量)、B(聚酰胺203#含量)、C(甲基硅油含量)三水平下的正交实验,以弯曲强度和弯曲弹性模量、拉伸强度以及冲击时最大载荷为力学指标,通过极差分析和方差分析,得出最佳水平组合为A2B3C2,即树脂胶液中固化剂含量和消泡剂含量以及聚酰胺203#的最佳含量分别为:25%、0.3%、10%。  用平整的玻璃板施加压力,与未施加压力的复合材料相比,施加7块玻璃板后,其弯曲性能、拉伸性能和冲击最大载荷分别提高了31%,50%,45%;成型压力可以促进树脂与碳纤维之间的粘结,在一定程度上提高复合材料的力学性能,同时拉伸断面SEM可以观察到纤维与树脂的结合效果好。  在其他条件相同时,碳纤维平纹织物增强复合材料的拉伸强度和弯曲强度要比碳纤维单向布增强复合材料的高,其中拉伸强度提高了13%,弯曲强度提高了32%;落锤冲击实验表明:以45°/-45°/-45°/45°铺层的碳纤维单向布增强复合材料的抗冲击性能要比0°/90°/90°/0°铺层的碳纤维平纹布增强复合材料的稍微好,吸收的总能量较低,损伤较小。  当硅烷偶联剂的含量为1.0%时,碳纤维复合材料的拉伸强度和弯曲强度达到最大,分别为250.38MPa和283.624MPa,明显改善了纤维/基体的界面粘结性能。  结果表明:利用黄麻和碳纤维同时作为增强体,所制备的新型复合材料具有较好的拉伸和弯曲性能和冲击韧性,若将其用于制备木质复合材料,可克服木制材料固有的缺陷,提高木材的使用价值。
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