原位生长SiC纳米线对Cf/环氧树脂复合材料的性能影响研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruiping009
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碳纤维增强环氧树脂复合材料由于其重量轻、精度高、比强度、比模量高等优点广泛应用于航空航天、电子电器、汽车制造、海洋船舶等领域。由于连续碳纤维增强聚合物基复合材料导热性能差,固化周期长、固化效果差、热量过度累积的问题逐渐暴露出来。因此,改善复合材料的导热性能,缩短固化周期,确保环氧树脂基体的最佳固化效果和避免因热量累积导致树脂基体加速老化,对于保证飞行器和航天器的安全稳定运行具有重要意义。SiC纳米线具有耐高温、耐腐蚀、强度高、硬度高、导热性好等优异性能,被广泛用做高温高强复合材料、耐磨材料、化学化工耐腐蚀材料等。因此将SiC纳米线与碳纤维环氧树脂复合材料复合,使复合材料适用于现在和未来的各种苛刻环境,具有重要的探索意义。首先,本文探索了SiC纳米线/碳纤维/环氧树脂复合材料的制备工艺。采用先化学气相沉积法(CVD)在碳纤维基体表面生长一层丛林状的SiC纳米线多孔层。通过研究催化剂浓度、MTS气流量以及保温时间对于SiC纳米线在碳纤维基体表面分布的影响,优化SiC纳米线多孔层的生长工艺。SiC纳米线多孔层在碳纤维表面的最佳生长工艺为:温区温度为1100℃,催化剂浓度为0.1mol/L,MTS:H2:Ar=1:12:12,且保温时间为3h;之后,对环氧树脂配方进行筛选,其中3312环氧树脂与固化剂质量比为10:3的混合树脂不仅对SiC纳米线/碳纤维具有良好的浸润效果(接触角在10-14°以内),而且还具有优异的力学性能,其树脂浇筑体的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量分别达到了79.4MPa、125.3MPa、2.73 GPa和2.97GPa。最后采用真空袋压成型法制备SiC纳米线/碳纤维/环氧树脂复合材料。最后,研究了纯碳纤维/环氧树脂复合材料与SiC纳米线/碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能、固化效率、导热性能、热稳定性及摩擦磨损性能。结果表明:SiC纳米线增强碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸和弯曲强度分别达到了554.3 MPa和452.3MPa,相较于碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸和弯曲强度分别提高了13.8%和16.2%。在80℃保温20min后,SiC纳米线/碳纤维环氧树脂复合材料的固化度达到了63.86%,固化效率提高了35.5%。完全固化后的SiC纳米线/碳纤维/环氧树脂复合材料在室温(25℃)在下厚度方向上的导热系数达到了0.301W/m K,导热系数提高了59.2%。SiC纳米线/碳纤维/环氧树脂复合材料的T5、T30和THRI分别达到了318.9℃、355.5℃和167℃,复合材料的热稳定性有所提高。在低载(8.2N)下,SiC纳米线/碳纤维/环氧树脂复合材料的体积磨损率仅为0.013%,引入SiC纳米线后,使得复合材料的磨损率降低了99.3%。
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