论文部分内容阅读
碳纤维复合材料液体成型工艺(LCM)为近年来发展迅速的一种大型复合材料制件成型工艺,成型的关键是树脂经过长程渗流、浸润纤维等过程后固化成型,因此该工艺要求树脂在工艺温度下具有流动性好、放热低及与纤维浸润性优良等特点。对于环氧树脂体系与碳纤维匹配性的探究可以为LCM技术基体树脂的设计和制备提供理论基础。本文以双酚F环氧树脂为主体树脂,酸酐甲基六氢苯酐(MeHHPA)为固化剂,选用三种不同的环氧树脂活性稀释剂1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDDGE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)、双酚A聚氧乙烯醚06(BPE-06)分别制备了低粘度适合复合材料液体成型工艺的稀释剂/双酚F环氧树脂酸酐固化剂体系,探究了体系固化工艺,研究了其与国产碳纤维(HF10)的匹配性能,具体研究内容如下：研究了稀释剂结构、用量、浸润温度、浸润过程中固化程度等对环氧树脂组分与碳纤维浸润性的影响；采用界面张力仪分析了树脂与碳纤维界面的前进接触角和表面张力以表征浸润性；采用Young-Dupre法,计算了树脂与碳纤维表面的热力学黏附功表征黏附作用。结果表明：所设计树脂体系能与碳纤维完成自发浸润过程；粘度相同时,不同结构稀释剂对浸润性的提高效果不同,由好到差的顺序为：PEGDGE>BPE-06>BDDGE;升高温度可以提高碳环氧树脂与纤维的浸润性；随着固化程度的提高,树脂体系与碳纤维的浸润性变好。制备了所研究环氧树脂体系与HF10碳纤维的复合材料,采用Instron万能材料试验机测试了复合材料的层间剪切强度(ILSS)表征了界面结合性能,研究了浸润性、浸润温度、浸润时间对复合材料界面结合强度的影响。结果表明：树脂对纤维良好的浸润性是获得具有高界面性能复合材料的重要前提,PEGDGE体系浸润性高于BDDGE和BPE06体系,得到的复合材料具有更高的界面结合性能；浸润性不是影响界面结合性能的唯一因素,树脂体系的固化程度对其也有影响,复合材料的界面结合性能会随着树脂体系固化程度的升高而提高,主体环氧树脂与活性稀释剂摩尔比为100：10时得到的固化产物固化程度最高,复合材料的层间剪切强度也是最高的；浸润温度的升高有利于最终形成的复合材料界面结合性能的提高；同一浸润温度下(80℃),浸润时间对最终复合材料层间剪切强度影响不明显,如果在浸润过程中发生了固化,最终的层间剪切强度会提高。采用粘度表征流变性能,等温放热温度表征放热特性,研究了体系工艺温度下的流变和放热特性,结果表明所研究体系具有较长的适用期窗口和可调节的放热特性。