碳纤维预浸布的制备及性能研究

论文摘要

聚丙烯腈碳纤维原丝开发技术在国内已取得了丰硕的成果,但是需要将原丝制备成预浸布后,才能得以应用。而国内在这方面的研究起步较晚,仍需要依靠进口来满足国内的需求。如何将国内自主研发的碳纤维原丝转换成高品质的预浸布,从而部分替代国外产品,并且进一步促进国内原丝产业的深层开发,是本论文研究的重点内容。本文以聚丙烯腈碳纤维和环氧乙烯基酯树脂为原料,制备出了一种碳纤维/环氧乙烯基酯树脂预浸布。研究了过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)三种固化剂对环氧乙烯基酯树脂固化工艺的影响。配置固化剂含量不同的树脂胶液,采用热板法测定不同温度下胶液的凝胶时间。制备了不同胶液的树脂浇铸体,对浇铸体进行拉伸实验测试,最终确定了不同体系树脂胶液的固化剂含量,BPO体系的固化剂的所占质量百分比为1%,DCP体系的固化剂的所占质量百分比为2%,TBPB体系的固化剂所占质量百分比为1%。采用差示扫描量热(DSC)法研究了不同树脂固化体系的反应放热特性,采用扫描电镜(SEM)分析了一定固化工艺下树脂浇铸体断面的表面形态。通过DSC及SEM的分析并结合固化体系的凝胶时间确定了三种固化体系的最佳固化工艺,TBPB体系固化工艺为120℃固化2h后,145℃固化1h,BPO体系固化工艺为92℃固化2h后,125℃固化1h,DCP体系固化工艺为120℃固化2h后,150℃固化1h。按照此固化工艺制备了树脂浇铸体及其碳纤维复合材料。对浇铸体进行了力学性能测试,对复合材料进行了力学性能测试和热稳定性表征,结果表明制得的复合材料具有优良的力学性能和良好的热稳定性。TBPB体系复合材料拉伸强度达到385 MPa,拉伸模量为4746.25MPa,弯曲强度达到1421.61MPa,弯曲模量达到395.94GPa。复合材料热分解起始分解温度为380℃,最大分解速率对应温度高达443℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 碳纤维的性能及其发展
• 1.3 复合材料的特点及其应用
• 1.4 复合材料的成型工艺
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 乙烯基酯树脂基体的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料与主要设备
• 2.3 树脂浇铸体的制备与性能测试
• 2.4 乙烯基酯树脂的固化机理
• 2.5 固化剂用量对凝胶时间与浇铸体性能的影响
• 2.6 树脂固化温度的确定
• 2.7 树脂浇铸体断面形态分析及其力学性能测试
• 2.8 小结
• 第三章 碳纤维预浸布的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验原料与主要设备
• 3.3 聚丙烯腈碳纤维纺织预制件的制备
• 3.4 预浸布的制备
• 3.5 预浸布的要求
• 3.6 预浸布的性能
• 3.7 小结
• 第四章 碳纤维复合材料的制备
• 4.1 前言
• 4.2 实验原料与设备
• 4.3 复合材料板的制备
• 4.4 性能测试与表征
• 4.5 复合材料板的力学性能
• 4.6 复合材料界面分析
• 4.7 复合材料板的热稳定性
• 4.8 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果