碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究.pdf

2009年3月第18卷第3期中国胶粘剂
V01．18No．3．Mar．2009CHINAADHESIVES21

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

张杰，宁荣昌，李红，齐大伟，凌辉

(西北工业大学应用化学系，陕西西安710129)

摘要：研究了WBS一3环氧树脂固化体系的反应特性，分析了该固化体系浇铸体的性能；并以碳纤
维(T一700S)为增强材料，采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-31T-700S复合材料，研究了复合材料
的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能，并对弯曲断面进行分析。研究结果表
明，WBS一3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好，适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺；由此制
得的WBS一3IT一700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能，其弯曲强度为1434MPa，拉伸强度为
1972MPa，剪切强度为76．1MPa，玻璃化温度()超过210℃；该WBS-3／T-700S复合材料具有很好的界
面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。
关键词：环氧树脂；碳纤维；复合材料
中图分类号：TQ323．5文献标识码：A文章编号：1004—2849(2009)03-0021-05

0前言
铸和缠绕等低成本制造工艺]，并对其力学性能、耐
复合材料是由基体材料和增强材料复合而成的热性和耐水性等性能进行了研究。
多相体系固体材料，能够充分发挥各组分的特点和
1实验部分
潜能；通过合理匹配及协同作用，可呈现出单一材料
所不具备的优异性能。目前已在农业、工业、交通、军1．1实验原料
事及社会生活等各领域中得到广泛应用，尤其在航WBS一3环氧树脂，无锡树脂厂；T一700S碳纤维
空、航天等一系列高端技术领域中具有不可或缺的单向布，南京玻纤研究院。
地位『l】。由于高性能复合材料的生产成本较高，因此
理想的复合材料应满足无溶剂、低压成型、固化温度1．2实验仪器
较低、固化周期较短、工艺寿命较长和耐光老化等一NDJ一79型旋转式黏度计，上海昌吉地质仪器有
系列特性，同时兼具较高的模量和韧性、良好的界面限公司；2910型差示扫描量热分析仪，美国TA
粘接和较低的固化收缩率等特点。Instruments公司；CMT型万能实验机、ZBC一4型冲
环氧树脂(EP)具有优异的浸润性和粘接性(对击实验机，深圳新三思材料检测有限公司；S一570型
各种纤维)，其固化物具有较好的综合性能(包括力扫描电子显微镜(SEM)，13立公司；Q80o型动态力
学性能、耐酸性、耐碱性和耐多种化学药品性等)，故学分析(DMA)仪，美国TA公司。
已成为复合材料热固性树脂基体中最重要的基体材
料之一。本文以自制的较高环氧值的EP(包括低黏1．3浇铸体的制备
度稀释剂、扩链剂、催化剂和少量偶联剂等)为基体以WBS一3为树脂基体、碳纤维为增强材料，采
材料，碳纤维为增强材料，采用手糊成型螺栓加压工用手糊成型螺栓加压工艺制备复合材料。主要步骤：
艺制备复合材料f该复合材料可满足低压无溶剂成配制基体胶一剪裁增强材料一清理模具一在模具内
型，适用于手糊工艺、树脂传递成型(RTM)、真空吸涂敷脱模剂并铺设一层脱模纸一将增强材料置于脱

收稿日期：2008—10-09；修回日期：2008—11-06。
作者简介：张杰(1983一)，广西壮族自治区桂林市人，硕士，主要研究方向为树脂基复合材料。E-mail：[e-mail]
通讯作者：宁荣昌。
22——中国胶粘剂第18卷第3期

模纸上，并在其上涂刷基体胶，重复此步骤一在已铺到固化体系在不同升温速率时的固化放热峰的起始
放好的预浸料上铺设一层脱模纸，盖上盖板一以螺温度、峰顶温度、峰终温度和反应热△H。
栓加压一按照设定工艺固化一后处理卸模一修理由图1可知，对于同一配方而言，当升温速率不
边角一切割试件一力学性能测试。同时峰温也不相同，升温速率越高放热峰的也越
高。采用外推法可求得升温速率为0~C／min时放热
1．4性能测试峰的(即凝胶温度)为386．7K(1l3．7℃)、(即
浇铸体黏度测定，按照GB／T7193．1—1987标准固化温度)为400．4K(127．4℃)和(即后处理
执行；浇铸体拉伸强度和弯曲性能测定，分别按照温度一)为447．6K(174．6oC)。由此可知，固化体
GB／T2568—1995和GB2570—1995标准执行；复合系的凝胶化温度与固化温度相差不大，说明该树脂
材料常温力学性能测定，分别按照GB／r1447—200、反应活性高、固化反应放热集中，该固化体系适合于
GB厂I、3356—1999和JC／T773-1982(1996)标准进行RTM、真空吸铸和拉挤成型等快速成型工艺。
拉伸强度、弯曲强度和剪切强度的测定；复合