热处理对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.09.004

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (9): 21-26.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.09.004

热处理对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

方梅¹^,²(), 谈昆伦¹, 谈源¹, 许经纬³, 黄明², 张娜¹^,²()

^1.江苏省高性能纤维复合材料重点实验室，常州 213000
^2.郑州大学橡塑模具国家工程研究中心，郑州 450001
^3.常州达姆斯检测技术有限公司，常州 213000

收稿日期:2021-04-06 出版日期:2021-09-26 发布日期:2021-09-23
作者简介:方梅（1993-），女，硕士研究生，主要从事热固性复合材料表面防护的研究与应用.
基金资助:
宁波市重大专项(2019B10117);广西重点研发计划(桂科AB19259014)

Effect of Heat Treatment on Mechanical Properties of EP/CF and EP/CF/GF

FANG Mei¹^,²(), TAN Kunlun¹, TAN Yuan¹, XU Jingwei³, HUANG Ming², ZHANG Na¹^,²()

^1.Jiangsu Key Laboratory of High Performance Fiber Composites，Changzhou 213000，China
^2.National Engineering Research Center for Advanced Polymer Processing Technology，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^3.Changzhou Dames Testing Technology Co，Ltd，Changzhou 213000，China

Received:2021-04-06 Online:2021-09-26 Published:2021-09-23
Contact: ZHANG Na E-mail:16603869720@163.com;nazhang163163@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用真空辅助树脂转移模塑（VARTM）技术制备了环氧树脂/碳纤维（EP/CF）和环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维毡（EP/CF/GF）复合材料。测试了两种纤维铺层方式中树脂流动距离的平方与流动时间的关系，对两种铺层纤维体系的渗透率进行了研究对比；将两种复合材料进行高温处理，并且对其高温处理前后的力学性能进行分析；利用扫描电子显微镜（SEM）观察了复合材料的拉伸断口形貌。结果表明，EP/CF/GF中GF毡的松散结构使树脂更易流动；高温热处理造成了EP/CF弹性模量和拉伸应变的降低，其中弹性模量降低了9.97 %、拉伸应变降低了11.36 %，但对EP/CF/GF的影响较小；GF毡的加入造成了2种复合材料弯曲性能的下降；未经处理的复合材料断口表面光滑，而热处理后的复合材料断口表面粗糙且有大量基体附着。

关键词: 真空辅助树脂转移模塑, 碳纤维, 玻璃纤维毡, 复合材料, 力学性能

Abstract:

The development of high?performance fiber?reinforced composite materials to replace traditional metal materials is considered as one of the most effective ways to realize the lightweight of automobiles. However， the application safety of automobile has risen an emerging for the high?temperature resistance of composite materials. This work focuses on the influence of high temperature treatment on the mechanical properties of composite materials. Epoxy resin （EP）/carbon fiber （CF） and EP/CF/glass mat （GF） composites were prepared through vacuum assisted resin transfer molding （VARTM）.The relationship between the square of resin flow distance and the flow time in the two fiber layup modes was explored， and the permeability of the two fiber layup systems was investigated comparatively. Two types of composites were treated at high temperatures and their mechanical properties before and after the high temperature treatment were analyzed. The tensile fracture morphology of the composites was observed by scanning electron microscopy. The results indicated that the loose structure of GF felt in the EP/CF/GF composites made the resin flow more easily. The Young's modulus and tensile strain of EP/CF composites decreased by 9.97 % and 11.36 %， respectively. However， the effect of heat treatment on the EP/CF/GF composites was insignificant. The addition of GF felt resulted in a decrease in the flexure properties of the two composites. The fracture surface of the composites without heat treatment was smooth. However， after heat treatment， the fracture surface became rough with significant deformation of the matrix.

Key words: vacuum assisted resin transfer molding, carbon fiber, glass fiber mat, composite, mechanical property

中图分类号:

TQ323.5

方梅, 谈昆伦, 谈源, 许经纬, 黄明, 张娜. 热处理对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 21-26.

FANG Mei, TAN Kunlun, TAN Yuan, XU Jingwei, HUANG Ming, ZHANG Na. Effect of Heat Treatment on Mechanical Properties of EP/CF and EP/CF/GF[J]. China Plastics, 2021, 35(9): 21-26.

图/表 7

图1 纤维铺层示意图

Fig.1 Schematic diagram of fiber layering

图2 树脂流动距离的平方与时间的关系曲线

Fig.2 The square of flow distance of the resin as a function of time

样品	斜率
EP/CF	3.94×10^-6
EP/CF/GF	5.81×10^-6

表1 树脂流动距离的平方与时间的拟合结果

Tab.1 Fitting results of flow distance of the resin as a function of time

图3 热处理前后0/90 ° EP/CF和EP/CF/GF的拉伸性能

Fig.3 Tensile properties of 0/90 ° EP/CF and EP/CF/GF before and after heat treatment

图4 热处理前后0/90 ° EP/CF和EP/CF/GF的弯曲性能

Fig.4 Flexural properties of 0/90 ° EP/CF and EP/CF/GF before and after heat treatment

图5 热处理前后0/90 ° EP/CF和EP/CF/GF的损耗因子

Fig.5 Loss modulus of 0/90 ° EP/CF and EP/CF/GF before and after heat treatment

图6 断裂后0/90 °EP/CF and EP/CF/GF样品的微观形貌照片

Fig.6 Morphology of 0/90 ° EP/CF and EP/CF/GF after fracture

参考文献 18

1	肖云健，黄姿禹，辛朝波，等. 电泳涂装对车用复合材料性能影响研究［J］. 复合材料科学与工程， 2019 （11）： 115.
	XIAO Y J， HUANG Z Y， XIN C B， et al. Study on the Effect of Electrophoretic Coating on the Properties of Composites in Automotive［J］. Composites Science and Engineering，2019 （11）： 115.
2	唐葆君，刘江鹏. 中国新能源汽车产业发展展望［J］. 北京理工大学学报（社会科学版）， 2015， 17（2）： 1⁃6.
	TANG B J， LIU J P. Prospects of China’s New Energy Vehicle Industry［J］. Journal of Beijing Institute of Technology （Social Science Edition）， 2015， 17（2）： 1⁃6.
3	张艾南. 北京奔驰新能源汽车项目进度管理［D］. 北京：北京化工大学， 2017.
4	张婧，于今，熊磊，等. 车用碳纤维复合材料性能及成型工艺［J］. 科技导报， 2016（8）：26⁃30.
	ZHANG J， YU J， XIONG L， et al. Performance and Molding Processes of Automotive Carbon Fiber Reinforced Plastics［J］. Science ＆ Technology Review， 2016（8）：26⁃30.
5	CHOI H S， AHN K J， NAM J D， et al. Hygroscopic Aspects of Epoxy/Carbon Fiber Composite Laminates in Aircraft Environments［J］. Composites Part A： Applied Science & Manufacturing， 2001， 32（5）： 709⁃720.
6	VIGUIE G， MALQUARTI G， VINCENT B， et al. Epoxy/Carbon Composite Resins in Dentistry： Mechanical Properties Related to Fiber reinforcements［J］. Journal of Prosthetic Dentistry，1994， 72（3）： 245⁃249.
7	YAN S ， HE P ， JIA D ， et al. Effects of High⁃Temperature Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Performance of Hybrid Cf⁃SiC⁃（Al₂O₃） Reinforced Geopolymer Composites［J］. Composites Part B Engineering， 2017， 114（4）：289⁃298.
8	MA Y， JIN S S， MASAHITO U， et al. Higher Performance Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites from Thermoplastic Prepreg Technique： Heat and Moisture Effect［J］. Composites Part B Engineering， 2018， 154（1）： 90⁃98.
9	KIM K W， HAN W， KIM B S， et al. A Study on EMI Shielding Enhancement Behaviors of Ni⁃plated CFs⁃Reinforced Polymer Matrix Composites by Post Heat Treatment［J］. Applied Surfaceence， 2017， 415（9）：55⁃60.
10	PAPON E A ， HAQUE A ， SPEAR S K. Effects of Functionalization and Annealing in Enhancing the Interfacial Bonding and Mechanical Properties of 3D Printed Fiber⁃Reinforced Composites［J］. 2020， 25（9）： 101 365.
11	BANEA M D， SILVA L F M D. The Effect of Temperature on the Mechanical Properties of Adhesives for the Automotive Industry［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part L Journal of Materials Design & Applications， 2010， 224（l2）：51⁃62.
12	HANCOX N L. Thermal Effects on Polymer Matrix Composites：Part 1. Thermal Cycling［J］. Materials & Design， 1998，19（3）：85⁃91
13	HANCOX N L. Thermal Effects on Polymer Matrix Composites：Part 2. Thermal Degradation［J］. Materials & Design， 1998，19（3）： 93⁃97.
14	FAN J， HU X， YUE C Y， et al. Thermal Degradation Study of Interpenetrating Polymer Network Based on Modified Bismaleimide Resin and Cyanateester［J］. Polymer International， 2003， 52（1）： 15⁃22.
15	SKOURLIS T P， MCCULLOUGH R L. The Effect of Temperature on the Behavior of the Inter Phase in Polymeric Composites［J］.Composites Science and Technology， 1993， 49（4）： 363⁃368.
16	史俊虎，余启勇，王满昌，等. 一种快速比较纤维/树脂渗透率的方法研究［J］. 玻璃钢/复合材料， 2011（4）： 24⁃26.
	SHI J H， YU Q Y， WANG M C， et al. Research on Fast Comparison of Permeability Between the Fiber and Resin［J］. Fiber Reinforced Plastics/Composites， 2011（4）： 24⁃26.
17	MEKIC S， AKHATOV I S， ULVEN C A， et al. Analysis of a Radial Infusion Model for In⁃Plane Permeability Measurements of Fiber Reinforcement in Composite Materials［J］. Polymer Composites， 2010， 30（12）： 1 788⁃1 799.
18	NGUYEN V H， LAGARDERE M， PARK C H， et al. Permeability of Natural Fiber Reinforcement for Liquid Composite Molding Processes［J］.Journal of Materials Science， 2014， 49（18）：6 449⁃6 458.

[1]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	冯冰涛, 王晓珂, 张信, 孙国华, 汪殿龙, 侯连龙, 马劲松. 连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 165-173.
[3]	谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 王硕, 冯志强, 林家明. 含巯基聚硅氧烷改性环氧树脂的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 21-29.
[4]	宋银宝, 杨建军, 李传敏. PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 30-36.
[5]	徐杰, 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城. 端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 44-50.
[6]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[7]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[8]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[9]	王金业, 唐博虎, 杨立宁, 谢猛, 郭泽朝, 杨光. PA12试件多射流熔融成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 81-86.
[10]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[11]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.
[12]	陈胜, 梁颖超, 吴方娟, 方辉, 范新凤, 陈晖, 王永刚. 聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 24-28.
[13]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[14]	刘文, 师文钊, 刘瑾姝, 陆少锋, 周红娟. 电致形状记忆复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 175-189.
[15]	阮芳涛, 夏成龙, 张宝根, 曹叶, 刘志, 徐珍珍, 章劲草. 芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 19-23.

热处理对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

Effect of Heat Treatment on Mechanical Properties of EP/CF and EP/CF/GF

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 18

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价