芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.004

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (4): 19-23.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.004

芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究

阮芳涛¹^,²(), 夏成龙¹, 张宝根¹, 曹叶¹, 刘志¹^,², 徐珍珍¹^,², 章劲草³()

^1.安徽工程大学纺织服装学院，安徽芜湖 241000
^2.安徽省纺织结构复合材料国际联合联合中心，安徽芜湖 241000
^3.上海楚江企业发展有限公司，上海 200000

收稿日期:2021-11-11 出版日期:2022-04-26 发布日期:2022-04-24
通讯作者: 章劲草，男，北京航空航天大学毕业，工学博士，高级工程师，从事碳基复合材料研究和生产， zhangjincao@126.com
E-mail:ruanfangtao@ahpu.edu.cn;zhangjincao@126.com
作者简介:阮芳涛，副教授，从事纤维增强复合材料的研究，ruanfangtao@ahpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学青年基金项目(51903001);安徽省留学人员创新项目择优资助计划(2018LCX004);国家级大学生创新创业训练计划项目(202010363044)

Axial compressive properties of aramid⁃coated carbon⁃fiber⁃reinforced epoxy resins

RUAN Fangtao¹^,²(), XIA Chenglong¹, ZHANG Baogen¹, CAO Ye¹, LIU Zhi¹^,², XU Zhenzhen¹^,², ZHANG Jincao³()

^1.School of Textiles and Garment，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China
^2.International Cooperation Research Center of Textile Structure Composites，Anhui Province，Wuhu 241000，China
^3.Shanghai Truchum Enterprise Development Co，Ltd，Shanghai 200000，China

Received:2021-11-11 Online:2022-04-26 Published:2022-04-24
Contact: ZHANG Jincao E-mail:ruanfangtao@ahpu.edu.cn;zhangjincao@126.com

摘要/Abstract

摘要：

采用缠绕法制备了芳纶长丝包覆碳纤维束，利用真空辅助树脂转移成型法制备了包覆碳纤维增强环氧树脂。通过电子万能试验机测试了复合材料的轴向压缩性能，研究了长丝缠绕方式、包覆密度和碳纤维束的数量对试样压缩强度及破坏模式的影响。结果表明，芳纶包覆能够提升碳纤维复合材料的压缩强度，随着芳纶长丝包覆密度的增加，压缩强度逐渐增加；相比较单向缠绕包覆方式，芳纶长丝双向缠绕包覆能够进一步提升复合材料的轴向压缩强度；增强纤维束的数量会影响纤维屈曲状态，进而使得纤维复合材料的压缩强度进一步提升。

关键词: 长丝包覆, 纤维增强树脂, 复合材料, 轴向压缩强度

Abstract:

Aramid?filament?wrapped carbon fiber bundles were prepared using a covering method， and wrapped carbon?fiber?reinforced epoxy resins were prepared by means of a vacuum?assisted resin?transfer?molding method. The axial compressive properties of the resultant composites were measured using an electronic universal testing machine， and the effects of aramid?filament?wrapped parameters on their axial compressive fracture mode and compressive strength were investigated. The experimental results indicated that the aramid filament wrapping could improve the compressive strength of the composites. The compressive strength of the composites increased gradually with an increase in the density of the aramid filament. Compared to the unidirectional covering， the biaxial covering of the aramid filament could further improve the axial compressive strength. The number of reinforcing fiber bundles also affected the fiber buckling state， resulting in a further improvement in compressive strength.

Key words: filament wrapping, fiber reinforced resin, composite, axial compressive strength

中图分类号:

TQ323.5

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.

RUAN Fangtao, XIA Chenglong, ZHANG Baogen, CAO Ye, LIU Zhi, XU Zhenzhen, ZHANG Jincao. Axial compressive properties of aramid⁃coated carbon⁃fiber⁃reinforced epoxy resins[J]. China Plastics, 2022, 36(4): 19-23.

图/表 8

图1 缠绕法制备芳纶长丝包覆碳纤维示意图

Fig.1 Schematic diagram of aramid filament wrapped carbon fiber prepared by covering method

碳纤维束数量	缠绕方式	试样编号
1	单向	R₀	R₅	R₇	R₁₀
1	双向	S₀	S₅	S₇	S₁₀
2	单向	TR₀	TR₅	TR₇	TR₁₀
2	双向	TS₀	TS₅	TS₇	TS₁₀

表1 芳纶长丝包覆碳纤维增强环氧树脂复合材料的试样编号

Tab.1 Sample number of aramid filament wrapped CFRP

图2 芳纶长丝包覆碳纤维/环氧树脂试样

Fig.2 Aramid filament wrapped carbon fiber/epoxy resin sample

图3 不同方式包覆环氧树脂/碳纤维的压缩强度

Fig.3 Compressive strength of carbon fiber/epoxy resin wrapped in different covering methods

图4 纤维复合材料压缩载荷下增强纤维的曲屈失稳

Fig. 4 Buckling instability of fibers under compressive load

图5 包覆法限制纤维屈曲原理图

Fig.5 Schematic diagram of limiting fiber buckling by covering method

图6 单向方式包覆碳纤维/环氧树脂的压缩强度

Fig.6 Compressive strength of covering carbon fiber/epoxy resin with one?way method

图7 双向方式包覆碳纤维/环氧树脂的压缩强度

Fig.7 Compressive strength of covering carbon fiber/epoxy resin with two?way method

参考文献 15

1	韩艳霞.碳纤维增强复合材料及其应用研究［J］.中国设备工程， 2020 （19）： 230⁃231.
	HAN Y X. Research on carbon fiber reinforced composites and their applications［J］.China Plant Engineering，2020 （19）： 230⁃231.
2	DAS T K， GHOSH P， DAS N C. Preparation， development， outcomes， and application versatility of carbon fiber⁃based polymer composites： a review［J］. Advanced Composites and Hybrid Materials， 2019：1⁃20.
3	CHARABANC R M， MANALO A C， KARUNASENA W， et al. An overview of mechanical properties and durability of glass⁃fibre reinforced recycled mixed plastic waste composites［J］. Materials & Design， 2014， 62（10）：98⁃112.
4	于天淼，高华兵，王宝铭，等.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展［J］.工程塑料应用，2018，46（4）：139⁃144.
	YU T M， GAO H B， WANG B M， GUO C H， JIANG F C. Research progress of molding process of carbon fiber reinforced thermoplastic composites［J］. Engineering Plastics Application，2018，46（4）：139⁃144.
5	侯子豪，张卫刚，徐凌超，等.碳纤维增强树脂基复合材料压缩失效机理研究［J］.力学季刊，2021，42 （3）： 438⁃449.
	HOU Z H， ZHANG W G， XU L C， XU Y S. Study on compression failure mechanism of carbon fiber reinforced resin matrix composites［J］.Chinese Quarterly of Mechanics，2021，42 （3）： 438⁃449.
6	UEDA M， SAITO W， IMAHORI R， et al. Longitudinal direct compression test of a single carbon fiber in a scanning electron microscope［J］. Composites Part A， 2014， 67：96⁃101.
7	I D GARY SUBAGIA， KIM Y， TIJING L D， et al. Effect of stacking sequence on the flexural properties of hybrid composites reinforced with carbon and basalt fibers［J］. Composites： Part B，2014，58：251⁃258.
8	史俊伟，刘松平，荀国立，等.孔隙对碳纤维增强环氧树脂复合材料超声衰减系数及压缩性能的影响［J］.复合材料学报，2020，37（6）：1 295⁃1 311.
	SHI J W， LIU S P， XUN G L， et al. Effects of voids on ultrasonic attenuation coefficient and compressive properties of carbon fiber/epoxy resin composite［J］.Acta Materiae Compositae Sinica，2020，37（6）：1 295⁃1 311.
9	ROSEN W. Mechanics of composite strengthening fiber composite materals［J］ .Metals Park，1965：37⁃35.
10	ARGON A S， BARTCZAK Z， COHEN R E， et al. Novel mechanisms of toughening semi⁃crystalline polymers ［C］.ACS Symposium Series，1997：98⁃124.
11	SRINIVASA V， SHIVAKUMAR V， NAYAKA V， et al. Fracture morphology of carbon fiber reinforced plastic composite laminates［J］. Materials Research， 2010， 13（3）：417⁃424.
12	TAN J L， DESHPANDE V S， FLECK N A. Prediction of failure in notched carbon⁃fibre⁃reinforced⁃polymer laminates under multi⁃axial loading ［J］. Philosophical Transactions， 2016， 374（2071）：15⁃27.
13	陈利，刘景艳，马振杰，等.三维多向编织复合材料压缩性能的试验研究［J］.固体火箭技术， 2006 （1）：63⁃66.
	CHEN L， LIU J Y， MA Z J， et al. Experimental investigation on longitudinal compression properties of 3D multidirectional braided composite［J］.Journal of Solid Rocket Technology，2006 （1）：63⁃66.
14	阮芳涛，徐珍珍，候大寅，等. 纤维包覆对环氧树脂/碳纤维复合材料弯曲性能的影响［J］. 中国塑料， 2018， 32（5）：67⁃72.
	RUAN F T， XU Z Z， HOU D Y， et al. Effect of filament encapsulation on flexural properties of epoxy/carbon fiber composite［J］.China Plastics，2018， 32（5）：67⁃72.
15	MASAHITO， UEDA， TAE， et al. Longitudinal compressive failure of multiple⁃fiber model composites for a unidirectional carbon fiber reinforced plastic［J］. Open Journal of Composite Materials， 2016，6：8⁃17.

[1]	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.
[2]	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.
[3]	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.
[4]	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.
[5]	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.
[6]	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.
[7]	彭博, 肖运彬, 顾家宝, 陈梓钧, 唐雁煌, 朱刚, 徐焕翔. 聚合物/石墨烯复合材料制备与性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 190-197.
[8]	宋立健, 张有忱, 左夏华, 张政和, 安瑛, 杨卫民, 谭晶, 程礼盛. 自组装单分子层调控界面热输运的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 60-69.
[9]	何毅, 赵广慧. 复合材料增强修复油气管道的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 70-82.
[10]	刘延宽, 顾子琛, 王志平. 连续纤维增强热塑性预浸料制备工艺与发展趋势[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 172-181.
[11]	何明峰, 王珂, 王启扬, 杨肖, 郭红, 胡泊洋, 李保安. 聚偏氟乙烯/类基体基团修饰石墨烯导热复合材料研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 41-48.
[12]	李琪微, 王翠翠, 郑海军, 陈季荷, 王戈, 程海涛. 挤出循环对聚丙烯/竹粉复合材料力学及发泡性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 56-60.
[13]	李波, 龚军, 金学义, 孟晓宇. 碳纳米管改性方法对聚酰胺11性能影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 61-66.
[14]	王启扬, 杨肖, 陈吉奂, 何悦星, 杨冬梅, 胡泊洋, 郭红, 李保安. 双隔离结构聚乙烯/石墨烯导热复合材料的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 32-41.
[15]	朱能贵, 沈超, 李胜男, 曾祥补, 蒋团辉, 张翔. 聚丙烯/粉煤灰微发泡复合材料的制备及发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 78-83.

芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究

Axial compressive properties of aramid⁃coated carbon⁃fiber⁃reinforced epoxy resins

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价