电泳烘烤对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.001

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (3): 1-6.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.001

• 材料与性能 • 下一篇

电泳烘烤对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

崔晓凤¹, 方梅¹, 杜松林¹, 张娜¹(), 黄明¹, 高国利², 许经纬³

^1.郑州大学材料成型及模具技术教育部重点实验室?橡塑模具国家工程研究中心，郑州 450002
^2.深圳市银宝山新科技股份有限公司，广东?深圳 518108
^3.常州宏发纵横新材料科技有限公司，江苏常州 213135

收稿日期:2023-08-09 出版日期:2024-03-26 发布日期:2024-03-28
通讯作者: 张娜，高级实验师，研究领域：纤维增强复合材料的制备与应用，zhangna163163@163.com
E-mail:zhangna163163@163.com
基金资助:
深圳市科技计划资助(CJGJZD20210408092602006);河南省重大科技专项(221100240400)

Effect of electrophoretic baking on mechanical properties of EP/CF and EP/CF/GF composites

CUI Xiaofeng¹, FANG Mei¹, DU Songlin¹, ZHANG Na¹(), HUANG Ming¹, GAO Guoli², XU Jingwei³

^1.Key Laboratory of Material Molding Process and Molding of Ministry of Education?National Engineering Research Center for Rubber Plastic Mould Technology，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China
^2.Shenzhen Silver Basis Technology Co，Ltd，Shenzhen 518108，China
^3.Changzhou Hongfa Zongheng New Material Technology Co，Ltd，Changzhou 213135，China

Received:2023-08-09 Online:2024-03-26 Published:2024-03-28
Contact: ZHANG Na E-mail:zhangna163163@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺制备了不同铺层方式的碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）：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，重点研究了不同铺层纤维体系的CFRP渗透率以及电泳烘烤前后的力学性能变化，探究了其失效机理。结果表明，［±45 °］铺层方式有利于体系中树脂的浸润，且加入GF能够明显提高体系的渗透率；电泳烘烤后，CF［0/90 °］、CF［±45 °］和CF/GF［±45 °］的拉伸强度分别下降了15.65 %、12.05 %和6.77 %，模量分别下降了9.08 %、16.39 %和10.04 %，而CF/GF［0/90 °］的拉伸强度和模量则分别提高了7.74 %和6.95 %；在弯曲性能方面，电泳烘烤后CF［0/90 °］、CF/GF［0/90 °］、CF［±45 °］和CF/GF［±45 °］的弯曲强度分别下降了7.62 %、8.23 %、15.89 %和48.39 %，模量分别降低了9.23 %、3.69 %、17.85 %和34.38 %；而电泳烘烤对4种材料的压缩性能影响较小；电泳后，CF［0/90°］和CF［±45 °］的储能模量、损耗模量均有一定幅度提高，CF/GF［0/90 °］和CF/GF［±45 °］的储能模量、损耗模量均有下降。

关键词: 碳纤维增强聚合物, 真空辅助树脂传递模塑, 渗透率, 电泳烘烤

Abstract:

A series of CFRP with different laminating modes was prepared through VARTM， which included the EP/CF and EP/CF/GF composites. Their mechanical properties before and after electrophoretic baking were compared， and their failure mechanism was explored. The results indicated that the ［±45 °］ laminating method and the addition of GF mat increased the permeability of the composite system significantly. After electrophoretic baking， the tensile strength of the CF［0/90 °］， CF［±45 °］， and CF/GF［±45 °］ composites decreased by 15.65 %， 12.05 %， and 6.77 %， respectively， and their modulus decreased by 9.08 %， 16.39 %， and 10.04 %， respectively. The tensile strength and modulus of the CF/GF［0/90 °］ composite increased by 7.74 % and 6.95 %， respectively. According to the flexural performance after electrophoretic baking， the flexural strength of the CF［0/90 °］， CF/GF［0/90 °］， CF［±45 °］， and CF/GF［±45 °］ composites decreased by 7.62 %， 8.23 %， 15.89 %， and 48.39 %， respectively， and their modulus decreased by 9.23 %， 3.69 %， 17.85 %， and 34.38 %， respectively. There was little effect of electrophoretic baking on the compression performance of these four composite systems. After electrophoretic baking， the energy storage modulus and loss modulus of the CF［0/90 °］ and CF［±45 °］ composites increased， whereas the CF/GF［0/90 °］ and CF/GF［±45 °］ composites showed a decrease in these two moduli.

Key words: carbon fiber reinforced plastic, vacuum?assisted resin transfer molding, permeability, electrophoretic baking

中图分类号:

TQ323.5

崔晓凤, 方梅, 杜松林, 张娜, 黄明, 高国利, 许经纬. 电泳烘烤对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 1-6.

CUI Xiaofeng, FANG Mei, DU Songlin, ZHANG Na, HUANG Ming, GAO Guoli, XU Jingwei. Effect of electrophoretic baking on mechanical properties of EP/CF and EP/CF/GF composites[J]. China Plastics, 2024, 38(3): 1-6.

图/表 9

图1 VARTM工艺示意图

Fig.1 Schematic diagram of VARTM

图2 纤维铺层方式示意图

Fig.2 Schematic diagram of fiber layering

图3 树脂流动距离的平方–时间关系图

Fig.3 The square of the resin flow distance as a function of time

图4 CFRP试样电泳烘烤前后的拉伸性能

Fig.4 Tensile properties of CFRP samples before and after electrophoretic baking

图5 CFRP试样电泳烘烤前后的弯曲性能

Fig.5 Flexural properties of CFRP samples before and after electrophoretic baking

图6 CFRP试样电泳烘烤前后的压缩性能

Fig.6 Compressive properties of CFRP samples before and after electrophoretic baking

图7 电泳前后CF［0/90 °］和CF/GF［0/90 °］的储能模量、损耗模量和损耗因子

Fig.7 Energy storage modulus， loss modulus and loss factor of CF［0/90 °］ and CF/GF［0/90 °］ before and after electrophoresis

图8 电泳前后CF［±45 °］和CF/GF［±45 °］的储能模量、损耗模量和损耗因子

Fig.8 Energy storage modulus， loss modulus and loss factor of CF ［±45 °］ and CF/GF ［±45 °］ before and after electrophoresis

图9 电泳烘烤前后［0/90 °］CFRP试样断裂后微观形貌图

Fig.9 SEM of tensile fracture of ［0/90 °］ CFRP samples before and after electrophoretic baking

参考文献 15

1	伍文艳，刘强，吴良军. 不同工艺碳纤维增强复合材料构件的力学性能［J］. 玻璃钢/复合材料，2017 （10）：23⁃28.
	WU W Y， LIU Q， WU L J. Mechanical properties of carbon fiber reinforced plastic structures with different forming process［J］. Fiber Reinforced Plastics/Composites， 2017，（10）：23⁃28.
2	Woo Hong Suk， Sang Soo Ahn， Li Haochuang， et al. Charpy impact fracture characteristics of CFRP composite materials according to various of fiber arrydirection and temperature［J］. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing， 2013， 14（2）：253⁃258.
3	王小兰. 近5年中国汽车轻量化进展探究［J］. 汽车文摘，2021（02）：30⁃34.
	WANG X L. Research on the development of automobile lightweight in china inrecent five years［J］. Automotive Digest， 2021（02）：30⁃34.
4	刘昊东，毛亚斌，任豪放，等. 基于FSAE赛车的碳纤维传动半轴设计制造［J］. 汽车实用技术，2020，45（21）：57⁃61.
	LIU H D， MAO Y B， REN H F， et al. Design and manufacture of carbon fiber transmission half shaft based on FSAE car［J］. Automobile Applied Technology， 2020， 45（21）：57⁃61.
5	严择圆，郭巍，鲁亚妮，等. 大学生方程式赛车碳纤维轮圈结构设计与优化［J］. 重庆大学学报， 2019， 42（08）：30⁃38.
	YAN Z Y， GUO W， LU Y N， et al. Design and optimization of carbon fiber rim structure of Formula SAE racing car［J］. Journal of Chongqing University， 2019， 42（08）：30⁃38.
6	冯永忠，康永禄. 宝马新7系车身概览（上）［J］. 汽车维修与保养，2016（03）：75⁃77.
	FENG Y Z， KANG Y L. An overview of BMW's new 7⁃Series body［J］. Motor China， 2016（03）：75⁃77.
7	Yu Gao， Shang Li Dong， Hong Shun Wang， et al. Effect of vacuum thermal cycling on mechanical and physical properties of an epoxy matrix composite［J］. Advanced Materials Research， 2012， 415⁃417：2 236⁃2 239．
8	Gao Yu， Dong Shang⁃Li， He Song， et al. Characterization of stress distribution and thermal expansion behavior for M40J/AG-80 composites experienced vacuum thermo⁃cycling［J］. Journal of Reinforced Plastics and Composites， 2006， 25（16）：1 647⁃1 657．
9	答建成，周细应，朱玉坤，等. 后处理温度对EP/CF复合材料拉伸性能影响［J］. 工程塑料应用，2016，44（10）：62⁃66.
	DA J C， ZHOU X Y， ZHU Y K， et al. Effects of post⁃treatment temperature on tensile properties of EP/CF composite［J］. Engineering Plastics Application， 2016， 44（10）：62⁃66.
10	王志远，陈刚，郑志才，等. 固化温度和后处理温度对EP碳布复合材料弯曲性能的影响［J］. 工程塑料应用，2011，39（04）：22⁃25.
	WANG Z Y， CHEN G， ZHENG Z C， et al. Effect of curing temperature and post⁃treatment temperature on the bending properties of EP carbon cloth composites［J］. Engineering Plastics Application， 2011， 39（04）：22⁃25.
11	张然然，王昱昕，熊建民，等. 碳纤维复合材料电泳烘烤前后的力学性能研究［J］. 玻璃钢/复合材料，2018，（10）：112⁃116.
	ZHANG R R， WANG Y X， XIONG J M， et al. Study on mechanical properties of carbon fiber composites before and after electrophoretic drying process［J］. Fiber Reinforced Plastics/Composites， 2018 （10）：112⁃116.
12	Peters S T. Handbook of Composites［M］. UK： Chapman & Hall， 1988.
13	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. A rapid method for comparing fiber/resin permeability［J］. Fiber Reinforced Plastics/Composites， 2011，（4）：24⁃26.
14	Mekic Sait， Akhatov Iskander S， Ulven Chad A. Analysis of a radial infusion model for in⁃planepermeability measurements of fiber reinforcement in composite materials［J］. Polymer Composites， 2010， 30（12）： 1 788⁃1 799.
15	Van Hau Nguyen， Lagardère Mylène， Chung Hae Park， et al. Permeability of natural fiber reinforcement forliquid composite molding processes［J］. Journal of Materials Science， 2014， 49（18）：6 449⁃6 458.

[1]	崔晓凤方梅杜松林张娜黄明高国利许经纬. 电泳烘烤对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响[J]. , 2024, 38(3): 1-6.
[2]	何泊远, 雷鹤翔, 曹宁, 陈曦, 姚丽菲, 贾伟艺, 连慧琴, 汪晓东, 崔秀国. 磺化聚砜/黑磷复合质子交换膜制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(11): 15-23.
[3]	杨一飞, 王明欢, 李杰, 何亚东, 信春玲, 任峰. 熔融浸渍工艺参数对纤维束渗透率影响的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 85-92.
[4]	曹宁, 李凯, 王志彦, 李建华, 王亚涛, 陈曦, 贾伟艺, 刘洋, 汪晓东, 连慧琴, 崔秀国. 阻醇燃料电池质子交换纳米复合膜研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 142-154.
[5]	乔宗文. 基于后磺化的萘磺酸型磺化聚砜质子交换膜的性能[J]. 中国塑料, 2019, 33(6): 38-43.
[6]	张永明, 邹静, 苗宗成, 赵阳. 直接甲醇燃料电池用Nafion/柱［5］芳烃复合膜的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(04): 69-75 .

电泳烘烤对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

Effect of electrophoretic baking on mechanical properties of EP/CF and EP/CF/GF composites

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 15

相关文章 6

编辑推荐

Metrics

本文评价