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本文即立足此应用背景,以高性能碳纤维/环氧树脂基复合材料的研制为方向,开展相关的预研工作。
我们选择耐热性好的TDE-85和AG-80多官能团环氧树脂为基体,制备了碳纤维单向增强复合材料,并采用非等温DSC、傅里叶红外光谱、场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能材料测试机等,对环氧树脂体系的固化机理、碳纤维单向增强复合材料的力学性能、碳纤维表面等离子体处理及界面结合情况等三个方面做了系统的试验研究。
研究结果表明:
固化剂对树脂体系的弯曲性能影响较大。MENA固化剂使树脂体系具备较好的韧性和较高的强度。TDE-85/MENA树脂体系具有放热平缓,单位质量放热量适中的特点。其玻璃化转变温度达110.3℃,热分解温度达268.5℃,耐热性较好。虽然TDE-85/MENA体系的树脂浇注体弯曲强度比AG-80/MENA体系的浇注体略低,但韧性优于后者,并且工艺性能更好。采用最概然Malek法分析固化过程,得出TDE-85和AG-80树脂体系是SB自催化固化机理,并确定了固化升温制度。
碳纤维含量对复合材料的弯曲性能影响较大。实验表明,55%~60%左右的碳纤维体积含量较为合适。TDE-85/MENA基复合材料的弯曲强度和弯曲模量比AG-80/MENA基复合材料分别高出26.3%和33.2%。同时,TDE-85树脂基体与碳纤维的界面结合情况好于AG-80树脂体系。
低温等离子处理对碳纤维表面的刻蚀效果明显,并显著影响了复合材料的弯曲性能。其中,空气等离子处理效果好于氩气等离子处理。对比不同处理气氛和时间,得出空气气氛下16min左右的处理时间效果较好。等离子处理后,复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别提高22.6%和58.8%。