納米碳材料-碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料低溫性能研究.pdf

1、碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能，在軍工和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但由于兩者不同的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)復(fù)合材料經(jīng)歷從高溫到低溫的往復(fù)循環(huán)中會(huì)使復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生較高的應(yīng)力，從而使微裂紋在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生和生長(zhǎng)。相關(guān)的前期研究表明，納米填料無(wú)序分散在樹脂基體中可在一定程度上提高碳纖維環(huán)氧樹脂狀復(fù)合材料在低溫環(huán)境下的微裂紋抗性，對(duì)于有序的分散相關(guān)研究較少。本文開展了此方面相關(guān)研究工作，總共分為三大部分。
　　第一、碳材料的制備及表征

2、：用化學(xué)氧化法對(duì)多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）和膨脹石墨進(jìn)行氧化處理，得到氧化碳納米管（O-MWCNTs）和氧化石墨烯（Graphene oxide，GO），然后通過化學(xué)共沉淀法在氧化碳材料表面修飾四氧化三鐵微球修飾。
　　第二、外磁場(chǎng)作用下Fe3O4/納米碳材料定向排列增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能的研究：當(dāng)?shù)蜏?Fe3O4/O-MWCNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75wt％時(shí)， Fe3

3、O4/O-MWCNTs/epoxy復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大，分別是72.3MPa、5.55KJ/m2；同樣的在低溫下（77K）Fe3O4/GO為質(zhì)量分0.5 wt%時(shí)， Fe3O4/GO/epoxy復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最為74.5 MPa、當(dāng)Fe3O4/GO質(zhì)量分為0.75 wt%時(shí)沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大為4.22KJ/m2。納米碳材料經(jīng)外磁場(chǎng)誘導(dǎo)后定向排列的復(fù)合材料的低溫拉伸和沖擊性能要優(yōu)于納米碳材料在復(fù)合材料中呈無(wú)規(guī)分散的復(fù)

4、合材料。
　　第三、納米碳材料的定向排列對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料低溫微裂紋抗性影響的機(jī)理研究采用真空樹脂轉(zhuǎn)移膜（Vacuum–assistedresin transfer molding，VARTM）技術(shù)分別制備出 Fe3O4/O-MWCNTs/碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、Fe3O4/GO/碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，然后放入外磁場(chǎng)環(huán)境中使磁性納米碳材料在復(fù)合材料中定向排列，最后固化。測(cè)試表明，納米填料做定向排列的復(fù)合材料的低溫微