深海用耐压碳纤维增强复合材料制备及性能研究
陶瓷与碳纤维增强复合材料相结合理论上可充分发挥陶瓷材料优异的抗压性能和碳纤维的高比刚、高比强的特性，可在轻质高强的耐压材料领域具有非常好的发展前景。本论文以陶瓷基复合材料（CMC）和碳纤维增强复合材料（CFRP）为研究对象，对复合材料的树脂基体、碳纤维织物的预制体以及其与陶瓷粘接的界面进行性能优化研究。通过立体织物、树脂模型传递以及粘接等工艺制备了CFRP和CMC的单搭接试样。 首先，采用溶液共混法制备了TiO2@5284环氧树脂，分析了TiO2颗粒添加量对5284环氧树脂的性能的影响。结果表明，添加纳米TiO2颗粒改善了碳纤维和树脂之间的浸润性。同时，也对纳米TiO2改性后的CFRP的力学性能进行研究，结果表明，复合材料的压缩强度、弯曲强度、层间剪切强度均得到不同程度的提升。 其次，采用电化学氧化和热分解法制备了CuO@碳纤维立体织物，分析了CuO@碳纤维立体织物中的碳纤维在处理后的微观形貌、化学成分、浸润性和拉伸性能。结果表明，处理后的碳纤维在表面引入了活性基团，纤维晶型结构发生了改变、与树脂间的浸润性改善明显，但处理后的碳纤维的拉伸强度和模量有一定程度的下降，纤维受到一定的损伤。同时，也对纳米CuO改性后的CFRP的力学性能进行研究，结果表明，复合材料的压缩强度、弯曲强度、层间剪切强度均出现大幅度下滑，仅断裂韧性得到显著加强。实际改性效果与理论值差距明显，但是，对比CuO@碳纤维立体织物中的碳纤维在处理前后浸润性以及拉伸性能的变化，表明对碳纤维立体织物预制体改性的方案是可行，今后需避免对碳纤维立体织物的反复处理，减少纤维在处理过程中受到的损伤，为后续的科研者提供了借鉴价值。 最后，采用搅拌法和超声波分散法将MWCNTs颗粒均匀分散到环氧胶粘剂中，制备了CFRP和CMC的单搭接试样。分析了MWCNTs的添加量和胶层厚度对单搭接试样的胶接接头强度的影响以及改性后胶粘剂性能的变化，结果表明，添加MWCNTs能够提高胶接接头的剪切强度，但胶接接头剪切强度随胶层厚度的增加而逐渐减小。同时，添加MWCNTs不影响环氧胶粘剂的固化温度，但能够提高固化反应速率和胶粘剂的热稳定性。
陶瓷基复合材料;碳纤维增强复合材料;碳纤维织物;树脂基体;力学性能
天津工业大学
硕士
纺织工程
王静;徐俊青
2022
中文
TS152.3;TS103.33
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）