炭纖維的環氧樹脂浸潤特性
樹脂基復合材料具有輕質高強的突出優點,已成為四大航空航天結構材料之一,其用量是衡量現代飛行器先進性的一個重要標志。高強型炭纖維增強的樹脂基復合材料更是以其優異性能成為承力結構件的選和主要材料。然而,要進一步擴大復合材料的應用,必須解決其高品質、低成本問題。制備高品質復合材料的關鍵之一是獲得優良的界面,而樹脂一纖維良好的浸潤性能則是其要前提。
樹脂一纖維的浸潤主要通過樹脂在纖維多孔介質中的毛細流動進行研究,并通過質量增加或直接觀察毛細流動前鋒來表征。一般而言,由于多孔介質多為不透明,且液體的流動前鋒參差不齊,觀察法須依賴于主觀判斷,因而前鋒觀察法的結果重現性較差 。因此關于液體在多孔介質中的毛細滲透性研究報道,主要以測試浸潤增加的質量為主。目前文獻報道較多的是小分子液體在平行纖維方向的自發浸潤研究,主要用于纖維表面改性效果表征和纖維表面自由能測試等 圳。其主要原理基于固一液界面三相線的變化,計算得到接觸角,然而不同方法
測得的接觸角含義不同。有研究表明,在同一毛細滲透過程,不同階段得到的接觸角不同,即相同體系測得的接觸角不是唯一的。
在實際復合材料成型過程中,長纖維堆積形成的多孔介質具有各向異性的特點,樹脂的毛細流動通道也呈各向異性。另外,由于固化過程中樹脂的物理、化學變化和物理一化學耦合變化非常復雜,因此,主要工藝條件,如體系固化溫度、纖維含量、壓力等均明顯影響樹脂對纖維的浸潤性,并且作用機理復雜。由此,實際工藝條件下樹脂的毛細流動研究報道很少,針對LCM工藝,機械外壓作用下纖維增強體的滲透率測試研究則較多。在傳統熱壓成型復合材料過程中,樹脂沿纖維鋪層厚度方向的滲透流動非常重要,由于纖維鋪層方式變化只影響樹脂流動通道的幾何形狀,其方向始終垂直于纖維,因此稱之為垂直于纖維方向的流動。實際上,在無外壓條件下測試該方向的毛細滲透很難實現,因此其理論研究尚不成熟,文獻報道也很少。
本研究針對纖維堆積體的各向異性,設計開發了樹脂分別沿垂直纖維方向和平行纖維方向的浸潤測試方法。并模擬實際復合材料成型工藝條件,改變樹脂溫度和纖維含量,考察了兩類環氧樹脂在T300和1_700炭纖維堆積體中,分別沿平行纖維方向和垂直纖維方向的浸潤特性,分析了兩種浸潤形式下的不同特點。
樹脂一纖維的浸潤主要通過樹脂在纖維多孔介質中的毛細流動進行研究,并通過質量增加或直接觀察毛細流動前鋒來表征。一般而言,由于多孔介質多為不透明,且液體的流動前鋒參差不齊,觀察法須依賴于主觀判斷,因而前鋒觀察法的結果重現性較差 。因此關于液體在多孔介質中的毛細滲透性研究報道,主要以測試浸潤增加的質量為主。目前文獻報道較多的是小分子液體在平行纖維方向的自發浸潤研究,主要用于纖維表面改性效果表征和纖維表面自由能測試等 圳。其主要原理基于固一液界面三相線的變化,計算得到接觸角,然而不同方法
測得的接觸角含義不同。有研究表明,在同一毛細滲透過程,不同階段得到的接觸角不同,即相同體系測得的接觸角不是唯一的。
在實際復合材料成型過程中,長纖維堆積形成的多孔介質具有各向異性的特點,樹脂的毛細流動通道也呈各向異性。另外,由于固化過程中樹脂的物理、化學變化和物理一化學耦合變化非常復雜,因此,主要工藝條件,如體系固化溫度、纖維含量、壓力等均明顯影響樹脂對纖維的浸潤性,并且作用機理復雜。由此,實際工藝條件下樹脂的毛細流動研究報道很少,針對LCM工藝,機械外壓作用下纖維增強體的滲透率測試研究則較多。在傳統熱壓成型復合材料過程中,樹脂沿纖維鋪層厚度方向的滲透流動非常重要,由于纖維鋪層方式變化只影響樹脂流動通道的幾何形狀,其方向始終垂直于纖維,因此稱之為垂直于纖維方向的流動。實際上,在無外壓條件下測試該方向的毛細滲透很難實現,因此其理論研究尚不成熟,文獻報道也很少。
本研究針對纖維堆積體的各向異性,設計開發了樹脂分別沿垂直纖維方向和平行纖維方向的浸潤測試方法。并模擬實際復合材料成型工藝條件,改變樹脂溫度和纖維含量,考察了兩類環氧樹脂在T300和1_700炭纖維堆積體中,分別沿平行纖維方向和垂直纖維方向的浸潤特性,分析了兩種浸潤形式下的不同特點。










































