碳纤维布增强酚醛环氧树脂力学性能研究

工程技术　武汉船舶职业技术学院学报２０１５年第３期　碳纤维布增强酚醛环氧树脂力学性能研究　彭永利王醉寒　（武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北武汉摘４３００７４）　要　以碳纤维布作为增强材料，酚醛树脂，环氧树脂作为基体，经过浸渍，层压成型等工艺，制得碳纤维布增强酚醛　环氧树脂复合材料。通过比较不同质量分数的酚醛／环氧树脂质量比所制得的材料的力学性能及扫描电镜（ＳＥＭ）表征　出的复合材料的微观结构，得出在环氧树脂质量分数为２５　时，该复合材料具有最佳的力学性能。　关键词碳纤维；酚醛环氧树脂；力学性能　ＴＰ３４　文献标志码　Ａ文章编号　１６７１—８１００（２０１５）０３—００２８一Ｏ３　中图分类号碳纤维具有超高的强度、模量和耐腐蚀性等　试机械有限公司；悬臂梁冲击试验机，河北省承德　试验机厂；扫描电子显微镜，ＪＳＭ一５５１０ＬＶ，日本　电子。　优良性能，以它作为增强材料的树脂基复合材料　已广泛用于航空、航天、体育器械等领域［１］。酚醛　树脂及其模塑料是合成树脂、塑料中最早工业纯　生产的品种。基于它们的原料来源较广，生产工　艺和设备简单，成型加工性好，价格较低廉，并且　可以通过种种手段获得优良的力学性能、电性能、　热性能、烧蚀性能、化学性能以及耐辐射性能，特　１．２碳纤维布／酚醛环氧树脂复合材料成型工艺　碳纤维布／酚醛环氧树脂复合材料成型工艺　如图１所示。　别是具有良好的阻燃性能，发烟率低，很少产生有　害气体，已成为机械、电子电气、建筑、采矿、国防　及其它工业部门不可缺少的材料Ｌ２　］。但是酚醛　图１　碳纤维布／环氧酚醛树脂复合材料　成型工艺流程图　树脂延伸低，脆性大，韧性差，需要通过改性来提　高其韧性。环氧树脂具有良好的相容性，较好的　１．３复合材料性能测试　弯曲强度按照ＧＢ／Ｔ　１４４９—２００５，采用深圳　高品测试机械有限公司生产的ＷＤＷ一２０万能　材料测试机进行测定。　力学性能尤其是韧性，易于加工等优点，用环氧树　脂改性酚醛树脂可以在保留酚醛树脂高耐热性的　同时提高酚醛树脂的韧性［４　］。　本文主要研究以环氧改性酚醛树脂作为基　冲击强度按照ＧＢ／Ｔ　１８４３—２００８标准，采用　河北省承德试验机厂生产的悬臂梁冲击试验机进　行测定。　体，碳纤维布作为增强材料，采用浸渍，层压工艺　等压制成型的复合材料的力学性能，讨论不同环　氧树脂含量对复合材料力学性能１拘影响。　表面形貌采用日本电子生产的ＪＳＭ一　５５１０ＬＶ扫描电子显微镜观察。　１　实验部分　１．１试剂与仪器　２　结果与讨论　２．１　环氧树脂含量对复合材料力学性能的影响　３ｋ碳纤维布；水溶性酚醛树脂，山东济宁华　凯树脂有限公司；环氧树脂Ｅ一５１，巴陵石化；热　压机；万能材料测试机，ＷＤＷ一２０，深圳高品测　收稿日期：２０１４一ｌ１—２７　图２为环氧树脂含量和复合材料弯曲强度的　关系。从图２中可以看出，随着环氧树脂含量的　升高，复合材料的弯曲强度逐步升高。当环氧树　作者简介：彭永利，男，教授，博士。博士研究生导师，研究方向：热固性树脂及其复合材料。　２８　武汉船舶职业技术学院学报２０１５年第３期　Ｚ０Ｕ４　ｂ３——５６　２　黄发荣，万里强等．酚醛树脂及其应用［Ｍ］．第一版．化学工业　Ｚｉｍａ　Ｖ，Ｓｖｏｂｏｄａ　Ｊ，ｇｅｎｅｓ　Ｌ．ｅｔ　ａ１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａ—　出版社，２０１１　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ４一ｃａｒｂｏｘｙｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈ０ｎａｔｅｓ［Ｊ］．　雅露，饶军．新型酚醛复合材料及工艺进展ＥＪ］．玻璃钢／复合　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００７，１８０（３）：９２９—９３９　材料，１９９６（２）：４３—４６　于红卫．改性酚醛树脂研究进展［Ｊ］．建筑人造板，２００１（２）：　４　孙晓牧．国外酚醛树脂市场概况［Ｊ］．热固性树脂，１９９７（１）：　２Ｏ一２４　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｐｈｅｎｏｌｉｃ　Ｅｐｏｘｙ　Ｒｅｓｉｎ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｌｏｔｈ　ＰＥＮＧ　Ｙｏｎｇ－ｌｉ，Ｗａｎｇ　Ｚｕｉ＿ｈａｎ　（Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｃｌｏｔｈ　ｉＳ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｒｅｓｉｎ　ａｎｄ　ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｍａｔｒｉｘ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｏａｋｉｎｇ，ｌａｍｉｎａｔｅｄ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｃｌｏｔｈ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆ—　ｆｅｒｅｎｔ　ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｅｎｏｌｉｃ／ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ　ｍａｓｓ　ｒａｔｉｏ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ—　ｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｖ　ｔｈｅ　ＳＥＭ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｍｅｃｈａｎ—　ｉｃａ１　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ　ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ａｔ　２５　．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ；Ｐｈｅｎｏｌｉｃ　Ｅｐｏｘｙ　Ｒｅｓｉｎ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　（责任编辑：谭银元）　（上接第１９页）　Ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｄｕａｌ　Ｆｕｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　ＬＶ　Ｑｉｎｇ　（Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｄｕａｌ—ｆｕｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｌａｉｎｓ　ｗａｙｓ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｕａｌ—ｆｕｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｆｕｅｌ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｕａｌ—ｆｕｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ａｍｏｕｎｔ　（责任编辑：谭银元）　（上接第２３页）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｅｍｅｎｓ　６ＳＥ７０　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅ　ｔｙｐｅ　ｇｒａｂ　ｓｈｉｐ　ｕｎｌｏａｄｅｒ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｆａｉｌｕｒｅｓ　０ｆ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ，，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｊ　ｏｒ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅｓ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂｒｉｄｇｅ－－ｔｙｐｅ　ｇｒａｂ　ｓｈｉｐ　ｕｎｌｏａｄｅｒ；６ＳＥ７０　ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｔｙｐｉｃａｌ　ｆａｉｌｕｒｅ　（责任编辑：谭银元）　３０