复合材料碳纤维/树脂性能匹配性实验研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料由增强纤维、树脂基体以及两者之间的界面相组成，增强纤维主要起承载作用，树脂基体主要起连接增强相和传递载荷作用，而界面作为复合材料另一个重要的微结构，不仅起着连接增强纤维与树脂基体的“桥梁”作用，也是外加荷载从基体向增强纤维传递的“纽带”^[1] 。

碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、低密度等一系列的优异性能，在航空航天、风能电力、汽车、油气储运等领域有着重要而广泛的运用，已成为衡量国防科技实力的重要象征。碳纤维与树脂的界面匹配以及界面粘结性能对复合材料的力学性能与应用领域有着重大的影响，复合材料界面匹配性已成为当代材料领域的研究热点。因此，研究不同型号的碳纤维与不同粘结性能树脂的力学性能匹配性试验至关重要。

目前，碳纤维复合材料界面性能匹配性的测试方法众多，从微观到宏观均有相应的测试方式，例如单纤维断裂法、微脱粘法、三点弯曲法等。nol环是一种单向纤维缠绕成型的复合材料环形试验件，其性能的好坏是衡量纤维与树脂基体界面浸润性、粘结性及其在应力状态下传递应力能力的尺度，能为纤维缠绕压力容器提供最基础的工艺参数。本论文主要针对两种不同碳纤维和四种不同树脂的力学性能匹配性进行实验研究，根据gb/t 1458-2008和gb/t 1040.5-2008分别制作nol环和单向纤维增强复合材料试样，分析不同碳纤维/树脂材料搭配对成型复合材料试样力学性能的影响。

2. 研究的基本内容与方案

寻找一种最优化的碳纤维与树脂的匹配性能设计方法，主要通过实验研究测试。基本思路是先根据两种不同碳纤维和四种不同树脂组合出八种匹配性方案，再分别根据gb/t 1458-2008和gb/t 1040.5-2008分别制作出nol环和单向纤维增强复合材料试样，然后进行力学性能测试，利用三点弯曲法测定层间剪切强度，用0°和90°的单向纤维增强材料测定其拉伸模量、强度及泊松比，优化出综合性能最好的一组匹配方法。

具体方案：

1、根据gb/t 1458-2008，采用湿法缠绕的方式在缠绕机上绕制，经高温固化、外表面加工、脱模即得环形试样。将环形试样切成标准尺寸并通过手工精细打磨。采用三点弯曲加载方式施加载荷，记录破坏载荷，计算出试样的剪切强度。同其它匹配型试样以规定的标准进行测试，直至试样破坏，记录破坏载荷，计算剪切强度。

3. 研究计划与安排

第4-7周：按照实验方案，进行各组试样制备。

第8-9周：对试样进行测试并分析。

第10-14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张亚芳,齐雷,刘浩等.界面强度对纤维增强复合材料宏观韧性的影响[j].中山大学学报(自然科学版),2008,47(4):139.

[2]彭公秋,杨进军,曹正华,等.t700/qy8911复合材料界面匹配研究[j].航空材料学报,2011,02:43-48.

[3]苏峰.碳纤维/环氧树脂界面性能研究[c].黑龙江：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,2013,07.