磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能研究

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塑料工业

CHINA PIAS nCS INDUSTRY

第34卷第8期

2006年8月

磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能研究

牛牧童。吴伟端，陈名名

(华侨大学材料科学与工程学院，福建泉州362011)

摘要：利用两种不同的磨碎碳纤维粉体(CFP)填充环氧树脂(EP)，通过熔融共混制备了EP／CFP复合材料。研

究了CFP含量、长度与复合材料导电性能、力学性能和热稳定性能的关系，并考察了材料断口形貌。研究表明：P一

100型CFP填充的质量分数为25％时，EP／CFP材料的体积电阻率为1．34×10 Q·cm；拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击

强度和弯曲强度较EP分别提高了124％ 、186％、98．7％和66．7％，同时材料的热稳定性也略有提高。

关键词：磨碎碳纤维；环氧树脂；导电性能；力学性能

中图分类号：TQ327 文献标识码：A 文章编号：1005—5770(2006)08—0054—03 Study of Property of Epoxy Resin Reinforced by Carbon Fiber Powder

NIU Mu-tong，WU Wei-duan，CHEN Ming-ruing

(College of Material Sci．＆Eng．，Huaqiao Umvemi~，Quanzhou 362011，China)

Abatract：Epoxy resin(EP)／carbon fiber powder(CFP)composites were prepared by meh blending EP with

two types of CFP．The relationship of the electHcal，mechanical and thermal properties of the EP／CFP composites，

as well as the fracture surfaces of the composite，was studied．The result showed that when the mass percentaage of

P-100 CFP was 25％ ，the volume resistivity of the composite Was 1．34×10607 cm，while the tensile strength，

tensile elastic modulus，impact strength and bending strength increased by 124％ ，186％ ，98．7％ and 66．7％ respectively，

and the thermal properties of the composite were also improved slightly，compared to pristine EP． Keywords：Carbon Fiber Powder；Epoxy Resin；Electrical Conductivity；Mechanical Properties 磨碎碳纤维(CFP)是将连续碳纤维经高温脱

胶、短切、研磨成设定长度的圆柱形微粒，它保留了

碳纤维的众多优良性能，而且形状细小，表面纯净，

比表面积大，易于被树脂润湿均匀分散，是性能优良

的复合材料填料【1]。本文采用熔融共混法，将两种不

同长度的CFP与环氧树脂(EP)复合，制备了电阻

率明显降低，综合力学性能显著提高的EP／CFP导电

复合材料。

1 实验部分

1．1 主要原料与设备

EP：E．44型，江西宜春市瑞达化工厂；CFP：P．

100型，沥青基， 中值长度75—150 m，直径7 10

m；P．400型，沥青基， 中值长度为250—500 m，

直径7—10肛m，鞍山赛诺达碳纤维有限公司； 固化

剂：聚酰胺651，江西赣西化工厂。

万能拉力机：CMT6104型，深圳新三思材料检验公

司；摆锤式冲击试验机：ZBC型，深圳新三思材料检验

公司；高阻计：ZC 36型，上海精密科学仪器有限公司；

电子扫描显微镜：$3500N型，美国BRUKER公司；DSC．

TGA：SIYI2960 Simultaneous型，美国 公司。

1．2 CFP／EP材料制备

称取一定量的EP，水浴预加热至80℃ ，加入不

同质量分数的P．100型或P．400型CFP，搅拌3 h，搅

拌速度为1 000 r／min，冷却至室温，加入约50％ EP

质量的固化剂聚酰胺561，缓慢搅匀，浇铸于自制模

具中成型。室温固化12 h后，于110℃再固化3 h，

即制得CFP／EP样品，打磨成标准试样。

1．3 材料性能检测

电性能检测：对体积电阻R >1×10 Q的样片

用高阻计按GB／T 1410-1989进行测试；对体积电阻

≤1×10 Q的样片用数字万用表在标准电极上按照

GB／T l4l0—1989测试。

力学性能检测：拉伸试验按GB／T 1040-1992测

试，弯曲试验按GB／T 1042—1992测试，冲击试验按

GB／T l I3—1992测试，无缺口试样。

断面形貌：用SEM观察试样的拉伸断口的形貌

作者简介：牛牧童，男，24岁，硕士生，从事无机一有机复合材料的研究。wwduan@hqu．edu．cn 维普资讯 http://doc.guandang.net

第34卷第8期 牛牧童等：磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能研究 ．55． 并拍照。

热稳定性测试(TG)：将被测热样品在高纯氮气

保护下从室温加到700℃ ，升温速度为20℃／min。

2 结果与讨论

2．1 CFP用量和长度对EP／CFP复合材料体积电阻

率的影响

图1 CFP用量和长度对EP／CF'P体积电阻率的影响

Fig 1 Efect of CFP content and length on volume resistivity

of EP／CFP composite

图1为CFP含量和长度对EP／CFP体积电阻率的

影响。由图1可知，EP固化样的体积电阻率P、，约为

10 Q·cm。当P．100 CFP的质量分数为5％ ～10％时，

EP／CFP复合材料的P、，高于10玛Q·cm，属绝缘体。

当P．100 CFP的质量分数增至15％时，体系P、，急剧

下降至7．61×10 Q·cm，出现“渗滤” 现象。原因是

随着CFP填充量的增加，CFP彼此间搭接形成网络的

几率增大，复合体系内形成了较完整的CFP导电网

络。之后，填料含量的增加对复合材料体积电阻的影

响趋于平缓。碳纤维的长度对复合材料的导电性能有

显著影响[ 。由图1知，CPF含量相同、长度不同

时，复合材料的P、，也不同。P．100 CFP填充的试样的

渗滤域值约为10％，而长度较大的P．400 CFP填充的

试样约为8％。这是因为长度越大，纤维搭接为导电

网络的几率越大，形成网络需要的纤维量就越小，从

而降低了导电复合材料的渗滤域值。

2．2 CFP用量和长度对CFP／EP复合材料力学性能

的影响

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图2 CFP的用量和长度对EP／CFP复合材料力学性能的影响

Fig 2 Efect of CFP content and length on mechanical

properties of compo site

图2为CFP的用量和长度对EP／CFP复合材料力

学性能的影响。由图2可知，P．100 CFP填充试样的

拉伸强度、拉伸弹性模量和冲击强度随CFP含量的

增加而增大，在CFP的质量分数超过10％后性能提

升更为显著；当其质量分数为25％ 时，材料的上述

力学性能出现最大值，分别为44．3 MPa、991 MPa和

6．14 kJ／m2， 分别比EP提高了124％、186％ 和

98．7％ ；但当CFP质量分数达到30％时，出现了突

降。复合材料的弯曲强度则随着CFP用量的增加略

有减小，在CFP用量超过10％以后又不断上升，在

CFP的质量分数为25％ 时，增至120 MPa，比EP提

高了67．5％。原因如下：在纤维增强树脂复合材料

中，基体树脂通过界面将应力传递给高强度纤维，从

而提高了复合材料的力学性能l3]。当CFP质量分数

小于10％时，基体内的纤维数目较少，承受的应力

也相对较少，此时基体不但传递应力，自身也承受 …… 此处隐藏：5938字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……