关键词:
编织复合材料筋材
二维编织
连续树脂传递模塑成型工艺
力学性能
摘要:
碳纤维增强树脂基(Carbon Fiber reinforced Polymer, CFRP)复合材料筋材与钢筋相比具有质量轻、耐腐蚀性能好、比刚度、比强度大、施工简便以及优异的力学性能等特点,在桥梁建筑、土木工程等领域得到越来越广泛的应用。本课题以碳纤维增强环氧树脂基复合材料筋材的制备为基础,系统研究了环氧树脂的固化反应制度,获得了连续树脂传递模塑(Continuous Resin Transfer Molding, CRTM)成型工艺的关键控制参数,制备了单向碳纤维复合材料筋材,验证了CRTM工艺的可行性;在此基础上,建立了连续编织-树脂模塑工艺方法,设计并制备了直径为5mm,编织角分别为30。、40。和50。的碳纤维编织复合材料筋材。通过对以上碳纤维复合材料筋材进行三点弯曲试验、压缩试验、剪切试验以及扭转试验,研究分析了试验温度、成型工艺以及编织角对碳纤维复合材料筋材性能的影响。得出以下结论:(1)对所选用的CP-02A/B环氧树脂进行粘温测试和DSC测试,并对得出的数据进行分析,初步确定了此树脂体系的注胶温度为55℃~60℃,粘胶温度为98.9℃,固化温度为121.3℃,后处理温度为134℃,以此为理论基础制定了模具的三区温度。通过前期的实验工艺验证,得到本次实验的CRTM成型工艺参数如下:模具三区温度依次为,130℃,160℃,180℃;注胶温度为55℃,注胶压力为0.2MPa,拉挤速度为0.3m/min。(2)以树脂基体的玻璃化转变温度Tg=183℃为依据,分别选取25℃、70℃和150℃三个温度,研究了单向复合材料的弯曲和压缩性能。实验结果表明,随着试验温度的升高,单向复合材料筋材的弯曲强度和压缩强度都逐有所降低。这与碳纤维与环氧树脂的热膨胀系数不同,从而使得温度升高时碳纤维与环氧树脂之间结合变差有关。(3)当纤维体积含量和试样直径一定时,传统拉挤成型工艺制备的试样比CRTM成型工艺制备的单向复合材料筋材的弯曲强度和抗扭强度分别增加了11.11%和8.18%,剪切强度和压缩强度分别减小了1.59%和1.72%;但是CRTM制备试样的变异系数却有了较为显著的降低。综上所述,在本实验范围内采用CRTM成型工艺能够有效地降低实验数据的离散性,极大地提高测试结果的稳定性。(4)编织角对复合材料的力学性能有重要的影响。编织复合材料筋材的弯曲强度随编织角的增加而减小,压缩强度随编织角的增加先增加后减小,剪切强度与抗扭强度随编织角的增加而增加。