论文总字数：20363字

摘 要

碳纤维由于比强度和比模量高而广泛应用于复合材料中的增强相。本课题就是利用短切碳纤维增强低密度不饱和聚酯树脂并研究在常温下快速固化的方法。由于目前纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料固化温度处于中温区及以上，固化成型过程缓慢。因此，研究短切碳纤维/低密度不饱和聚酯树脂的常温快速固化方法，就显得尤为重要。

本课题通过加入促进剂环烷酸钴来加快固化成型过程，并且研究在短切碳纤维、发泡剂存在条件下，不饱和聚酯树脂凝聚时间变化情况。第一阶段首先开展预实验，即碳酸氢铵的放气量实验确定成型温度区间，再通过粘度实验研究碳纤维的掺量范围，然后通过显微结构确定碳纤维的长度和掺量范围，再根据测定凝胶时间的实验对固化剂和促进剂的掺量进行确定，预实验能够帮助确定样品的影响因素。第二阶段开展正交实验，设置碳纤维长度，碳纤维掺量，发泡剂掺量和成型温度为四因素并分别为四因素取五个水平值，通过样品的性能表征来确定最佳工艺条件。

实验结果预测，通过探究影响制样因素的预实验，暂定固化剂的掺量为1.25 phr，促进剂的掺量为1/15固化剂掺量，碳纤维长度尝试选取2.0-6.0 mm，碳纤维掺量上限暂定为0.90 phr，成型温度区间暂定为52-60 ℃。通过正交实验后对样品的性能表征，再计算比压缩强度，综合分析后选出各因素下最优的水平值。

关键词： 短切碳纤维 低密度 不饱和聚酯树脂 常温固化

Abstract

Carbon fiber is widely used as a reinforcing phase in composite materials because of its high specific strength and specific modulus.The subject is to use short carbon fiber reinforced low density unsaturated polyester resin and to study the method of rapid curing at room temperature. At present, the curing temperature of fiber reinforced unsaturated polyester resin composites is above the middle temperature range, so the curing process is slow. Therefore, it is very important to study the fast curing method of chopped carbon fiber / low density unsaturated polyester resin at room temperature.

In this paper, the curing process of unsaturated polyester resin was accelerated by adding cobalt naphthenate, and the setting time of unsaturated polyester resin in the presence of short carbon fiber and foaming agent was studied. In the first stage, the degassing experiment of the ammonium bicarbonate determines the forming temperature range，and the range of carbon fiber content is studied by pre-experiment, i. e. viscosity experiment, and then the length and range of carbon fiber content are determined by microstructure, the amount of hardener and accelerator is determined according to the experiment of Measuring Gel time. The pre-experiment can help to determine the influence factors of the sample.In the second stage, the orthogonal experiment was carried out. The length of carbon fiber, the content of carbon fiber, the content of foaming agent and the forming temperature were set as four factors and five levels were chosen as four factors respectively.

The results show that the amount of temporary curing agent is 1.25 phr, the amount of accelerator is 1 / 15, and the length of carbon fiber is 2.0-6.0 mm, the upper limit of carbon fiber content is set at 0.90 phr, and the temperature range is set at 52-60 °C. The performance of the sample was characterized by orthogonal test, then the specific compression strength was calculated, and the optimum horizontal value was selected after comprehensive analysis.

Key words：Chopped carbon fiber; Low density; Unsaturated polyester resin; Room temperature curing

目 录

摘 要 i

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 碳纤维的发展与应用

1.3 不饱和聚酯树脂的发展与应用

1.4 低密度不饱和聚酯树脂的发展与应用

1.5 固化工艺研究现状

1.5.1不饱和聚酯树脂的固化工艺研究现状

1.5.2 短切碳纤维增强树脂的固化工艺研究现状

1.6 研究目的及创新点

1.6.1 研究目的

1.6.2 创新点

第二章 实验部分

2.1 实验思路

2.1.1 影响制样因素的预实验思路

2.1.1 制样制备的正交实验思路

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验仪器

2.2.3 实验标准

2.3 实验方法

2.3.1 预实验

2.3.2 试样制备

2.3.3 测试分析方法

2.4 实验原理

2.4.1 不饱和聚酯树脂的固化原理

2.4.2 碳酸氢铵的发泡原理

第三章 实验结果预测分析

3.1 碳纤维最佳长度范围预测

3.2 碳纤维最佳掺量范围预测

3.3 固化温度范围和固化剂及促进剂掺量选取

3.3.1 NH4HCO3的热分解过程预测分析

3.3.2 固化剂及促进剂掺量的预测分析

3.4 正交结果预测分析

3.4.1 样品表观密度的预测分析

3.4.2 样品压缩强度的预测分析

3.4.3 微观结构预测分析

3.4.4 综合预测分析

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

绪论

1.1 研究背景

复合材料（Composite materials）一般由两种或两种以上组分材料复合而成，复合之后可以产生初始材料不具备的新特性，同时各组分材料之间存在明显的分界面^[1]。

碳纤维是由元素碳所构成的一类纤维，由有机纤维经高温碳化而成。碳纤维的优点是耐酸碱性好，良好的高温强度，耐低温性好，比强度及比模量高。碳纤维的不足之处是抗氧化能力较差，怕打结。常在纤维表面渗人B、Ti、Mo、Cr等金属元素，以保护纤维不被氧化^[2]。

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