题目：弱电流对碳纤维/环氧树脂界面影响的研究

 

在复合材料电热损伤研究中雷击等强电流的损伤机理研究较为成熟和全面，而关于 弱电流的损伤机理研究较少。弱电流强度小，但是累积作用时间长， 弱电流通过碳纤维 复合材料时，会产生焦耳热效应等作用，可能会引起材料性能的变化，因此研究弱电流 热损伤问题对碳纤维树脂基复合材料长期可靠使用具有重要的意义。 首先，为了研究弱电流对碳纤维及其复合材料性能的影响，建立了适用于碳纤维丝 束、碳纤维层板和碳纤维单丝复合体系的弱电流加载方法， 确定了电源类型、各类试样 弱电流的加载参数以及试样与电源电极连接方式， 其中碳纤维丝束涂覆导电银胶导电效 果好； 碳纤维层板采用铜箔作为电极并进行预加载力的方式导电效果较好； 单丝复合体 系试样两端预留碳纤维单丝作为电极导电效果较好。 其次， 研究了弱电流作用对浸胶固化的碳纤维丝束力学性能的影响， 比较了四种碳 纤维加载电流前后的拉伸强度和拉伸模量。结果表明，四种碳纤维的拉伸模量变化不大 而拉伸强度随电流大小和作用时间的增加而出现变化， 但总体变化不明显。 进而分析了 T300B 和 T700SC 碳纤维的拉曼光谱，结果表明，电流作用后碳纤维的石墨化程度有所 下降，可能源于电流加载时热效应导致的碳纤维表面氧化。 然后，研究了弱电流作用对单向及正交碳纤维/环氧层板性能的影响。采用在碳纤 维层板中预埋热电偶的方式测试加载电流过程中试样的温度。 结果表明，层板试样端部 接触电阻产生的电热会使试件表面温度偏高，随电流密度增大，层板的温度升高。加载 4.5 A 电流 4 小时后层板的弯曲性能没有明显变化。 最后采用单丝断裂法研究了弱电流作用后单丝复合体系界面粘结强度的变化，结果 表明，在 0.60 mA~0.67 mA 直流电加载一定时间后， T300B 和 T700SC 碳纤维体系的界 面粘结强度均下降，界面载荷传递效率降低，而随着电流加载时间的增加，降低程度变 化不明显； T300B 碳纤维体系界面性能对弱电流的敏感性更高，可能与两种碳纤维的 表面特性不同有关；通过对不同固化度试样加载弱电流后的界面性能进行分析，认为碳 纤维/环氧树脂界面性能受弱电流影响的机理与碳纤维导电产生的焦耳热效应有关。