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1、毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：PEI纳米纤维对碳纤维/环氧树脂复合材料的层间增韧研究 学院：材料学院 专业：高分子材料与工程 班级：高材1101 学号： 学生： 指导教师： 专业负责人： 1设计（论文）的主要任务及目标(1) 利用静电纺丝技术制备PEI薄膜 (2) 热压成型制备碳纤维复合材料层压板 (3) 研究PEI薄膜对复合材料性能的影响2设计（论文）的基本要求和内容 了解实验相关的基础理论知识和实验方法，掌握基本的实验技能，利用静电纺丝技术制备PEI薄膜，利用热压成型工艺将薄膜夹在碳纤维预浸料中间制备碳纤维复合材料层压板，进行必要的表征。3主要参考文献1 Gang Li，Peng
2、 Li，Yunhua Yu，et alNovel carbon fiber/epoxy composite toughened by electrospun polysulfone nanofibersJMaterLett 2008,62(3):5115142 Tanimoto TInterleaving methodology for property tailoring of CFRP laminates JComposInterface2002，9(1): 25393 SungCheal Moon,JaeKon Choi,Richard J. Farris.Preparation of
3、Aligned Polyetherimide Fiber by ElectrospinningJ. Journal of Applied Polymer Science.2008,6(109):691-6944进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1文献查阅2015/1/32015/2/32本学期开始 翻译、开题等2015/3/72015/4/043中期检查2015/4/132015/4/204论文答辩2015/5/12015/5PEI纳米纤维对碳纤维/环氧树脂复合材料的层间增韧研究摘要碳纤维复合材料的层间增韧研究一直是先进复合材料研究的热点，多种增韧方法也各有千秋。本实验用静电纺丝工艺
4、制备PEI（聚醚酰亚胺）纳米纤维膜作为层间增韧的介质，对PEI纳米纤维的静电纺丝工艺进行了探究，确定了制备PEI纳米纤维膜的工艺参数，并对过程中得到的PEI纳米纤维膜进行了SEM测试，在改进工艺后得到了表面光滑、直径分布均匀的PEI纳米纤维。制备不同厚度的PEI纤维膜，并利用纤维膜对复合材料层压板进行层间增韧，用SEM和力学测试对层压板进行表征，发现在加入5mlPEI/NMP溶液制得的纤维膜时，面密度为4.2mg/cm2，其弯曲模量和层间剪切强度得到最显著提高。关键词：聚醚酰亚胺；碳纤维复合材料；增韧；静电纺丝；GCStudy of PEI Nanofibers Interlaminar To
5、ughening Carbon Fiber / Epoxy CompositesAbstractToughening between layers of carbon fiber composite materials has been the focus of advanced composite materials research, a variety of toughening method has its advantages。In this study, using electro-spinning process for the preparation PEI (polyethe
6、rimide) nanofiber film as an interlayer toughening media, exploring the process of PEI electro-spinning, determining the process parameters for preparing PEI nanofiber film. We get SEM images of PEI nanofiber film, and the smooth surface and uniform diameter distribution showed after improving the p
7、rocess. We prepare different thickness of PEI nanofiber films, and interlayer toughen composite laminates. We found that when PEI nanofiber film obtained 5ml PEI/NMP solution was added will get the most improved in flexural modulus and interlaminar shear strength by mechanical testing of laminates.
8、Keywords：Polyetherimide；Carbon Fiber Composites；Interlaminar Toughening；Electro-spinning；GC目录第1章 绪论1第1.1节 碳纤维复合材料的发展与应用11.1.1碳纤维性能及分类11.1.2碳纤维复合材料的应用1第1.2节 高压静电纺丝31.2.1静电纺丝的概念31.2.2静电纺丝的原理3第1.3节 碳纤维复合材料层间增韧的进展41.3.1溶剂膜法增韧碳纤维复合材料41.3.2短切纤维法增韧碳纤维复合材料51.3.2纳米纤维膜法增韧碳纤维复合材料6第1.4节 本课题的研究目的和主要内容71.4.1选题的背景
9、、目的和意义71.4.2本论文的主要内容8第2章 实验部分9第2.1节 实验材料9第2.2节 实验仪器及设备9第2.3节 PEI纳米纤维膜制备10第2.3节 PEI纳米纤维膜增韧碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的制备11第2.4节 原料PEI的表征112.4.1傅里叶红外光谱（FTIR）分析112.4.2差示扫描量热法（DSC）分析122.4.3热失重（TG）分析12第2.5节 PEI纤维膜的表征122.5.1差示扫描量热法（DSC）分析122.5.2扫描电子显微镜（SEM）分析12第2.6节 PEI纤维膜增韧T700碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的表征122.6.1扫描电子显微镜（SEM）分析
10、122.6.2力学性能测试132.6.2.1PEI纤维膜增韧复合材料层压板的弯曲性能测试132.6.2.2PEI纤维膜增韧复合材料层压板的层间剪切性能测试132.6.2.3PEI纤维膜增韧复合材料层压板的I 型层间断裂韧性( GIC )测试132.6.2.4PEI纤维膜增韧复合材料层压板的I 型层间断裂韧性( GIIC )测试14第3章 结果与讨论15第3.1节 PEI原料及制得PEI纤维膜的表征153.1.1傅里叶红外光谱分析153.1.2差示扫描量热法（DSC）分析163.1.3热失重（TG）分析163.1.4扫描电子显微镜（SEM）分析16第3.2节PEI纤维膜增韧碳纤维/环氧树脂复合材
11、料层压板的表征203.2.1扫描电子显微镜（SEM）分析203.2.2 PEI纤维膜增韧复合材料层压板的弯曲性能测试213.2.3 PEI纤维膜增韧复合材料层压板的层间剪切性能测试223.2.4 PEI纤维膜增韧复合材料层压板的型层间断裂韧性( GIC )测试233.2.5PEI纤维膜增韧复合材料层压板的型层间断裂韧性( GC )测试23结论24参考文献25致谢27VI第1章 绪论第1.1节 碳纤维复合材料的发展与应用1.1.1碳纤维性能及分类碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，碳纤维的分子结构界于石墨和金刚石之间，其含碳体积一般在高于0.9。一般情况下碳纤维有以下几种分类方法。第一种是按照碳
12、纤维力学性能的不同可分为通用级和高性能级碳纤维，而高性能碳纤维依据强度的差别又可分为中强型碳纤维、高强型碳纤维和超高强型碳纤维，依据模量的差别分为中模型碳纤维、高模型碳纤维和超高模型碳纤维。第二种是按照碳纤维原料的不同分为四类， 一类是聚丙烯腈碳纤维、第二类是粘胶基碳纤维，第三类是沥青基碳纤维，第四类是气相生长碳纤维。均由原料纤维高温碳化而成。碳纤维具有质量轻、抗拉强度好、高强度、高模量、耐高温、耐摩擦、耐气候、耐化学试剂、导电、导热、膨胀系数小等优良性能。近年来被广泛的应用在航空航天、汽车、化工、能源、交通、建筑、电子、体育运动器材等领域。1.1.2碳纤维复合材料的应用图1-1 787机身材
13、料比例碳纤维的应用主要是作为增强体和其他的材料进行复合，赋予材料新的性能，以碳纤维作为增强体的高性能复合材料被称为碳纤维复合材料。碳纤维复合材料作为一种先进复合材料，具有普遍复合材料质轻高强的优良特性，而且它具有的高比强度和比模量、性能可设计和易于整体成形等诸多优点，可以满足航天结构高结构效率的要求，易于得到尺寸稳定的结构。现在工业污染问题变得更加严重，人们的环境保护意识变得越来越强，碳纤维复合材料不仅具有优良的性能，还能在节能减排和环境保护方面做出突出贡献。在航空航天领域，我国甚至世界的航天技术的发展和卓越成就有一大部分归功于碳纤维复合材料。碳纤维复合材料可以用于多种航天器，从航天飞机的机头
14、、机翼到卫星的支架，碳纤维复合材料已经是不可或缺的关键材料。因为碳纤维复合材料质轻高强，可以再满足受力要求的同时减轻飞行器的质量，降低油耗降低运行成本。如图1-1，787整机有50%都使用了复合材料，而飞机表面更是用碳纤维复合材料覆盖了90%以上。这都是因为碳纤维复合材料质轻高强并且有很好的耐腐蚀、耐疲劳的性能，在很多方面可以替代原有的金属材料，并对性能进行提升，降低维护成本。在其他工业领域，碳纤维复合材料的使用也是非常普遍，人们的住行都和碳纤维复合材料息息相关。汽车的车身、车底、传动轴，火车的车头盖和配件都是复合材料制品，利用复合材料片材对建筑进行加固已经成为建筑领域的应用热点，对比传统的混
15、凝土加固方法这种方式不会增加结构自重、施工更加方便、具有良好的耐腐蚀性，拥有很明显的优势。运动器材也是新兴的碳纤维复合材料应用领域，常见的羽毛球拍、钓鱼竿、冲浪板等都离不开碳纤维复合材料，如今体育用品对碳纤维复合材料的用量需求已经超过了航空航天领域，同时高端体育用品对复合材料的需求也促进了复合材料的发展。在绿色能源建设和节能减排领域，碳纤维复合材料被应用在风力发电机叶片、电力运输和石油开采等方面，这将有效解决全球资源短缺、气候变暖等问题。风能是一种清洁可在生能源，储量丰富，取之不尽。风力发电机叶片是风力发电设备的关键组成部分，不仅需要足够的强度、刚度和环境适应能力，更需要降低叶片的质量。碳纤维复合材料就是满足这些要求的首选材料。用纤维增强树脂基复合材料替代传统的钢
