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固化反应对单向碳纤维预浸料介电性能的影响OA

Effects of Curing Reaction on Dielectric Properties of Unidirectional Carbon Fiber Prepregs

中文摘要英文摘要

微波加热固化碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)具有节能降耗的优势,但微波固化技术仍面临加热控制难的局限性.文章采用圆柱形谐振腔微扰法,深入研究单向碳纤维预浸料复介电常数在固化过程中的变化规律.通过对未固化预浸料-50~300 ℃ 范围内的动态差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)测试,获得未固化预浸料的玻璃化转变温度 Tg,0=-13.8 ℃.流变测试表明常温下树脂基体处于溶胶态,固化 51 min 后发生凝胶转变.动态热机械分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA)测试表明树脂基体在 73 min 后开始发生玻璃化转变.介电常数测试表明预浸料介电常数 ε'r 在整个固化过程中在 120.2~127.3 之间波动;介电损耗 εe″ff 在固化过程的前 55 min 内稳定在 0.63,固化 60 min 后由于凝胶转变下降至 0.52,75~90 min 阶段由于玻璃化转变 εe″ff 提升至 1.4,完全固化的预浸料 εe″ff 值下降至 0.72 并维持稳定.本研究为量化 CFRP 微波能量吸收、转化提供了数据支撑,有利于改善 CFRP 微波加热的精确控制.

The curing of carbon fiber reinforced polymer(CFRP)via microwave heating has the advantages of energy reservation and consumption reduction,but microwave curing technology still faces the limitation of hard to control on the heating process.A cylindrical cavity perturbation measurement method is utilized to study the effect of curing reaction on the complex dielectric permittivity of unidirectional carbon fiber prepregs in depth.By taking the dynamic DSC scan on the uncured prepreg in the temperature range from-50~300 ℃,the Tg,0 of un-cured prepreg is determined to be-13.8 ℃.The rheological testing indicates that the resin matrix is in sol state at room temperature,and the sol-gel transition occurs after 51 min of curing.The dynamic mechanical analysis testing demonstrates that the resin matrix begins to undergo glass transition after 73 minutes.The dielectric properties anal-ysis indicates that the axial dielectric constant ε'r of the prepreg fluctuates between 120.2 and 127.3 throughout the curing process.The dielectric loss εe″ff maintains at 0.63 in the first 55 minutes of the curing process.It decreases to 0.52 due to the sol-gel transition after curing for 60 minutes,and increases to 1.4 due to the glass transition from 75 to 90 minutes.The εe″ff of the fully cured prepreg finally decreases to 0.72 and remains stable.The study provides data support for quantifying the microwave energy absorption and conversion of CFRP,which is beneficial for im-proving the precise control of CFRP microwave heating.

陈楷华;陈静;严妍;郭胜惠;杨黎;周俊文;李鑫培

昆明理工大学 超硬材料先进制备技术国际联合研究中心,云南 昆明 650093||昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093||昆明理工大学 非常规冶金教育部重点实验室,云南 昆明 650093昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093昆明理工大学 超硬材料先进制备技术国际联合研究中心,云南 昆明 650093||昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093||昆明理工大学 非常规冶金教育部重点实验室,云南 昆明 650093昆明理工大学 超硬材料先进制备技术国际联合研究中心,云南 昆明 650093||昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093||昆明理工大学 非常规冶金教育部重点实验室,云南 昆明 650093昆明理工大学 超硬材料先进制备技术国际联合研究中心,云南 昆明 650093||昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093||昆明理工大学 非常规冶金教育部重点实验室,云南 昆明 650093昆明理工大学 超硬材料先进制备技术国际联合研究中心,云南 昆明 650093||昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明 650093||昆明理工大学 非常规冶金教育部重点实验室,云南 昆明 650093

信息技术与安全科学

单向碳纤维预浸料复介电常数DSC流变特性DMA

Unidirectional carbon fiber prepregComplex dielectric permittivityDSCRheological propertiesDMA

《真空电子技术》 2026 (2)

38-44,7

云南省基础研究项目(202401BE070001-021202501AU070116)

10.16540/j.cnki.cn11-2485/tn.2026.02.07

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