适用于遥感器遮光罩的复合材料及工艺研究

针对空间遥感器系统的发展演变,分析了遮光罩所用材料体系的变化情况,重点总结了高性能纤维增强树脂基复合材料在空间遥感器遮光罩中的应用情况。从工程化应用水平来看,目前尚处于在替代传统材料满足型号产品需求的较低阶段,本文简要归纳了其中存在的主要问题。针对蜂窝夹层结构、光阑结构、薄壁壳体结构等不同类型的空间遥感器遮光罩,本文介绍了其所适用的复合材料及其成型工艺。同时,结合材料选择、设计工艺性、工艺设计等工程化应用中的关键环节,作了尝试性地探讨,并对高性能纤维增强树脂基复合材料的实际应用效果进行了评价。最后,就未来空间遥感器系统的发展对材料工艺的需求作了展望。     

纤维增强树脂基复合材料的吸湿性和湿变形

阐述了纤维增强树脂基复合材料的吸湿与湿变形机理及其影响因素,从环境、材料和工艺3个方面,总结了环境温度、相对湿度、纤维、树脂基体、纤维-基体界面以及铺层方式对复合材料吸湿性与湿变形的影响,并提出了降低纤维增强树脂基复合材料吸湿率与湿变形的途径。     

碳纤维复合材料贮箱内压和低温承载行为研究

碳纤维增强聚合物复合材料具有轻质高强的优异特性,是液氢液氧燃料贮箱的理想材料。然而液氢液氧燃料贮箱在服役时要承受极低温度载荷,复合材料贮箱箱体的低温结构可靠性尚未可知。开展了碳纤维/环氧复合材料缠绕贮箱结构在温度和内压载荷下的变形及损伤研究,分别进行了常温/低温抗渗漏测试,结合应变测量、声发射监测、氦质谱检漏等方法分别研究了内压以及低温工况对复合材料贮箱的应变分布及损伤泄漏状态影响机制。研究结果表明,封头与圆筒区域交界处易产生应变集中,低温载荷导致复合材料局部小幅度基体损伤及纤维/基体界面脱粘,但并未影响贮箱箱体承压性能和气密性。本研究可为未来大型航天器减质设计提供参考。     

z向纱对三维正交复合材料层间剪切性能影响

采用置换法增强体成形工艺和树脂传递模塑(RTM)固化工艺制备炭纤维三维正交复合材料。对比研究了不同z向纱体积含量的三维正交复合材料的细观结构、层间剪切性能和破坏形貌。结果表明,基于置换法成形工艺制备的三维正交预制体其3个方向的纱线具有优异的伸直性;z向纱的体积含量在1%~5%时,对材料的层间剪切强度及模量的增强作用明显;同时,随着固化成型压力的增加,材料的层间剪切强度呈上升趋势,但当压力增大到一定程度,纤维屈曲现象明显,从而降低层间剪切强度的增加幅度;在层间剪切载荷的作用下,材料的主要破坏模式包括纤维的断裂、抽拔以及z向纱与树脂的脱粘,但相应增加z向纱的细度,使z向纱与基体之间的孔隙尺寸减小,可防止材料分层现象的产生。     

提高树脂基体复合材料的耐燃途径

纤维增强树脂基体复合材料用于飞机、地面运输设备、轮船等的结构必须要符合防火规范。它的耐燃性决定于基体树脂的耐燃性。树脂结构不同,耐燃性不同。通过在树脂中加入阻燃剂,对树脂改性和变更成型工艺等途径可以明显改善其耐燃性。     

提高树脂基体复合材料的耐燃途径

纤维增强树脂基体复合材料用于飞机、地面运输设备、轮船等的结构必须要符合防火规范。它的耐燃性决定于基体树脂的耐燃性。树脂结构不同，耐燃性不同。通过在树脂中加入阻燃剂，对树脂改性和变更成型工艺等途径可以明显改善其耐燃性。     

碳纤维复合材料胶接工艺研究

对碳纤维增强树脂基复合材料之间的胶接工艺进行了试验研究。主要研究了复合材料胶接工艺中的前处理工艺、表层纤维铺层方向、胶层厚度和固化工艺等因素对胶接强度的影响，成功地应用于碳纤维复合材料天线面胶接。     

碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力评估方法研究现状

在碳纤维增强树脂基复合材料设计及制备阶段，对成型过程残余应力进行准确的测试、评估，可为结构优化、工艺参数制定、模具参数选择等提供理论依据，也为后续应用阶段残余应力对复合材料构件性能结构稳定性影响研究提供基础。文中概述了碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力的形成机制，介绍了测试方法以及仿真模拟的原理、特点及在碳纤维增强树脂基复合材料残余应力评估中的应用，对仿真所需的主要性能参数的数值、测试方法进行了总结，基于仿真方法的多种优势，认为该方法为残余应力评估重点发展方向，提出该方法未来的研究重点，为进一步优化热物理、力学等性能时变特性模型，提高仿真模型的准确性，并将性能测试方法标准化；建立各类树脂、纤维仿真数据库；进行各类型复合材料构件的残余应力仿真结果准确度的验证研究。     

纺丝工艺对炭纤维缠绕复合材料强度转化率的影响

通过不同纺丝工艺的聚丙烯腈基炭纤维表面状态、NOL环及Φ150 mm容器的实验研究,分析了不同纺丝工艺对湿法缠绕复合材料聚丙烯腈基炭纤维强度转化率的影响。结果表明,干喷湿纺炭纤维比湿法纺丝Φ150 mm容器环向纤维强度转化率要高出11.9%~15.4%,湿法纺丝的炭纤维复合材料NOL环层间剪切强度要比干喷湿纺炭纤维复合材料高7.4~34.1 MPa。因此,干喷湿纺的炭纤维可应用于固体火箭发动机缠绕壳体、压力容器等主要承受拉伸应力的领域,可充分发挥其纤维强度;而湿法纺丝工艺制成的炭纤维与树脂基体结合紧密,利于载荷的传递,可应用于承受压缩剪切等复杂载荷的领域,从而发挥这两种纤维各自不同优势。     

纤维复合材料中孔隙的起因评述

文中介绍美国麦道宇航公司对纤维复合材料中产生孔隙原因的评述。热固性树脂基复合材料固化成型过程中产生孔隙的最简单机理是与挥发物的蒸气压相关联的。如果树脂凝胶前挥发物的蒸气压力超过树脂流体的压力,则会在层板中生成孔隙,而且孔会长大。介绍了影响树脂流体压力的试验结果,并讨论了诸如树脂体系化学组成,树脂体系的配置和预浸操作、铺层、加压以及固化工艺等因素对孔隙形成、长大的影响。     

纤维复合材料在先进防空导弹贮运发射箱上的应用

介绍了可用于先进防空导弹贮运发射箱的纤维复合材料、先进防空导弹贮运发射箱的性能发展和对结构材料的要求，论述了纤维复合材料贮运发射箱的结构方案和关键技术问题的解决途径。     

糠酮树脂炭及其炭/炭复合材料微观结构与性能研究

通过浸渍/炭化(PIC)工艺制备了糠酮树脂炭块及糠酮树脂基炭/炭复合材料,对其密度分布、力学和热物理性能及微观结构高温演变过程进行了分析研究。结果表明,制备的糠酮树脂炭块及其炭/炭复合材料密度分布较为均匀,其压缩强度分别为33.9、99.4 MPa,室温~1 000℃时平均线膨胀系数分别为3.91×10-6、1.69×10-6K-1;当热处理温度达到2 100℃左右时,Lc值开始大幅度增长,标志着无定形碳向石墨晶体结构转变。在整个热处理过程中,炭/炭材料石墨微晶尺寸增长幅度比纯树脂炭的大,树脂炭块的显微结构为一种高孔隙度的炭结构,但在炭/炭复合材料中树脂炭与纤维之间界面结合良好。     

炭纤维/聚醚醚酮复合材料的激光原位成型工艺探究

为扩大热塑性树脂基复合材料在航空航天领域的应用,选择了一种具有优异力学性能和热性能的聚醚醚酮树脂作为基体,对激光原位成型技术在热塑性树脂基复合材料成型的可行性进行探索。采用溶液浸渍法制备T700炭纤维/聚醚醚酮预浸胶带(预浸带),通过激光原位成型方式缠绕制备T700炭纤维/聚醚醚酮复合材料NOL环(NOL环),探索不同成型工艺条件下NOL环的层间剪切性能,优化出适宜的激光原位成型工艺参数。结果表明,预浸胶带在含胶量为33.6%时韧性好,并且具有较好的拉伸性能;通过层间剪切性能测试,当缠绕速度为3 m/min、激光输出电流为40 A、芯模温度为290℃、压辊压力为150 N时,激光原位成型的NOL环层间剪切性能较为优异,这为激光原位成型热塑性树脂基复合材料在固体火箭发动机复合材料壳体上的应用提供了工艺参考。     

关于纤维增强复合材料力学性能可设计性的分析

纤维增强复合材料是一种多相结构材料,主要由增强纤维和树脂基体材料组成。其性能可设计性是指可按照设计要求进行选择不同的增强材料和树脂基体材料以及它们的含量和各种铺层形式,可组成具有不同性能的各种复合材料。这给复合材料可设计性提供更大的自由度。该文结合工程应用需要,主要对其力学性能可设计性进行了分析研究。     

声发射法监测碳化硅纤维增强铝复合材料断裂过程

本文是利用声发射仪监测束丝碳化硅纤维增强铝复合材料断裂过程的研究报告。 在衰减参数为1×6db及振铃计数率为10~4/秒条件下,复合材料在拉伸过程中产生的声发射,其主要机理是碳化硅纤维的断裂。 对比SiC/Al复合材料、纯铝及铝合金三种材料的声发射计数率与应力——应变的关系曲线,发现复合材料的曲线只有按指数规律上升的一段,而没有纯铝及铝合金那样的延续段,表明复合材料是脆性断裂。SiC纤维是逐渐地而不是同时地断裂的。这样的断裂过程正是复合材料的强度具有离散性及往往低于ROM计算值的原因之一。 当应变值约等于断裂应变的60～80％时,声发射计数率急剧增大,表明这时复合材料已处于即将破断的不稳定状态,在结构设计及产品检验时可作参考。     

关于纤维增强复合材料力学性能可设计性的分析

纤维增强复合材料是一种多相结构材料，主要由增强纤维和树脂基体材料组成。其性能可设计性是指可按照设计要求进行选择不同的增强材料和树脂基体材料以及它们的含量和各种铺层形式，可组成具有不同性能的各种复合材料。这给复合材料可设计性提供更大的自由度。该文结合工程应用需要，主要对其力学性能可设计性进行了分析研究。     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

高硅氧纤维增强苯并噁嗪树脂复合材料的制备及性能

以苯并噁嗪为基体树脂,短切高硅氧纤维为增强材料,制备了一种模压用复合材料。研究了该树脂的热性能、固化动力学性能及力学性能。结果表明,苯并噁嗪增强高硅氧纤维混合物随固化温度升高工艺窗口未发生显著变化,利用Kissinger、Crane法得到固化反应活化能为69.619 kJ/mol,反应级数为0.95。复合材料拉伸强度为35.5 MPa,,压缩强度为196 MPa,线烧蚀率为0.14 mm /s.     

纤维复合材料中孔隙的起因评述

文中介绍美国麦道宇航公司对纤维复合材料中产生孔隙原因的评述。热固性树脂基复合材料固化成型过程中产生孔隙的最简单机理是与挥发物的蒸气压相关联。如果树脂凝胶前挥发物的蒸气压力超过树脂流体的压力，则会在层析中生成孔隙，而且孔会长大。     

炭纤维增强聚合物基复合材料的热氧老化机理

从基体、纤维和纤维/基体界面的角度,探讨了炭纤维增强聚合物基复合材料(CFRPMCs)的热氧老化机理。总结了纤维性能、纤维取向、纤维体积含量、织物结构、树脂性能、纤维/基体界面强度等因素对CFRPMCs热氧老化性能的影响规律,并简要分析了目前提高CFRPMCs热氧老化性能的方法。研究指出,立体织物增强的聚合物基复合材料能够很好地克服传统层合复合材料热氧老化后易分层的缺点,采用立体织物来增强聚合物,将会是今后提高CFRPMCs热氧稳定性的一个主要发展方向。