单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

面向空间天线的TWF复合材料性能研究

利用碳纤维三向编织物（triaxial woven fabric，TWF）作为增强材料，与柔性基体材料硅橡胶复合，制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构，用于卫星天线反射器，是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法，对碳纤维增强硅橡胶TWF复合材料进行了力学性能的研究。首先由纤维和基体的材料特性得到均质纤维束的材料特性；接下来考虑纤维束交织情况（起伏波动）建立由纤维束组成的单胞实体有限元模型；然后对单胞实体有限元模型进行均匀化分析，施加周期性边界条件，最终得到等效的均质材料特性；为满足天线反射器高性能需求，分析了碳纤维种类、纤维体积分数对单胞等效性能的影响规律。对该材料力学性能的研究，可以为其未来应用于大型高精度可展开天线反射器提供一定的理论依据。     

纤维排布对CFRP感应加热固化成型过程影响表征

在采用电磁感应加热方式实现碳纤维复合材料（CFRP）加热固化成型的过程中,如何准确表征材料各组成部分的属性参数状态对研究材料加热过程中温度、固化度及应力场分布至关重要。根据纤维实际铺层方式对材料各组成部分进行独立表征,以及碳纤维壳体的等效电-磁-热特性建立了CFRP感应加热有限元细观分析模型,将纤维织构和树脂基体单独建立,实现CFRP在感应加热过程中其内部纤维织构中物理场的变化规律以及对材料整体升温变化规律进行系统分析。通过该模型计算了材料温度、固化度及应力场分布的变化规律,揭示了碳纤维排布对材料感应加热效果的影响,并根据感应加热实验验证了该模型可以准确表征各物理场的分布状态。为研究CFRP在感应加热中各物理场变化规律提供了有效的计算模型和分析方法。     

连续玄武岩纤维及其复合材料耐腐蚀特性

通过考察玄武岩纤维在蒸馏水、氢氧化钠溶液及盐酸中煮沸3h后的强度与质量变化,及其复合材料在8种化学介质中分别浸泡15d、30d和90d后的力学性能与表面形态变化,对一种国产连续玄武岩纤维及其复合材料的耐化学介质腐蚀性能进行了实验研究.结果表明,该玄武岩纤维及其复合材料都有很好的耐水及耐碱性能,且纤维的耐碱性能优于其耐酸性能.由于玄武岩纤维的耐酸碱性能差异,使复合材料具有如下腐蚀特性:酸性介质中,复合材料弯曲强度和弯曲模量同步降低;碱性介质中,复合材料弯曲强度降低,而弯曲模量几乎保持不变.      

航空用国产碳纤维/双马树脂复合材料湿热特性

针对1种航空用国产T700级碳纤维和4种双马树脂（QY9611、5429、QY9512、QY8911-4），采用3种湿热条件（100℃水煮、70℃水浸、70℃/85%相对湿度）对其复合材料单向层板进行湿热处理，通过研究吸湿量、扩散系数、显微结构、化学成分、耐热温度及力学性能，分析了复合材料的湿热特性。结果表明，4种复合材料在3种湿热条件下的吸湿行为均符合Fick第二扩散定律，100℃水煮时平衡吸湿量和扩散系数最大，70℃/85%相对湿度时两者最小。4种复合材料吸湿速度有明显区别，这与其原材料形式和成型工艺不同有关。湿热处理未导致复合材料内部产生损伤和化学变化，主要引起增塑效应，导致玻璃化转变温度降低。复合材料的90°拉伸性能测试结果表明，高温和吸湿耦合作用下复合材料力学性能衰减更为明显，破坏模式由基体开裂转变为界面脱黏和开裂。      

碳纤维电聚合表面处理

本文研究了碳纤维电聚合表面处理工艺,以及处理后碳纤维表面性质的变化,及其对复合材料性能的影响。结果表明,电聚合表面处理方法工艺简单、成本低、易操作。碳纤维经过电聚合表面处理之后,表面活性官能团增加,与基体的浸润性得到改善。大幅度地提高了复合材料的层剪强度、横向拉伸强度;改善了复合材料的压缩性能,并具有良好的耐环境性能。因此,电聚合表面处理方法是适合碳纤维生产中推广使用的一种表面改性的新方法。     

固化参数对碳纤维/环氧复合材料的性能及断口形貌的影响

本文研究了碳纤维/环氧复合材料固化成型过程中予固化温度、加压时间对其层间剪切性能及弯曲性能的影响。为了揭示固化参数对复合材料性能影响的本质,测定了不同固化条件的复合材料中纤维含量(V_f)和孔隙率(V孔);用扫描电镜分析了复合材料的断口形貌。     

防弹芳纶复合材料实验研究

研究以Ｔｗａｒｏｎ纤维织物为增强材料的复合材料的防弹特性，通过大量实弹试验，初步优化了树脂基体体系，并着重分析了不同树脂基体，不同树脂含量，不同固体压力等对其芳纶复合材料弹道性能的影响，揭示出了一定的规律，所得结果对防弹芳纶复合材料的进一步研究与开发应用有参考价值。     

双丙酮丙烯酰胺在碳纤维表面的电聚合研究

为了提高碳纤维表面的粘附能力,对活性烯类单体双丙酮丙烯酰胺(DAA)以及与丙烯酸(AA)组成的双组分体系在碳纤维表面的电聚合反应进行了研究.测定了经过电聚合的碳纤维制成的复合材料层板(CFRP)的层剪强度(ILSS),分别由未经处理的45.5MPa提高到70.36MPa和81.24MPa.对电聚合反应机理以及电聚涂层作为纤维/基体的中间层的缝合作用进行了讨论.单体溶液中加入自由基捕捉剂电聚涂层的形成严重受阻,这个现象证明DAA电聚合机理是自由基聚合反应.     

预浸料贮存时间对MT700/603复合材料力学性能的影响

以碳纤维增强环氧树脂热熔预浸料MT700/603为研究对象，开展室温贮存时间与预固化度的关联性分析，研究预浸料预固化度对复合材料成型质量和关键力学性能的影响机制，建立预浸料贮存时间-预固化度-制品性能三者之间的内在联系。结果表明:随着室温贮存时间的延长，60 d后603环氧树脂的最低黏度增加了4.6倍，玻璃化转变温度增加了17.9 ℃，预固化度为11.2%；MT700/603预浸料贮存时间小于30 d时，制备的复合材料内部质量良好，纤维分布较为均匀，孔隙率较低，树脂的预固化度在5.3%以内，孔隙率低于0.03%；复合材料更倾向依赖于树脂基体破坏的纵向压缩强度和压缩模量对孔隙率的敏感度，要高于倾向依赖于纤维增强体破坏的纵向拉伸强度和拉伸模量；预浸料在室温贮存时树脂预固化度增加，黏度增大，加压时机与树脂黏度变化不匹配是导致复合材料构件关键力学性能下降的根本原因；根据产品的力学性能指标要求，结合不同贮存时间的关键力学性能数据，可反推出预浸料的最长室温贮存时间，实现了预浸料可用性的定量化评估。      

循环湿热环境下碳纤维复合材料的界面性能

针对CCF300/5428复合材料在循环湿热环境下的吸湿-脱湿行为和层间剪切性能进行了研究,并结合扫描电镜观察了循环湿热处理的不同阶段纤维/基体界面结合状态.研究结果表明:经过反复吸湿后,水分的初始扩散速率和饱和吸湿率增加;脱湿后水对复合材料层间剪切性能的影响大部分可以消除;复合材料吸湿后室温环境下性能下降较少,但在高温高湿环境下,复合材料的性能会显著降低.     

纳米改性环氧树脂固化反应及表面与摩擦性能

利用纳米粉末橡胶结合无机纳米氧化铝以改善环氧树脂的表面强度性能和摩擦性能.采用差示扫描量热法(DSC,Differential Scanning Calorimeter)研究了纳米改性环氧树脂的固化反应动力学; 采用动态超微硬度表征了纳米复合材料的表面强度; 评价了纳米改性环氧树脂复合材料的摩擦系数.结果表明, 纳米复合材料与环氧树脂具有相同的固化反应机理, 单一纳米粒子的加入降低了固化反应的表观活化能, 两种纳米粒子的复配使用增加了固化反应的表观活化能.纳米粒子使固化反应程度下降, 导致固化反应热显著下降.复配使用纳米氧化铝和纳米粉末橡胶能够改善环氧树脂复合材料的摩擦系数、表面硬度和弹性模量, 实现了对表面强度性能和摩擦性能的优化.     

混杂纤维复合材料的剪切特性（一 ）：夹芯结构

对三种类型的混杂纤维复合材料层压板的层间剪切特性进行了试验与研究,从理论上描述了层间剪切应力分布状态。与此同时,对层间剪切强度和破坏位置分别进行了估算和预测,其结果与实验较为吻合。     

接触角法测玄武岩及玻璃纤维表面能实验

通过Wilhelmy吊片法测试液体与玄武岩、玻璃纤维单丝的前进接触角,应用OWRK理论计算得到纤维表面能及其色散与极性分量.实验研究表明:未经表面处理的玄武岩纤维表面能高于S-2玻璃纤维,去除浸润剂后2种纤维表面能的极性分量均明显降低,并且测试液体的极性分量对纤维表面能的测试结果影响甚大.分析结果为纤维与树脂的表面张力合理匹配、形成良好界面浸润和粘接提供了理论依据.      

碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究

为了研究高应变率载荷对于碳纤维增强树脂基复合材料变形破坏行为的影响,通过应变率修正式对复合材料的刚度与强度进行修正,建立了可考虑应变率效应的复合材料损伤数值模型,采用该模型对不同应变率条件下层板结构的面内破坏行为进行了模拟并与文献实验进行了对比分析。计算结果表明:本文所构建的数值模型可以有效预测树脂基层板结构在不同应变率条件下的破坏特征,并在材料刚度与强度硬化现象的预测方面有着较高精度;对于0°、90°铺层主导的试件,由于其力学性能近似为线性,数值模型在强度预测方面获得了较高精度;而对于±45°铺层主导试件,其在不同应变率条件下表现出较强的非线性损伤特性,因此模型在其强度性能预测方面存在一定误差。     

基于乙炔基封端酰亚胺和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物

以2，3，3'，4'-联苯四甲酸二酐和2，2'-双三氟甲基-4，4'-联苯二胺为单体、4-乙炔基邻苯二甲酸酐为封端剂合成了不同聚合度的聚酰亚胺低聚物（BETI），将其溶于双氛A型氰酸酯单体制备了改性氰酸酯树脂，对改性氰酸酯树脂的固化行为进行了详细探究，并对其固化物的热学性能、力学性能和介电性能等进行了表征与分析。结果表明:BETI对氰酸酯树脂的聚合有明显的催化作用，可以降低固化温度，缩短凝胶时间。基于BETI和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物（IPN）的热性能和力学性能与纯氰酸酯树脂相比都有一定的提高。当加入质量分数30%、聚合度为19的BETI树脂时，固化物的玻璃化转变温度从297 ℃提高到309 ℃，热失重5%时温度从425 ℃提高到了431 ℃；拉伸强度从76 MPa提高到了94 MPa，冲击强度从24 kJ/m2℃提高到了31 kJ/m2。加入BETI后，聚合物的介电常数稍稍高于纯氰酸酯树脂。由于具有良好工艺性和材料性能，BETI改性氰酸酯树脂可作为基体树脂应用于航空航天等领域。      

基于理想界面的均匀化方法

评述了分析单向纤维增强复合材料及纺织复合材料宏观等效弹性性能的有代表性的力学模型,指出了各力学模型的特点.针对经典力学模型分析结构复杂的纺织复合材料的力学性能的局限性,直接从组分相的本构方程出发,分别将应力、应变张量在相间界面分解成互相正交的2个部分:面内分量和面外分量. 在理想界面条件下,考虑了纤维与基体的相互作用,建立了基于理想界面的均匀化方法.选取CCA模型分析了单向纤维增强复合材料的弹性性能,得到了满意的结果.     

湿热环境下碳纤维层合板拉伸疲劳性能

湿热环境是影响复合材料层合板力学性能的主要因素之一，研究湿热环境对复合材料结构的影响对于保证飞行结构安全具有非常重要的工程应用意义。研究碳纤维复合材料层合板在室温干态（RTD）、低温干态（CTD）和高温湿态（ETW）3种环境条件下的拉伸疲劳性能，获得3种环境下的S-N曲线与层合板疲劳破坏模式。在此基础上，建立层合板有限元分析模型，对其疲劳性能进行研究，分析讨论温度及湿度对层合板疲劳性能的影响，建立层合板疲劳寿命环境影响因子的确定方法。结果表明：湿热环境对正交层合板的拉伸疲劳性能影响很大，疲劳寿命为106次时，与RTD环境相比，CTD环境下层合板的疲劳强度下降了2.76%，而ETW环境下下降达到23.77%;ETW和RTD环境下破坏模式以纤维断裂和分层为主，而CTD环境下却几乎全为纤维断裂破坏；S-N曲线包括疲劳强度快速下降和缓慢下降2个阶段；温度对疲劳性能的影响要明显强于湿度，温度超过45℃时湿度对疲劳性能的影响进入强影响区。