复合材料开口缝合补强结构力学性能的实验研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究,测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强的含孔复合材料层板的破坏强度,研究了孔边应力集中和缝合补强对强度、破坏应变等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,结合破坏断面分析,探讨了不同缝合参数对应变集中及破坏机理的影响,研究结果表明:孔口缝合补强后,层板破坏强度和孔边局部刚度均有增大趋势,孔边产生了"缺口强化"现象;与未缝合情况相比,孔边应变衰减范围基本相同,而应变衰减程度不同;缝合设计参数(针距、行距、边距等)不同,孔边拉、压应变的转换点的位置也不同;不同的针距、行距以及边距对孔边应变集中都有很大影响.     

缝合碳纤维缎纹织物复合材料研究

使用高强度玻璃纤维缝合G803-T300-40B五枚缎纹碳纤维织物预制体,并用树脂膜熔融渗透(RFI)工艺成型复合材料.测试了改性环氧树脂胶膜熔体粘度对固化温度和时间的依赖性,将缝合与未缝合复合材料层合板试样的基本力学性能进行了试验对比.     

Tufting缝合复合材料预制体的成型与研究进展

缝合技术能够在复合材料厚度方向上引入连续纤维,改善复合材料的层间性能。Tufting缝合是一种新型单边缝合技术,通过将缝合机头与先进的高精度的机器人连结,提高了缝合过程的精度与灵活性。介绍了Tufting缝合预制体的成型过程、缝合参数及缝合对复合材料力学性能的影响。     

不同经编织物对预成型体定型工艺性及渗透特性的影响

针对单轴、双轴、四轴三种不同国产T300碳纤维经编织物,通过对其预成型体进行定型效果、压缩特性和渗透特性试验,表征在相同的定型工艺及定型剂用量下,不同经编织物对预成型体定型工艺性及渗透特性的影响。结果表明:在C型回弹试验及厚度回弹试验中,织物表面铺撒相同质量分数的定型剂,四轴经编织物预成型体厚度回弹约1.2%,C型回弹6°,定型效果最佳。此外,纤维束宽和束间距的变化会引起定型效果的差异。厚度压缩试验表明,四轴经编织物的压缩性能最佳。面内渗透率试验表明,铺撒定型剂后四轴经编织物面内渗透率增加约15%。证实了铺撒相同质量分数定型剂后,四轴经编织物的树脂传递模塑成型工艺(RTM)性能优异,定型效果最佳。     

纺织复合材料预制体变形研究综述

以具有良好整体性能的织物作为增强体的纺织复合材料克服了传统复合材料层间剪切强度低、抗分层能力差、开裂敏感等缺点,且具有优异的近净成形能力,易于成型。这些优点使得这种复合材料被越来越广泛地应用于航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。纺织预制体的可变形性对其渗透率及最终复合材料构件的力学性能有着重要的影响。简要介绍了二维和三维织物的结构特点;阐述了织物的拉伸、横向压缩、面内剪切和弯曲变形机理;基于数值模拟和试验方法,综述了国内外预制体变形研究的进展;最后,展望了预制体变形数值模拟的发展方向。     

薄层化大丝束碳纤维复合材料性能研究

采用自制多辊系统薄层化装置对12K和50K大丝束碳纤维进行了薄层化试验,并研究了薄层化对大丝束碳纤维的渗透特性以及复合材料的内部结构和弯曲性能的影响。结果表明,对12K和50K大丝束碳纤维,利用自制的薄层化装置均可以得到较理想的薄层化效果;薄层化后由于纤维束厚度变薄,预成型体中纤维分布更均匀,预成型体的渗透率降低,渗透均匀性提高;薄层化后大丝束碳纤维增强的复合材料内部缺陷更少或更小,纤维-树脂分布均匀性提高;复合材料弯曲模量和弯曲强度均有提高,且性能分散性更小。     

含胶预成型体渗透特性

通过单向流动法对含胶预成型体进行了渗透率的测试。分别研究了含胶量、铺层角度、注射压力以及注射温度对渗透特性的影响规律。结果表明,含胶量对渗透特性有影响,且不同的铺层结构有不同的影响规律。对于玻璃纤维(0,90)经编织物,渗透率随含胶量的增加呈先增后减再增的趋势,而注射压力与注射温度的影响不大,可以忽略。     

不同纤维预制体结构对SiC_f/PyC/SiBCN复合材料力学性能的影响

使用不同织造方式(二维机织,法向增强2.5维机织和三维五向编织)制备了3种SiC纤维预制体,采用树脂转移模塑(RTM)和聚合物浸渍裂解(PIP)工艺制备了SiC_f/PyC/SiBCN复合材料。观察复合材料的显微组织,测试弯曲强度、拉伸强度、压缩强度等力学性能,探究不同预制体结构对复合材料力学性能的影响行为。结果表明:同一预制体结构在不同方向的纤维分布不同导致材料力学性能的各向异性;不同预制体结构对材料力学性能有着显著的影响。     

碳布缝合预制体孔隙与热解碳沉积时变相依的多尺度研究

以甲烷为前驱体,碳布缝合织物为预制体,采用等温化学气相渗透(ICVI)工艺,在1 368 K温度和1 s滞留时间下制备了C/C复合材料。采用压汞仪表征不同致密化时间下预制体的孔隙分布,采用偏光显微镜观察热解碳的结构。结果表明:预制体的孔隙分布呈现多峰分布,热解碳的沉积速率与[A/V]值成反比,热解碳的结构与预制体的比表面积相关,沉积初期比表面积较大时,得到的热解碳织构为各相同性和低织构热解碳,随着沉积的进行,比表面积逐渐减小,在纤维束的边沿等部位出现了高织构热解碳。     

缝合结构C/C复合材料的制备及组织

以缝合结构织物为预制体,采用化学气相沉积工艺制备了C/C复合材料.通过OM、PLM对其组织进行了分析.采用SEM观察了热处理前后试样的断口形貌.结果表明:该复合材料组织为粗糙层热解碳,主要沉积在纤维束内的小孔隙内;热解碳与纤维之间界面结合紧密,沉积态C/C复合材料表现为脆性断裂方式,断口较平整,主要为纤维束的断裂;热处理后纤维/基体界面结合变弱,有单根纤维的拔出,材料呈假塑性断裂方式.     

表面处理对三维浅交弯联机织复合材料界面及弯曲性能的影响

以2400 tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,使用硅烷偶联剂KH-570作为表面活性剂,采用涂抹、浸泡的方法对预制体进行表面处理以改善复合材料的界面性能。以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型,制得三维浅交弯联机织复合材料。分别借助傅里叶红外光谱仪、原子力显微镜、万能材料试验机、扫描电镜等仪器来测试与验证KH-570对预制体及复合材料的处理效果。结果表明,经过KH-570处理后,预制体表面粗糙度增大、比表面积增加,从而使得纤维与树脂界面结合更加紧密;复合材料的弯曲性能随着KH-570的增加而增强;复合材料主要破坏形式为纤维断裂,纤维在树脂中抽拔现象较少。     

表面处理对三维浅交弯联机织复合材料界面及弯曲性能的影响北大核心CSCD

以2400 tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,使用硅烷偶联剂KH-570作为表面活性剂,采用涂抹、浸泡的方法对预制体进行表面处理以改善复合材料的界面性能。以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型,制得三维浅交弯联机织复合材料。分别借助傅里叶红外光谱仪、原子力显微镜、万能材料试验机、扫描电镜等仪器来测试与验证KH-570对预制体及复合材料的处理效果。结果表明,经过KH-570处理后,预制体表面粗糙度增大、比表面积增加,从而使得纤维与树脂界面结合更加紧密;复合材料的弯曲性能随着KH-570的增加而增强;复合材料主要破坏形式为纤维断裂,纤维在树脂中抽拔现象较少。     

含分层缺陷复合材料层合板压缩强度试验研究

复合材料层合结构在生产和使用过程中经常会出现分层损伤,为研究分层损伤对复合材料层合结构压缩强度的影响,对含预制分层缺陷的复合材料层合板进行了静强度压缩试验研究,主要研究了沿层合板厚度方向2种不同位置的分层缺陷对复合材料层合板压缩强度的影响.试验结果表明:2类试验件断裂位置均主要集中在预制分层缺陷的边缘,断裂部位呈现不同程度的分层扩展;2类试验件的压缩强度较无初始缺陷的试验件分别降低9.04％和8.60％,说明分层缺陷的位置对复合材料层合板压缩强度的影响程度略有不同,分层缺陷位于层合板厚度方向中间位置时对压缩强度影响较大.     

无压浸渗制备Si3N4／Al复合材料的界面反应研究

研究Si3N4多孔预制体的表面氧化程度对无压浸渗制备Si3N4/Al复合材料界面反应以及复合材料性能的影响是复合材料优化设计的基础.不同氧化程度的Si3N4多孔预制体在相同的浸渗工艺下无压浸渗制得Si3N4/Al复合材料,利用EDS,XRD和洛氏硬度计分别测定陶瓷多孔预制体的成份,复合材料的相组成和硬度.结果表明:Si3N4/Al复合材料组成相包括Al,Si3N4,AlN以及少量的Si,Mg2Si,MgO,MgAl2O4;随着氧化程度增加,复合材料内AlN相减少,MgO含量增加,并逐渐出现MgAl2O4相;复合材料的硬度随预制体的氧化程度增加而线性下降;预制体的氧化造成Si3N4和Al之间的反应减弱是硬度下降的重要原因.     

热塑性定型剂对干铺丝-RTM工艺及力学性能影响

为了研究热塑性定型剂的添加对干铺丝-树脂传递模塑（RTM）工艺的影响，采用PA-6作为热塑性定型剂，通过T-剥离确定定型剂的质量分数，结合试验和工艺仿真，研究了定型剂对预制体面内渗透率的影响，并对其充模过程进行工艺仿真和分析，在此基础上研究了定型剂对环氧复合材料制品层间性能及韧性的影响。渗透率试验和仿真结果表明:加入定型剂后，纤维预制体的沿纤维和垂直纤维的面内渗透率分别降低了55.5%和52.0%；工艺仿真结果与试验结果一致，不同渗透长度下的注胶时间偏差均小于10%。力学性能试验结果表明:加入热塑性定型剂可显著提升环氧树脂复合材料的韧性，Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了89.3%和54.1%，冲击韧性提高了18.7%，复合材料的层间剪切强度降低了23.6%。      

反应熔渗制备Cf/C-ZrC-SiC复合材料微观结构及抗烧蚀性能

通过反应熔渗（RMI）方式，以缝合碳纤维预制体和Si-Zr合金作为反应物，制备得到C_f/C-ZrC-SiC复合材料，并利用SEM-EDS和XRD系统分析了复合材料的微观结构，可以明确SiC-ZrC陶瓷基体在材料内部分布比较均匀且致密度较高。得益于上述基体结构，C_f/C-ZrC-SiC复合材料的弯曲强度和模量分别达到323.2 MPa和46.6 GPa，表现为韧性断裂。采用氧乙炔实验进行抗烧蚀测试，在表面温度为18 00~1 900 ℃下，ZrC含量较多的C_f/C-ZrC-SiC复合材料质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.263 mg/s和2.367 μm/s，ZrC含量较少的C_f/C-SiC-ZrC复合材料分别为2.056 mg/s和5.067 μm/s，C_f/C-ZrC-SiC复合材料表现出更加优异的抗烧蚀性能。     

含分层损伤国产碳纤维CCF300与T300碳纤维复合材料层合板压缩失效模式

对含单个分层损伤国产碳纤维CCF300与T300碳纤维复合材料层合板进行压缩试验,通过对同种中等厚度含不同分层大小、不同分层位置的层合板压缩失效后的宏微形貌及超声波C扫描检测结果的分析,研究了分层大小及分层位置对于国产碳纤维及T300纤维复合材料层合板失效模式造成的影响,比较了两种纤维复合材料失效模式的异同.结果表明,预制分层在压缩过程中都发生了扩展,而分层位置是影响其压缩失效模式较为重要的因素.对于分层位置较深的层合板,其失效模式往往为首先发生分层扩展,进而子层板剪切屈曲失效.总的分析表明,国产碳纤维复合材料与T300纤维复合材料含分层损伤层合板的压缩失效模式基本相同.      

CCF300/5228A复合材料RFI成型工艺参数

采用经过改性的低成本树脂膜熔渗工艺(RFI)用5228A高温环氧树脂体系,以国产纤维CCF300碳纤维为增强材料,对改性后的RFI专用5228A环氧树脂体系的RFI工艺参数进行研究。对5228A树脂体系RFI成型的全部过程中渗透浸渍纤维和树脂固化成型两个基本工艺的树脂体系的黏温性能、浸渍压力、CCF300纤维预制体的压缩特性以及固化动力学和固化工艺参数等因素的研究表明:改性后的RFI专用5228A环氧树脂体系能够完全满足RFI工艺的要求。RFI专用CCF300/5228A碳纤维复合材料的最佳浸渍工艺为(125±3)℃,(0.1±0.02)MPa下,保温90min;树脂固化成型的最佳工艺参数为:加压至(0.5±0.02)MPa,然后升温至(190±3)℃,恒温90min。整个工艺过程中的升温速率保持在1~1.5℃/min之间。     

2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究

研究了二维碳纤维增强碳化硅基复合材料(2 D-C/SiC)在空气介质中的高温压缩强度.材料采用1K T300碳纤维平纹布经叠层和缝合制成预制体为增强体,经等温化学气相浸渗制备而成.试样表面用化学气相沉积工艺沉积SiC涂层.测试方向为垂直于炭布叠层方向,测试温度为室温,700℃,1100℃和1300℃.使用扫描电子显微镜观察了材料的断口.结果表明:室温～700℃,2D-C/SiC的压缩强度随温度升高逐渐增大,温度高于700℃后,材料的压缩强度缓慢降低.导致2D-C/SiC的压缩强度随温度变化的主要原因为纤维和基体热膨胀系数不同引起的残余应力随温度升高逐渐变小和高温下材料的氧化损伤.     

国产CCF300碳纤维及其NCF织物的性能

为牵引和推动国产碳纤维及其织物在复合材料液体成型技术中的进一步应用,对国产CCF300碳纤维表面特性、CCF300 45°/-45°和CCF300 0°/90°两种非屈曲经编织物(NCF)的编织工艺性、铺覆变形性以及NCF织物增强复合材料的力学性能进行了系统表征。研究结果表明:国产CCF300碳纤维表面物化活性较高;CCF300 0°/90°编织织物的编织工艺更稳定;NCF织物增强复合材料具有与单向织物增强复合材料相当的力学性能,同时兼具良好的结构稳定性、铺覆性和成型性,具备成为复杂形状预成型体的可行性。