凯夫拉49/环氧复合材料的老化和质量保证

本文总结了凯夫拉49/环氧复合材料使用寿命研究的主要成果,提出了材料的验收标准和制造中应遵循的一些防护措施。     

凯夫拉49复合材料缠绕孔眼的特性

用试验方法研究了凯夫拉49复合材料“缠绕孔眼”的强度。由于制作部件时绕在可拆卸销钉上的纤维是连续的,故这样形成的孔眼的强度显著超过钻削孔眼的强度。己研制成功一种模拟纤维缠绕孔眼的纤维缠绕环形试样,并用它来研究绕孔的强度。对厚度为0.04至0.25英寸和销钉直径为0.300至0.480英寸的试样均进行了试验。试验结果表明:试样极限强度明显受销钉形状、尺寸的影响。用有头销钉作试验,其承载极限应力达90000磅/英寸~2以上。基于这些试验结果的设计数据已被确认,并与采用缠绕孔眼作结构连接的小直径(2.7英寸和6.9英寸)纤维缠绕火箭发动机壳体的孔眼强度试验进行了比较。其相关程度是发动机壳体直径的函数,直径较小,则一致程度较高。     

树脂/纤维界面对凯夫拉压力容器性能的影响

本文报导了凯夫拉-49纤维缠绕的直径为5.75英寸各种压力容器的环向纤维应力特性,在这些容器制作中,分别采用了不同的环氧树脂系统,一种松粘剂预处理的纤维/环氧系统,一种环向纤维材料上不加树脂的系统以及一种未经预处理的系统。树脂系统以三类常用的环氧树脂为代表:刚性环氧树脂、半柔性环氧树脂、及橡胶增韧的粘性环氧树脂。曾通过压力容器试验温度的变化来导致纤维/基体界面的变化。由于纤维/基体的高度偶联,引起了压力容器中纤维拉伸性能的降低,其值为凯夫拉-49浸胶纱带公称拉伸强度的51-77%。本文并提出了解释这些现象的机理。     

凯夫拉—环氧树脂压力容器在室温和高温下的静态疲劳寿命

本文讨论了50台把凯夫拉-环氧树脂作为壳体基体材料的纤维压力容器的实验情况。1978年以来,在室温条件下对15台球形容器进行了连续加压实验,壳体均没有破坏。另外也叙述了目前正在进行的175℉和200℉下其它壳体试验的一些情况。实验温度高于200℉的20台容器已进行了爆破试验,通过把容器加压到室温下实际平均爆破压力的一半,然后持续置于250℉的环境中,测得球形容器使用寿命为19—31小时,圆筒容器为48—160小时。虽然目前尚不清楚静态疲劳寿命随容器的形状而明显不同的原因,然而本文对所观察到的这种特性提出了一项假设。     

石墨/环氧凯夫拉49纤维/环氧及混杂纤维复合材料的复合应力特性

为了表征纤维/环氧复合材料在复合应力作用下的力学性能,进行了一项实验研究。试样有两种:圆管和带有封头的圆筒形压力容器。它们均采用螺旋/环向(±α,90°)缠绕成型。本研究还分别对AS_4石墨纤维、凯夫拉纤维以及这两种混杂纤维/环氧迭层材料进行了试验。为了测定材料平面内力学性能,圆管试样承受了内压和超轴向载荷的作用。在与圆管试样对应的内压下,对压力容器也进行了试验,然后再做爆破试验以确定材料的极限强度。为了表征材料的时间相关特性,对试样进行了室温蠕变和回复试验。     

三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级的高性能 PRD—49—Ⅲ纤维缠绕燃烧室的研制

洛克希德导弹空间公司计划采用杜邦公司的低密度、高强度、高模量PRD——49——Ⅲ纤维,研制一种三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级所需的高性能纤维缠绕燃烧室,计划分三步进行:(1)确定材料的基本性能的特性数据;(2)用小尺寸的燃烧室试验来评定设计和制造设想;(3)用全尺寸壳体的爆破和结构试验来验证和确定设计与制造技术。本文提供了材料的基本性能以及小尺寸和全尺寸壳体的数据,数据证实了PRD—49—Ⅲ纤维燃烧室要比S—901玻璃纤维燃烧室轻35%,且复合材料的环向模量增加70%。     

高硅氧/酚醛复合材料老化活化能的快速测定方法

利用原位红外对模压、涂胶和缠绕工艺制备的三种高硅氧/酚醛复合材料样品在热氧老化和湿热老化两种条件进行老化活化能快速测定。该方法在每次仅4 h的测试周期内即可检测到10^-5 mol/L数量级的痕量CO₂。每种样品无论在热氧老化还是湿热老化的条件下,CO₂的生成均服从Arrhenius方程。干热老化条件下,模压、涂胶和缠绕工艺制备的三种样品的老化活化能依次为51.52、44.58、60.66 kJ/mol;湿热条件下,三种样品的老化活化能依次为72.89、54.26、61.02 kJ/mol,湿度会显著提高模压、涂胶样品的温度敏感性,而对缠绕样品没有显著影响。密度泛函计算表明,CO₂的生成与酚醛树脂网络结构的老化呈伴生关系。该方法能够实现对高硅氧/酚醛复合材料老化性能变化的快速评价。     

热氧老化对炭纤维/双马树脂复合材料力学性能的影响

通过对炭纤维增强复合材料进行150℃和210℃下的高温老化试验,分析了该复合材料在不同老化温度下的失重率、层间剪切性能、动态力学性能和红外光谱图等。结果表明,老化初期该复合材料的质量损失很快,层间剪切强度有所提高;随着老化时间的增加,老化温度为150℃下的老化失重率逐渐趋于平稳,层间剪切强度先下降、后略微增加,该温度下只发生物理老化;老化温度为210℃下的老化失重率仍缓慢增加,在该温度下,既发生物理老化,又有化学老化,树脂基体被氧化降解,导致基体和界面性能退化,使其层间剪切强度连续下降。     

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。     

碳/环氧复合材料的剪切性能测试方法

单向碳/环氧复合材料的平面和层间剪切性能有几种不同的测试方法。文章讨论了各种剪切测试方法的优缺点、适用性和可靠性,并分析比较了不同方法测试数据的精确度。文中还介绍了试样在测试过程中出现的剪切耦合现象。     

碳/环氧复合材料电池壁板的研制

航天器用电池壁板是由碳 /环氧复合材料制成的。文章介绍了其结构特征及研制过程中的技术问题 ,同时叙述了模具方面的有关内容     

碳/环氧复合材料支承筒的研制

根据卫星天线系统的主要构件之一——碳/环氧复合材料支承筒的研究概况,着重阐述选材和材料特性试验、铺层设计、成型工艺研究及制品的性能试验等。研制成功的碳/环氧复合材料支承筒通过一系列的地面环模试验,取得比较满意的结果。     

热氧老化对芳纶Ⅲ纤维结构与性能的影响

采用高温干燥箱在230、250、275、300℃下制备了不同老化状态的芳纶Ⅲ样品,并对老化试样进行了单丝拉伸测试及相应的结构分析.结果表明,在实验温度范围内,芳纶Ⅲ的强度保留率随热氧老化时间的延长和温度的升高而降低;TG和IR分析表明,芳纶Ⅲ的化学结构未随热氧老化处理而发生明显改变;通过X射线衍射分析,发现纤维聚集态结构随温度升高发生重排;SEM测试表明,经过热氧老化纤维的断裂方式从劈裂断裂变成了脆性断裂;最后,结合纤维聚集态结构模型,解释了老化前后纤维力学性能下降的原因及原纤劈裂到脆性断裂的机理.     

单向M40/环氧648复合材料层板的破坏模式分析

M4 0 /环氧 6 48复合材料是目前应用于卫星结构的主要材料之一 ,根据工程应用实际需要 ,对单向层板性能进行了有关力学性能实验且还对其破坏模式进行了初步分析。     

碳/环氧复合材料薄壁细长管件的研制与试验

文章简要介绍了碳/环氧复合材料薄壁细长管件的研制情况,着重介绍了工艺方案选定、选材和材料特性试验、成型工艺及解决主要技术难点等内容。制品经地面环模和飞行试验考验,取得了满意效果。     

碳/环氧复合材料层板基体裂纹的检测与分析

本工作从实验和计算两方面测算碳/环氧复合村料在拉伸载荷下,[0/90]s、[±45]_(s),]11=11]碳布三种层板基体裂纹发生的形式和应变水平,以期能预测不同裂纹产生的载荷门槛值。结果表明:采用声发射技术跟踪配合显微观测碳/环氧层板初始损伤(基体裂纹、脱层等)的应力水平,并采用能量判据有限无计算裂纹扩展的临界应变能释放率,计算和实验结果比较,符合较好。     

树脂含量对芳纶纤维/环氧复合材料性能的影响

研究了树脂含量对芳纶纤维／环氧复合材料的性能的影响,主要是浸胶纤维强度,压力容器中纤维强度的发挥系数,容器特性系数pV/Wc。给出了按混合定律计算复合材料强度的修正系数,提出了对容器进行表面处理以改善其内外层含胶量的均匀度,并进行了实验,实验证明,容器内外层树脂含量分布更为均匀,容器的性能得到提高。     

碳/环氧复合材料层板热压罐固化过程中气孔和厚度的控制

文中介绍了一种能在碳/环氧复合材料层板热压罐固化过程中控制气孔和厚度的新方法。这是一种反馈控制法,它利用固化过程中的联机模型,通过调整固化周期达到控制产品质量的目的。其中与质量有关的变量包括产品层板的厚度和层板中出现气孔的最大尺寸。利用仿真神经网络(ANN)回归原有的操作数据,产生非线性模型来预测产品的质量。该方法特点是计入了原材料预浸料性能,并在固化过程中采取了二次测量。     

水分对碳—环氧复合材料Ⅱ型分层韧性的影响

通过研究不同湿热条件下Ｔ３００／９１４Ｃ和Ｔ３００／Ｍ１０两种复合材料的玻璃化转变温度、层间剪切强度和分层断口形貌，分析了水分影响复合材料Ⅱ型分层韧性机理。     

影响模压成型碳/环氧复合材料制件性能的因素分析

文章简述了碳/环氧复合材料模压成型工艺特性,从模压成型模具基本要求、模压成型温度、压力和保温时间等工艺参数对制件性能的影响作了较为详细分析。文中还提出将复合材料基础理论分析应用于生产过程中,对有效控制制件工艺状态稳定及其性能具有一定的现实意义。