真空成型与热压罐成型复合材料的性能对比

针对一种碳纤维单向预浸料ZT7G/LT-03A及碳纤维平纹织物预浸料ZT7G3198P/LT-03A,采用热压罐成型工艺和真空成型工艺各制备了3批次复合材料,测试预浸料的物理性能以及复合材料层合板的力学性能,通过对两种制备工艺得到的复合材料力学性能、纤维体积含量及孔隙率的对比分析发现,该体系真空成型复合材料性能的保持率均在75%以上,有的甚至超过100%。对于碳纤维单向预浸料来说,层间剪切的保持率最低,0°拉伸强度的保持率最高;对于织物复合材料来说,0°压缩强度的保持率最低,0°拉伸的保持率最高。同时真空成型复合材料纤维体积含量较低,孔隙率较高,是影响其性能的主要原因。     

T700/PEEK热塑性自动铺放预浸纱制备质量控制及性能研究

为满足高性能热塑性复合材料自动铺丝（AFP）成型工艺的原材料需求,研究了粉末悬浮法浸渍制备T700/PEEK预浸纱关键工艺参数及预浸料性能,分析聚醚醚酮PEEK浸渍连续碳纤维过程中不同工艺参数（悬浊液浓度、超声功率、张力、牵引速率、浸渍温度、辊压温度及压辊间隙）对预浸纱质量的影响规律,利用扫描电子显微镜（SEM）观察T700/PEEK预浸纱内部孔隙率及界面结合状态,将粉末悬浮法制备的T700/PEEK预浸纱模压制备了热塑性复合材料单向层合板试样,并测试了其热塑性复合材料层间剪切强度和拉伸强度。研究结果表明：预浸纱含胶量与粉末悬浮液浓度变化线性正相关,且随超声功率的增大而升高;浸渍过程中伴随温度的升高以及牵引速率的减小,预浸纱宽度变小、孔隙率降低,随着张力的增大,预浸纱宽度增大、孔隙率降低;辊压成型过程中随着温度的提高以及压辊间隙的减小,预浸纱宽度增大、孔隙率降低。综合考虑各工艺参数的影响规律,获得优化的热塑性预浸纱制备工艺参数：浸渍温度为360~370℃,辊压温度为330℃,压辊间隙为0.1 mm,牵引速率为15~20 mm/s,张力为7 N。扫描电镜结果显示树脂与纤维界面结合紧密,复合材料的孔隙率可降低至1.8%,复合材料层间剪切强度为73.43 MPa,纵向拉伸强度达1.71 GPa。     

贫胶预浸料-RTM成型工艺及其复合材料力学性能研究

针对RTM成型工艺中的定型、预制问题,提出了一种新型的贫胶预浸料-RTM成型工艺。采用湿法预浸工艺制备了贫胶预浸料及正常胶含量的预浸料,对比了贫胶预浸料-RTM工艺成型的复合材料及预浸料模压工艺成型的复合材料的力学性能。实验结果表明,RTM工艺过程中,树脂的流动充模过程可以有效排除附着于贫胶预浸料中的气体,减少孔隙等缺陷出现的概率,复合材料的内部质量能够得到有效地保证。同时,力学性能测试表明,贫胶预浸料-RTM工艺成型的复合材料的层间剪切性能及冲击后压缩性能优于预浸料模压工艺成型的复合材料。     

OoA成型T800/607复合材料制备及性能

采用非等温DSC对非热压罐(OoA)成型环氧树脂基体607进行了固化动力学研究,确定了树脂的固化动力学方程。制备了T800/607热熔预浸料和复合材料单向板,并比较了热压罐和OoA成型工艺下T800/607复合材料的性能。结果表明:该类预浸料室温储存期大于30 d,OoA成型质量优异,复合材料孔隙率远低于1%。OoA成型复合材料的弯曲强度为1 480 MPa,层剪强度为96.7 MPa,与在热压罐条件下固化的复合材料性能相当。     

非热压罐成型低孔隙率复合材料技术研究进展

介绍了非热压罐成型(OOA)低孔隙率复合材料技术的研究进展,详细阐述了OOA预浸料、OOA树脂再到OOA预浸料增强材料等对复合材料孔隙的影响,分析了OOA预浸料固化过程中影响孔隙的典型物理现象,以及各种制造工艺条件和参数等对孔隙率的影响,并提出了控制OOA复合材料孔隙率的方法和建议。     

薄壁曲面复合材料层合板成型工艺参数与形面精度影响规律

为了得到高形面精度复合材料层合板适用的成型工艺控制方法，本文针对典型的Φ500 mm直径曲面球冠结构复合材料层合板，设计了6组不同工艺参数的成型对比实验，分析出边缘效应、铺放方式、固化温度等参数对层合板固化变形量的影响规律。研究表明，增加碳纤维模量和降低预浸料单层厚度可提高层合板形面精度；层合板铺放尺寸超过直径的5%可降低边缘效应的影响；自动铺丝技术铺放质量一致性高，手工铺层可以制造出高形面精度的层合板，但相对发生概率低；降低层合板固化温度和降温速率能够有效地提高层合板的形面精度。实验结论对复合材料高精度成型具有一定的指导意义。     

嵌入式中温共固化复合材料阻尼结构制作工艺及层间结合性能

嵌入式共固化复合材料阻尼结构层间易脱层问题的解决对这种新型阻尼结构的应用来说至关重要.本文根据中温固化玻璃纤维/环氧树脂复合材料固化工艺参数,提出用正交实验法研究嵌入复合材料层中的粘弹性阻尼薄膜的组分,探索用刷涂工艺在预浸料表面刷涂不同厚度的阻尼薄膜,然后利用固化工艺制作嵌入式共固化复合材料试件,最后通过阻尼层剪切实验,获得阻尼薄膜厚度与层间最大剪切应力的变化曲线.失效界面分析说明刷涂工艺制成的阻尼薄膜与玻璃纤维/环氧树脂预浸料共固化反应后在层间形成互穿网络结构(IPN)和物理融合,这使得嵌入式共固化复合材料具有更好的层间结合性能.     

碳纤维环氧预浸料前热处理及储放老化对复材力学性能的影响

基于DSC测试数据,采用非模型拟合动力学方法 Flynn-Wall-Ozawa(FWO)对碳纤维环氧预浸料的固化过程进行研究,并将试验结果与模型预测进行对比。结果表明,采用FWO法能很好地预测预浸料的固化行为。同时,结合热隔膜成型工艺特点,将预浸料分别置于80℃和室温中进行分段处理,将经不同预处理的预浸料采用相同的固化工艺制作成复合材料板并进行力学测试。结果显示,随着80℃预加热时间的延长,层合板剪切强度逐渐降低,试样厚度增加,弯曲模量略微低,弯曲强度出现小幅度波动。室温老化结果表明,随着老化时间的延长,层合板的层间剪切性能和弯曲性能都存在小的波动,但无明显规律。     

民机内饰用阻燃环氧树脂及复合材料性能研究

合成一种无卤阻燃环氧树脂，并采用热熔法预浸工艺制备出玻璃纤维织物增强环氧树脂预浸料。通过DSC、流变仪等手段对树脂性能进行表征分析。将树脂与玻璃纤维织物进行复合制备预浸料并通过热压罐成型工艺制备复合材料，对复合材料的力学性能和阻燃性能进行表征分析。结果表明：该无卤阻燃环氧树脂及预浸料具有良好的工艺加工性，用其制备的复合材料试验件具有良好的力学性能和阻燃性能，垂直燃烧/水平燃烧、热释放速率、烟密度、烟毒性各项性能均可满足CCAR等适航标准的要求。     

复合材料长桁机械成型工艺

复合材料自动化成型技术在提高复合材料生产效率、降低复合材料制造成本等方面都具有明显优势,为了改进传统生产效率低、质量稳定性差的缺点,利用设计的长桁机械成型设备制备预成型制件,研究了预成型速率以及预成型温度等工艺参数对于成型制件质量的影响,通过尺寸测量、金相分析等方法表征制件拐角厚度、纤维体积分数、孔隙率、纤维偏转变形等参数。结果表明:97℃预成型温度、1~3 mm/min预成型速率、[90°/45°/0°/-45°]2s铺层方式、2. 99 mm成型间距是较优的成型工艺参数,采用此工艺参数制造的制件厚度均匀、孔隙缺陷少、纤维偏转变形小、质量良好,在铺层表面添加聚四氟乙烯布保护层可以有效改善45°方向铺层出现的纤维偏转变形问题。     

新型液体成型技术在民机副翼结构的应用研究

基于传统VARI工艺开发了一种可以满足航空复合材料构件大规模生产需求的新型低成本液体成型技术。采用了多种工艺措施确保注胶口和出胶口处树脂压力和树脂流动控制,对比试验表明,采用新型液体成型技术所制备的复合材料层合板厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料层合板的水平。采用新型液体成型技术所研制的民机副翼结构件具有良好的外形和内部质量,可以满足航空复合材料结构的应用需求。     

复合材料气囊成型工艺的质量缺陷研究

重点论述了气囊成型较大尺寸的复合材料制件时容易产生孔隙或气泡等工艺质量缺陷的原因,指出气囊的柔性不利于树脂的流动和气泡的排出.试验结果表明,尽可能地排出预浸料吸收的水分、低沸点溶剂及预浸料铺叠过程中夹裹的气体,进而减少固化时气泡的成核与长大,是解决气泡和孔隙等工艺质量缺陷的关键.     

一种混合织物增强复合材料的性能

使用碳纤维平纹布、玻璃纤维平纹布/环氧树脂预浸料制备了一种混合织物增强复合材料,并对其拉伸、弯曲、层间剪切性能以及导电性能进行了测试表征。结果表明,在-50~200℃,制备的混合织物增强复合材料的拉伸、弯曲强度相对纯玻璃纤维布增强复合材料下降,拉伸、弯曲模量均提高,两种复合材料的层剪强度保持不变;此外,碳纤维布预浸料的加入,降低了复合材料的密度,增加了导电性能,拓宽了玻璃布增强复合材料的应用范围。     

新型复合材料π 型接头弯曲性能

针对传统复合材料π型接头层间性能薄弱的问题,提出一种新型复合材料π型接头结构,并通过预浸料-RTM成型方法制备出具有不同底板厚度的复合材料接头。对复合材料π型接头与同尺寸的铝合金接头进行了弯曲试验,试验结果表明,底板厚度为6 mm复合材料接头弯曲强度优于铝合金接头、弯曲刚度与铝合金接头相当,而底板厚度为8 mm的复合材料接头弯曲强度逊于铝合金接头、弯曲刚度与铝合金接头相当。     

缝纫增强复合材料冲击损伤与冲击后压缩破坏研究

采用缝纫工艺对基于预浸料辅层的复合材料进行厚度方向增强，用落球法进行了冲击损伤和冲击后压缩破坏实验。结果表明，增强缝纫线强度和缝纫密度均能减少冲击损伤面积；提高缝纫密度能显著提高部冲击后压缩强度，但缝纫线强度对冲击后压缩强度没有明显影响。并对实验结果进行了分析。     

碳纤维单轴向缝编织物及其复合材料性能影响研究

以碳纤维单轴向缝编织物为研究对象,开展了树脂体系及其复合工艺、织物结构参数和碳纤维种类对碳纤维单轴向缝编织物使用工艺性及其复合材料主要力学性能的影响研究。结果表明:经向碳纤维和衬纬材料的种类及其面密度等结构参数对织物弯曲硬挺度和织物单向渗透率的影响规律基本相似;无论是碳纤维缝编织物单向渗透率还是复合材料的主要力学强度,真空吸附工艺中,基于TDE-85环氧树脂的自制6#环氧树脂体系均明显优于市售用基于双酚A环氧树脂的环氧树脂体系;采用610A树脂预浸料工艺、或经向碳纤维的适当展纱、或干喷湿法纺丝技术制备的碳纤维,均有利于进一步提高碳纤维单轴向缝编织物复合材料的主要力学性能。这为碳纤维缝编织物结构设计、主要原材料选择、制备工艺、配套树脂体系及其复合工艺等选择优化提供一些参考,为碳纤维缝编织物、尤其是为国产碳纤维缝编织物的制备和推广应用奠定了良好基础。     

面向航空结构的高性能VARI复合材料技术

树脂基复合材料因其具有比强度高、比刚度大和可设计性好等优点已成为航空航天等领域广泛采用的最主要的结构材料之一.但随着用量的不断增加,传统树脂基复合材料自身的弱点也不断暴露出来,突出表现在传统树脂基复合材料的制造成本较高,这主要是由于传统复合材料大多采用预浸料/热压罐成型,预浸料的制备和低温储藏、繁杂工艺过程以及价格昂贵的热压罐等设备投资势必造成复合材料的高成本,这在一定程度上又限制了复合材料用量的进一步扩大.     

低温共固化高阻尼复合材料

在低温下实现了嵌入式阻尼复合材料的共固化，且共固化层合板具有良好的层间结合性能。通过正交试验研制出一种能够与玻璃纤维/酚醛树脂预浸料在80℃时共固化且力学性能优良的黏弹性材料组分。探索使用强极性的四氢呋喃作为溶剂将黏弹性阻尼材料溶解为阻尼胶浆，然后用刷涂工艺制作带阻尼薄膜的预浸料，最终按照预定的铺层经过共固化工艺制备出嵌入式低温共固化复合材料试件。自由衰减试验及层间剪切试验获得了阻尼性能及剪切性能随阻尼层厚度的变化规律曲线，实验数据表明：随着阻尼层厚度增大，复合材料结构的阻尼系数变大，层间剪切应力逐渐减小。     

610 阻燃环氧树脂及复合材料性能研究

采用热熔法预浸工艺制备出一种玻璃纤维增强环氧树脂预浸料。通过DSC、动态黏度及TG对树脂的反应性和储存性及阻燃机理进行分析;同时采用热压罐成型工艺制备复合材料并对力学性能和阻燃性能进行评价。结果表明:树脂的起始反应温度为129℃,室温下储存期大于30 d,预浸料具有较好的铺覆性,复合材料具有良好的力学性能及优异的阻燃性能。     

胶接修复工艺的复合材料外涵机匣强度分析

航空发动机结构复材化是发动机减轻质量的主要途径。针对复合材料外涵机匣服役后的损伤特点，选用胶接修复工艺进行机匣修补。研究了不同胶接修复方法的修复效果和适用范围。基于三维渐进损伤方法，使用Abaqus软件建立了复合材料外涵机匣典型件胶接修复模型，对机匣危险区域损伤孔边和翻边处模拟了复合材料损伤的产生和演化，预测了使用填胶修复和预浸料修复的典型件模型静拉伸强度和实际机匣模型的静压缩强度。结果表明：损伤深度不超过厚度的10%时采用填胶修复以恢复气动外形，损伤深于厚度的10%至贯穿时预浸料修复能同时恢复机匣的强度和刚度。