三种Ｔ７００ 级碳纤维及其复合材料性能比较

对ＭＴ７００、Ｔ７００－Ａ 及Ｔ７００－Ｂ 三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒

轴压稳定性进行逐级对比研究ꎮ 结果表明:ＭＴ７００ 碳纤维拉伸性能达到同级别进口碳纤维水平且具有高模量

特征ꎻＭＴ７００ 碳纤维表面均布沟槽的结构特点使得ＭＴ７００/６０３ 复合材料体系表现出良好的界面性能和拉伸－

压缩匹配性ꎬ单向板压缩强度、层剪强度及弯曲强度均明显高于Ｔ７００－Ａ/６０３ 和Ｔ７００－Ｂ/６０３ꎻＭＴ７００/６０３ 网格

加筋圆筒轴压破坏强度及模量分别达到８７０ ｋＮ 和１０８.２ ＧＰａꎬ相比于Ｔ７００－Ｂ/６０３ 分别提高１１.５％和３３.１％ꎮ

ＭＴ７００ 碳纤维更适用于制备航天领域结构复杂承力构件ꎮ

     

国产T700级碳纤维表面特性对BMI复合材料湿热性能的影响

分别采用SEM、AFM、XPS和TGA对两种国产T700碳纤维和国外东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面化学特性以及碳纤维上浆剂耐热性进行了表征,通过纤维性能转化率的计算,考查了T700碳纤维/双马复合材料的界面粘结性能,并通过T700碳纤维/双马复合材料湿热条件处理前后的0o拉伸强度和层间剪切强度测试对复合材料的耐湿热性能进行了表征。研究发现T700碳纤维的表面粗糙度和活性官能团含量等表面特性对双马复合材料的界面粘结性能具有显著影响,进而在一定程度上影响着双马复合材料的耐湿热性能。研究结果表明:国产T700碳纤维/双马树脂复合材料的耐湿热性优于国外同类T700碳纤维双马复合材料。     

国产T700级碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能

采用扫描电子显微镜(SEM)、反气相色谱(IGC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对国产T700级碳纤维和东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面能和表面化学特性进行表征,测试两种碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能,考察国产碳纤维复合材料的界面黏结性能、韧性和湿热性能。结果表明:碳纤维表面特性(表面形貌、表面能和表面化学组成等)对复合材料界面黏结性能具有显著影响;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料在室温下的界面黏结性能优于T700S/QY9611复合材料;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料的韧性优异,冲击后压缩强度达到了国外先进复合材料IM7/5250-4的水平;经湿热处理后的层间剪切强度仍与T700S/QY9611复合材料相当,说明国产T700级碳纤维/QY9611复合材料具备良好的湿热性能。     

国产CCF700-12K碳纤维及其复合材料的性能研究

文摘以某重要型号产品高强碳纤维材料国产化为研究背景,开展了CCF700-12K碳纤维及其复合材料力学性能、耐空间环境性能以及热性能研究。结果表明,国产CCF700-12K碳纤维拉伸强度为4 706 MPa,拉伸模量为268 GPa;CCF700-12K/F46复合材料单向板拉伸强度为1 958.8 MPa,拉伸模量为144.79 GPa;CCF700-12K碳纤维的力学性能优异,工艺性能稳定,能够满足复合材料结构工程应用要求。     

基于碳纤维复合材料的低温贮箱支撑杆设计与仿真

针对碳纤维复合材料在运载火箭低温贮箱支撑杆中的应用问题,基于碳纤维复合材料单向板力学性能测试结果,对低温贮箱支撑杆的材料和铺层进行了设计,并通过静力学仿真分析对设计方案进行了验证,结果表明:在298 K和77 K温度下,T800单向板的力学性能均优于T700单向板,更适于制造低温贮箱支撑杆;以9°为主角度铺设72层T800增强纤维的低温贮箱支撑杆,其298 K和77 K温度下的拉伸强度和压缩强度可以很好地满足运载火箭低温贮箱支撑杆的设计强度要求。     

PBO-C/ E 复合材料的界面及压力容器性能

研究了PBO纤维与T700碳纤维混杂复合材料的界面性能和压力容器性能。采用层间剪切强度测试和吸水率测试研究了不同混杂比对混杂复合材料界面粘接性能和吸水性能的影响。研制了PBO纤维与T700碳纤维混杂复合材料Ф150 mm压力容器,对容器的水压爆破性能和轴压承载性能进行了测试。结果表明:混杂复合材料的层间剪切强度随着混杂比增大逐渐升高,当T700碳纤维含量较低时,混杂复合材料界面粘接性能提高并不明显;混杂复合材料的吸水率介于PBO纤维和T700碳纤维复合材料之间,近似符合"混合定律",界面数对混杂复合材料吸水性影响较大;混杂复合材料Ф150 mm容器的PV/W随着混杂比增大逐渐降低,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料容器的轴压承载性能提高31%。     

Cf / E-TiO2 复合材料的制备与性能

采用复合分散工艺将纳米TiO_2均匀分散于环氧树脂中,制备了环氧-纳米TiO_2树脂浇铸体,并采用湿法缠绕工艺制备了T700碳纤维增强环氧复合材料(C_f/E)以及T700碳纤维增强环氧-纳米TiO_2(C_f/ETiO_2)复合材料NOL环与Φ150 mm容器,研究了纳米TiO_2对环氧树脂浇铸体、复合材料NOL环和Φ150 mm容器性能的影响。结果表明,纳米TiO_2的加入对环氧基体和C_f/E复合材料均有不同程度的增强、增韧效果,其中环氧基体的拉伸强度提高了9.2%,弯曲强度提高了9.8%,冲击强度提高了52.9%;C_f/E-TiO_2复合材料NOL环层剪强度达到87.7 MPa,提高了22.3%;Φ150 mm容器特性系数达到43.4 km,纤维强度发挥率达到94.3%,分别提高了9.9%和3.3%。     

T700级碳纤维/QY9611双马树脂复合材料界面性能研究

采用SEM和AFM对国产T700级碳纤维和东丽T700S碳纤维的表面形貌进行了表征,利用热熔法预浸料制备了T700级碳纤维/QY9611复合材料,并考察了复合材料的界面性能。研究结果表明,碳纤维的形貌对复合材料界面性能有显著影响,国产T700级碳纤维/QY9611复合材料的室温界面性能优于T700S/QY9611复合材料,且湿热处理后的界面结合强度仍高于T700S/QY9611复合材料,说明国产碳纤维T700级碳纤维/QY9611复合材料已具备良好的耐湿热性能。     

湿热环境对T700/5428中心孔板静强度影响的试验研究

研究了湿热环境对碳纤维/树脂复合材料静力拉伸和压缩性能的影响.对T700/5428体系的复合材料中心开孔试件进行了常温、吸湿后常温、吸湿后75℃、吸湿后105℃环境下的静力拉伸和压缩试验.     

短切碳纤维增强聚酰亚胺复合材料性能

以短切T700(C–T700)碳纤维为增强材料,HT–350RTM聚酰亚胺为树脂基体,采用模压成型工艺制备了短切碳纤维增强热固性聚酰亚胺复合材料(C–T700/HT–350RTM),研究了短切纤维体积分数对短切纤维聚酰亚胺复合材料线膨胀系数和力学性能的影响规律。结果表明,短切纤维聚酰亚胺复合材料的线膨胀系数随着短切纤维体积分数的增加而降低,拉伸、压缩、弯曲模量均随着短切纤维体积分数的提高而增加,而拉伸强度和弯曲强度先增加后降低,压缩强度则呈现随纤维体积分数缓慢增加的趋势。     

碳纤维复合材料压缩性能的研究

本文研究了由三种力学性能不同的基体制备的单向碳纤维复合材料的压缩性能及破坏特征,探讨了基体性能对碳纤维复合材料压缩性能的影响。结果表明,复合材料的纵向压缩强度是基体压缩模量、泊松此和拉伸比例极限应变的函数。当纤维体积含量、基体压缩模量和泊松比变化不大时,其纵向压缩强度随基体拉伸比例极限应变的提高而提高;复合材料的横向压缩强度大于基体的压缩强度;当基体的模量降低和韧性增加时,复合材料的横向压缩破坏的破断角增大,横向压缩强度有所降低。     

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。     

不同针刺预制体结构对C/ C 复合材料力学性能的影响

在斜纹碳布/碳纤维网胎、无纬布正交/碳纤维网胎针刺圆筒预制体的基础上,通过在其结构中增加角度缠绕连续纤维,设计和研制了新型结构针刺预制体,并对比研究了不同针刺预制体结构对圆筒C/C复合材料力学性能的影响.结果表明,无纬布正交铺层针刺C/C复合材料的层剪、轴向拉伸强度都高于斜纹碳布增强针刺C/C材料,其中轴向拉伸强度达到157.0 MPa,提高了83.0％;其层剪、轴向拉伸强度均有所提高,其最大分别可达到11.68和179.0 MPa,分别提高了22.6％和14％.     

缝合复合材料T型加强板强度仿真研究

为提高复合材料筋条与蒙皮的连接界面强度,局部缝合技术是一种有效的方法。分别对无损伤缝合加筋板和含冲击损伤缝合加筋板采用内聚力模型模拟界面层、粘接元模拟缝合进行有限元建模（FEM）计算分析,并与轴压试验结果进行对比。两组试验结果与有限元计算分析结果偏差均不大于8.5%,表明采用有限元模拟界面层和缝线的方法是可行的;试验结果和有限元计算结果显示,当蒙皮与筋条尚未发生剥离的情况下,缝合对复合材料加筋板的压缩承载能力影响不显著。     

低速冲击损伤对复材加筋板压缩性能的影响

对无损伤及含低速冲击损伤的复合材料加筋板进行了压缩试验,分别采用数字图像相关方法（DIC）、电测法对加筋板屈曲后屈曲行为进行了实时测量。试验结果表明：冲击损伤对屈曲载荷、屈曲模态影响不明显,对破坏载荷及破坏模式影响较大;相比于完好加筋板,含冲击损伤加筋板蒙皮纤维损伤沿着横向扩展,导致结构提前破坏,强度降幅达30%。随后,采用软化夹杂法对冲击损伤进行了等效简化,并基于改进的Tsai-Wu准则、二次应力准则建立了复合材料加筋板渐进损伤有限元分析模型,分别对完好及含冲击损伤加筋板压缩后屈曲失效过程进行了模拟。与试验结果相比,预测的屈曲载荷误差小于1%,破坏载荷误差小于6%,屈曲模态、失效过程及破坏模式均与试验结果一致。最后,基于有限元分析方法讨论了蒙皮上冲击损伤位置对加筋板压缩性能的影响,分析得出：冲击损伤位置对屈曲载荷、屈曲模态影响较小,对破坏载荷和破坏模式影响较大,特别是当冲击损伤位于长桁帽底蒙皮波谷时引起的强度降幅最为显著。     

单向C/C复合材料高温氧化环境力学性能试验

为研究高温氧化环境单向C/C复合材料力学特性,对C/C复合材料单向板开展了700 ℃和900 ℃的氧化试验以及室温、700 ℃和900 ℃的拉伸试验。结果表明:无涂层单向C/C复合材料在相同温度下,失重率随着氧化时间的增加而增大,在相同氧化时间内,温度越高,氧化失重率越大;无涂层单向C/C复合材料在700 ℃氧化4 h后失重率为83.78%,有涂层单向C/C复合材料700 ℃氧化4 h后的氧化失重率为1.17%;有涂层单向C/C复合材料在700 ℃的力学性能高于室温,室温和700 ℃的应力应变曲线均呈线性;氧化后的试验件的应力/应变曲线呈明显非线性;相同温度下,材料的力学性能随着氧化时间的增加而降低;相同时间内,温度越高,材料的拉伸强度退化的越剧烈。建立了一种考虑氧化速率的C/C复合材料高温氧化环境力学性能退化模型,拟合得到了无涂层单向C/C复合材料700 ℃和900 ℃拉伸强度随氧化时间的变化曲线,并外推计算得到了无氧化时的单向C/C复合材料700 ℃的拉伸强度,得到了良好的预测效果。      

碳纤维的冷等离子体连续表面接枝工艺及其复合材料性能的研究

采用冷等离子体对碳纤维(CF)表面进行连续接枝处理。研究了碳纤维连续接枝工艺条件及其 CF/PMR-15复合材料的力学性能。合适的接枝单体及合适的接枝条件可使 CF/PMR-15复合材料的层间剪切强度较未处理的提高171.4%,拉伸强度及拉伸模量分别提高39.9%和11.3%。本文还对碳纤维的表面形貌及其复合材料的断裂特征进行了研究。     

大载荷缠绕杆件的拉伸和压缩性能

采用缠绕成型的方法制备了碳纤维/环氧树脂复合材料杆件,对杆件进行了拉伸、压缩试验,并且对缠绕用原材料的性能进行测试。结果表明:缠绕原材料的拉伸及层剪性能优异,缠绕成型的复合材料杆件力学性能较高,压缩与拉伸强度分别大于400与240 MPa,杆件端头是应力集中区域,端头的设计连接以及复合材料的层间性能是影响复合材料杆件拉伸、压缩性能的重要因素。     

三种增强复合材料层合板抗屈曲优化分析

基于单向轴压、压剪复合以及纯剪三种栽荷形式,对各向同性均质板进行拓扑优化分析,得到了相应的传力路径,即对应载荷条件下的材料分布;针对三种增强复合材料层合板:常规夹芯板、单向加筋板和非常规网格加筋板,运用MSC.Nastran语言,编写抗屈曲优化代码,采用大量有限元优化算例,求解了上述增强复合材料层合板在给定载荷条件下最优的抗屈曲结构效率,对比分析得出四种载荷形式下的最优增强形式,为飞机壁板类结构选型设计提供参考.     

T700/3234 管件力学性能

采用压机压制工艺方法研制了T700/3234 管件,对其进行了拉伸、压缩和弯曲试验。结果表明,

T700/3234 管件胶接长度对于拉伸试验结果影响较大,安装记忆合金环有助于提高管件的抗拉伸性能,有记忆

合金环试样可承受的最大拉伸载荷较无记忆合金环试样提高10. 1%;压缩性能试验单独管件与不加记忆合金

的金属胶接后的管件对于压缩试验结果影响不大,记忆合金环有助于提高管件的抗压缩性能,有记忆合金环试

样可承受的最大压缩载荷、压缩强度较无记忆合金环试样提高10. 0% 以上,但压缩模量较无记忆合金环试样

无变化;有记忆合金环试样可承受的最大弯曲载荷可达20. 433 kN,较无记忆合金环试样提高5. 5%;为高性能

碳纤维复合材料管件设计提供了依据。