固化压力对炭纤维复合材料层压板的孔隙和力学性能的影响

孔隙的存在是炭纤维复合材料层压板加工过程中不可避免的缺陷,并且会对炭纤维复合材料结构的性能产生很大的损害.针对[(±45°)/(0,90°)_2/ (±45°)]_S炭纤维复合材料层压板,详细分析了层压板内孔隙的尺寸、形状及分布特征.通过施加不同的固化压力制备了不同孔隙率含量的试件.采用显微图像分析技术和性能测试对炭纤维复合材料层压板内孔隙的形态及其对炭纤维复合材料层压板力学性能的影响进行了研究,采用图像分析软件对孔隙的形状和尺寸进行了定量的表征.结果表明,对于铺层为[(±45°)/(0,90°)_2/ (±45°)]_S层压板,孔隙主要分布于层间,且都沿着平行于铺层的方向发展.随着固化压力的减小,孔隙率增大、层间剪切强度和压缩强度下降.     

复合材料孔板在湿热环境下的力学性能研究

研究了湿热环境对中心开孔复合材料层压板力学性能的影响.通过试验测定了室温和湿热环境下铺层为[45/45/90/0]s的玻璃纤维(MXB7701/7781)复合材料层压孔板的极限压缩破坏载荷及破坏应力,并对试验结果进行了数理统计处理分析；探讨了湿热环境对复合材料孔板强度及压缩设计许用值的影响.结果表明,湿热会降低由基底性...     

基于共享铺层融合技术复合材料层压板铺层顺序优化设计

基于丢层结构复合材料层压板的处理技术——共享铺层融合技术和遗传算法,提出了一种新的复合材料层压板铺层顺序优化方法。首先,针对复合材料层压板力学特性,探讨了基于层压板刚度的优化设计原理;然后,介绍了适用于工程结构优化设计的共享铺层融合技术,并将其与遗传算法相结合,在保证层压板面内刚度和弯曲刚度的前提下,提出了含丢层复合材料层压板铺层顺序优化设计方法;最后,通过实例验证了该方法在含丢层复合材料优化设计中的有效性。     

采用混杂复合材料的止裂设计及其剩余强度分析

本文用理论分析和试验研究证实了混杂复合材料构成的软化带可用以控制碳/环层板中的裂纹扩展,以较小的重量代价,提高其剩余强度。文章还分析了裂纹尺寸和软化带的材料、参数对碳/环层压板的损伤容限特性的影响。     

剪切载荷作用下碳/环复合材料层压板的损伤扩展特性

本文对含中心穿透裂纹的碳/环复合材料层压板在剪切载荷作用下的损伤扩展规律进行了研究。通过对以[±45/O_6]_s、[(±45)_3/O_2]_s、[O/±45/O]_s和[90/±45/90]_s四种层压板为主的多种层压板进行试验研究和理论计算,对工程上常用的以O°、±45°、90°三种铺层构成的各种π/4层压板在含裂纹时的板内应力分布、裂纹扩展方向、断裂机理和含裂纹时的极限强度(剩余强度)进行了分析。试件由T300/648E制成。研究表明,铺层组分比例的不同对裂纹的扩展方向和含裂纹层压板的极限强度有较大的影响。本文在探讨损伤扩展规律的基础上,也为工程应用提供了有意义的结果。     

应变率对复合材料壳体外压性能的影响

对Φ200 mm的复合材料壳体的应变率相关性进行了试验研究。分别对准静态和应变率约为0.105 s-1的动态情况进行了试验。在动态加载过程中,采用了航天四院设计的脉冲压力发生器和外压试验装置,该装置可在10～200 ms将结构件加载至破坏。试验结果表明:复合材料壳体具有比较明显的应变率相关性,与准静态加载条件相比,当应变率达到0.105 s-1时,Φ200 mm的复合材料壳体其外压承载能力可以提高1.55倍左右。     

挖补法修补复合材料层压板压缩性能

为了研究中间夹杂、中间褶皱、冲击缺陷对复合材料层压板压缩性能的影响,及通过挖补法修补3种缺陷后的效果,采用在复合材料层压板上人为制造中间夹杂、中间褶皱、冲击缺陷的方法,并采用挖补法分别对3种缺陷进行修补,最后分别测试缺陷试样、修补后试样及无缺陷试样的压缩性能,并用扫描电镜观察缺陷试样破坏后的微观形貌,分析其破坏机理。试验表明:冲击缺陷对试样压缩强度影响最大,其次为中间褶皱缺陷,对试样压缩强度影响最小的为中间夹杂缺陷。采用挖补法修补对中间夹杂及中间褶皱缺陷修补效果显著,修补后压缩性能分别达到无缺陷试样压缩性能的102.9%和110.1%;挖补法修补对冲击缺陷修补效果不理想,修补后压缩性能仅达到无缺陷试样压缩性能的67.9%。     

基于激光旋切法的陶瓷材料盲孔加工方法研究

介绍了激光打孔的基本原理,对激光能量、离焦量、轨迹在激光旋切法加工盲孔过程中对孔形和表面质量的影响进行了分析和试验验证,并给出了一般规律.依据试验结果确定了合理工艺参数,采用旋切法在碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（Cf/SiC）上打出了孔径为1 mm,孔深为1.1 mm,锥度小于15°的盲孔.     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

泡沫芯子对夹层复合材料的静态和冲击性能的影响

对采用相同密度、不同材料的泡沫芯子制备的多种夹层复合材料进行了低能量和高能量冲击试验,在低能量冲击试验中它们的性能相近,在高能量冲击试验中性能出现了明显的差别。夹层复合材料的冲击性能与其静态试验、硬度试验、压缩和短梁弯曲试验的测试结果相关。     

过程集成与设计优化技术在碳纤维增强树脂材料设计中的应用

研究过程集成与设计优化(PIDO)技术在复合材料设计中的应用。以航空器领域上广泛应用的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为例,开展结构刚度优化设计。根据复合材料中层压板分布特性,以结构固有频率最大为优化目标,通过选择层压板各单层厚度和铺设角度,使用有限元方法模拟铺设角度变化并输出结果,采用优化算法对结果进行判定,得到结构刚度的优化结果。对比两种不同的PIDO优化过程,提出一种结果更优的优化策略——该策略在提高结构刚度的同时,兼顾轻量化,可为优化设计提供更多思路。     

炭/炭复合材料防氧化涂层研究进展

介绍了近两年国内外开发的几种C/C复合材料高性能抗氧化涂层的微观结构和高温氧化行为,表明SiC-Al2O3-莫来石、SiC晶须增韧陶瓷、硅酸钇等涂层1500℃静态空气环境下均具有长时间防氧化能力,部分涂层还具有优良的抗热震性能。其中采用原位形成法制备的硅酸钇涂层具有极佳的抗氧化性能,可在1600℃空气中对C/C复合材料有效保护200 h。此外,还介绍了部分涂层的失效机理,并就C/C复合材料抗氧化涂层下一步研究重点提出一些见解。     

界面改性对混杂基C/SiC复合材料性能的影响

通过界面设计与实验研究,对C/SiC材料进行C/SiC/C多层涂层界面处理,实现了保护纤维和提高复合材料韧性及调节机械性能的多重目的.同时还研究了界面涂层前后纤维表面处理对复合材料性能的影响,结果表明,对增强体进行界面涂层处理和"酸处理",适当强化弱界面,起到了提高复合材料高温强度保留率和增韧的目的,酸处理+CVD-C/SiC/C界面涂层的C/SiC 复合材料的高温强度保留率达到90%;进行了C/SiC/C界面涂层的C/SiC 复合材料的断裂韧性高达20.72 MPa·m1/2,较未进行界面涂层的C/SiC 复合材料的断裂韧性提高了31.8%.     

热熔法预浸料成型技术在扩散段上的应用

对采用热熔胶膜法制备的高硅氧/酚醛和碳纤/酚醛预浸料及复合材料进行了研究。高硅氧/酚醛预浸料的百分流动度为20.4%,挥发份和树脂含量分别为5.2%和29.7%;碳纤/酚醛预浸料的百分流动度为28.9%,挥发份和树脂含量分别为5.8%和40.5%。对比分析了由热熔胶膜法和溶液法制备预浸料成型的碳纤/酚醛复合材料层压板的性能,采用热熔胶膜法制备的层压板的层间剪切强度提高了17.4%,拉伸强度和弯曲强度增加了45.3%和42.1%。氧乙炔线烧蚀率仅为溶液法的1/3。将其用于制备固体火箭发动机的扩散段,随炉试验件的性能评价表明:不仅热性能和力学性能优异,而且批次稳定性好,有助于降低热防护层的厚度,减轻火箭、导弹等的总体质量,对提高武器装备的性能具有重要的意义。     

热塑性树脂增韧MBMI/DABPA复合材料效果研究

以韧性较高的4，4'－二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺／3，3'－二烯丙基双酚A共聚树脂（MBMI／DABPA）作为对象，研究了共混热塑性树脂对其纤维增强复合材料性能的影响。结果表明，分子链刚性大的酚酞聚芳醚砜（PES－C）比刚性较小的酚酞聚芳醚酮（PEK－C）的增韧效果差，含端羟基的PEK－C增韧复合材料的断裂韧性G1c并不比普通封端PEK－C增韧的高，PEK－C分子量和用量的适当增加，有利于复合材料韧性的提高。共混12．5％的PEK－C，改性树脂玻璃纤维复合材料G1c高达938J／m^2，碳纤维复合材料G1c为552J／m^2，比未增韧的T300／XU292提高163％。     

工艺条件对粉末浸渍CF/PEEK预浸料层压板力学性能的影响

为获得浸渍效果良好、力学性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮耐高温热塑性复合材料(CF/PEEK),分别采用粉末浸渍槽法(方法1)、二次粉末涂覆法(方法2)、二次粉末涂覆+熔融浸渍法(方法3),制备了3种CF/PEEK预浸带。在380℃,20MPa条件下,通过模压成型制备了CF/PEEK复合材料层压板,并研究了其力学性能。结果表明:碳纤维含量均为61%时,通过方法3制备的CF/PEEK层压板综合性能最高。采用该工艺制备的单向层压板拉伸强度为2 238.41 MPa,拉伸模量为104.80GPa,弯曲强度为2 157.50 MPa,弯曲模量为142.01GPa,层间剪切强度为116.22MPa。双向层压板拉伸强度为1 114.17MPa,拉伸模量为62.84GPa,弯曲强度为1 317.34MPa,弯曲模量为70.82GPa,层间剪切强度为96.74 MPa。测试了CF/PEEK层压板的耐高温性能,150℃条件下的弯曲强度保持率为73%。     

纤维增韧陶瓷基复合材料的比例极限应力与残余热应力关系

从细观力学角度分析并建立了纤维增韧陶瓷基复合材料从制备温度冷却到室温过程中产生的残余热应力与复合材料的比例极限应力的关系模型。该模型表明,减少复合材料的残余热应力或提高复合材料的纤维与基体的模量比,均可提高复合材料的比例极限应力。通过单调拉伸实验测试了先驱体浸渍裂解法(PIP)制备的2D SiC/SiC复合材料的比例极限应力,并采用文中建立的比例极限应力与残余热应力关系模型,计算出复合材料SiC基体的残余热应力为-19.5 MPa。分析表明,该结果是合理的。此外,引用了公开文献报道的5种复合材料体系数据,用于验证文中所建立的比例极限应力与残余热应力关系模型的适应性和可靠性,计算结果与实验结果最大误差为18.6%,表明该模型具有较好的适应性和可靠性,可为纤维增韧陶瓷基复合材料的研究提供新思路。     

纤维体积含量对开孔层压板拉伸性能的影响

本文主要研究了碳纤维织物增强复合材料的纤维体积含量V_f对开孔层压板的抗拉强度σ、断裂伸长率ε的影响。采用T300碳纤维平纹织物为增强材料,经树脂传递模塑法(RTM工艺)复合而成T300/环氧TDE-85层压板,用岛津强力测试机进行拉伸性能测试。     

高韧性热塑性复合材料的研制

文中探索了以PA—6为基体的热塑性复合材料的压制工艺。压制出铺层为12层的玻璃布层压板和铺层为18层的碳纤维单向板,并测试出两种板的基本力学性能。用冲击损伤度D和G_(ⅡC)来评定复合材料的韧性,发现PA—6基复合材料有优异的韧性。     

纤维体积含量对炭纤维三维四向编织复合材料试验模态性能的影响

通过试验方法对不同纤维体积含量的炭纤维三维四向编织结构复合材料振动性能进行了研究,根据试验结果分析了纤维体积含量对材料的振动性能的影响.试验表明,炭纤维三维四向编织复合材料随着纤维体积含量的增加,固有频率增大,阻尼比减小;纤维体积含量越大,传递函数的共振峰值越高,加速度衰减曲线越衰减缓慢,材料的阻尼特性减小.