透射电子显微镜研究聚丙烯腈纤维的微观结构和缺陷

聚丙烯腈(PAN)纤维是生产高性能碳纤维的重要原料。PAN纤维的质量对所得碳纤维的性能有很大的影响。纤维的性能不仅与它的分子结构(化学组分、分子量及其分布以及大分子的支化度等)有密切的关系,而且与纤维中各级超分子结构所形成的织态有密切关系。特别是纤维的织态结构和缺陷将直接影响其物理-机械性能,而PAN纤维纺制的工艺条件又将直接影响纤维中所形成的各级超分子结构。因此,研究PAN纤维织态结构与性能关系具有重要的理论和实际意义。在前一工作中,曾总结了我们用扫描电子显微镜(SEM)研究湿纺法所得到高倍拉伸的PAN纤维的织态结构和     

平纹机织与2.5D机织复合材料平板弹道冲击特性对比

为研究碳纤维平纹机织和碳纤维2.5D机织复合材料平板的弹道冲击响应及失效模式,在空气炮装置上使用圆柱弹体对其进行了弹道冲击试验。通过弹道极限速度、吸能总量、单位面密度吸能量和单位厚度吸能量等指标评估其弹道冲击特性,并采用超声C扫描和CT扫描唯象分析其冲击损伤。结果表明：在等厚度下,碳纤维平纹机织复合材料平板与碳纤维2.5D机织复合材料平板相比,展现了更优的弹道冲击性能。碳纤维平纹机织复合材料平板的主要失效模式为分层失效,碳纤维2.5D机织复合材料平板主要为剪切充塞失效。与碳纤维2.5D机织复合材料平板相比,平纹机织复合材料平板弯曲变形明显,大量的纤维拉伸失效增加了平板吸能量,提高了弹道极限速度,但分层会导致平板损伤区域大,完整性较差;碳纤维2.5D机织复合材料平板损伤区域小,完整性好。     

扫描电子显微镜研究聚丙烯腈纤维的织态结构和缺陷

高性能碳纤维及其复合材料是近十多年来国际上迅速发展起来的,用于航天和航空技术上的一种新型材料。聚丙烯腈(PAN)纤维是制造高性能碳纤维的重要原料。碳纤维的性能与所用PAN纤维的质量及生产碳纤维的工艺条件有密切的关系。特别是所用PAN纤维的织态结构(包括所有各级的超分子结构)及其缺陷对所制的碳纤维的结构和性能有很大影响。为制得高性能的碳纤维,必须尽可能去消除碳纤维表面和内部缺陷(这些缺陷限制了碳纤维的强度及强度的均匀性)。必须指出,PAN纤维的内部缺陷和一些外部缺陷往往将原封不动地保留在碳化后所得的碳纤维中,而且PAN纤     

碳化硅纤维长丝机织预制件织造关键技术

碳化硅SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温等特性,主要用于耐高温材料和复合材料增强相,但因其脆性大,织造过程易起毛、断裂,故较难实现自动化织造。分析了碳化硅纤维的性能及对织造过程带来的困难,介绍了赛菲集团碳化硅纤维长丝织造的专用设备,重点介绍了其整经和多经轴送经系统以及碳化硅纤维长丝结构工艺设计的要领。     

芳纶纤维湿法缠绕容器研究进展

研究了高性能Ｆ－１２芳纶纤维的湿法成型工艺,研制了与Ｆ－１２纤维匹配性良好的湿法环配方,同时进行了φ１５０ｍｍ、φ４８０ｍｍ容器的湿法成型工艺参数的优化试验。初步探讨了湿法成型中的含胶量控制技术。结果表明,ＨＲ１８湿法配方与Ｆ－１２纤维的匹配性和工艺性良好,而且湿法成型工艺参数经优化后可明显提高容器的特性系数ＰＶ／Ｗｃ值。     

连续纤维增强金属基复合材料的研制进展及关键问题

介绍连续纤维增强金属基复合材料的种类及其在航空航天领域的应用情况,并对连续纤维增强金属基复合材料研制过程中的难点和热点问题进行归纳和总结,对关键技术问题提出相应的研究方法和思路。纤维与金属基体间的界面问题是其研究与应用的最主要问题,可以从纤维的表面改性、纤维与基体的相容性和润湿性、界面反应、界面强度等方面入手,结合各种复合材料制备工艺的特点,解决界面薄弱性问题;另外加强复合材料损伤机理的研究,建立其损伤评价体系,可以为其实际应用提供参考依据;先进的加工成型和连接技术,可以降低复合材料零件的制造成本,确保零件质量,是复合材料产业化应用的重要保证。     

C/C机织复合材料开孔板强度有限元模拟

三维机织复合材料已在航空航天领域得到广泛应用,研究开孔C/C机织复合材料在拉伸和压缩状态下的损伤机理具有重要工程价值。建立开孔C/C三向正交机织复合材料试验件的镶嵌有限元模型,在孔周范围内按照材料的细观结构建立细观尺度有限元模型,采用基于细观力学的强度准则对其拉伸和压缩损伤演化过程进行模拟,并预测其极限拉伸、压缩载荷和拉伸、压缩强度。结果表明:在拉伸与压缩载荷下,由于缝线与纤维束接触区域的应力集中,使得开孔板经纱多处区域出现损伤起始,开孔板损伤区域均呈"X"形扩展。     

高性能树脂基纳米复合材料的发展新动向

纳米材料的高表面活性使其易于团聚,这为其分散和高性能纳米复合材料的制备工艺带来挑战。本文主要介绍了有关多元复合型高性能树脂基纳米复合材料、纳米复合材料的制备与分散工艺、纳米杂化树脂基体与纤维复合以及功能化纳米复合材料研究方面的最新进展。     

碳化过程中改性聚丙烯腈预氧化纤维的高温热应力应变研究

采用对比方法研究了高锰酸钾改性与未改性聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维在碳化过程中的高温热应力应变行为。表征了过程纤维的基本物化性质,并用SEM,WAXD,EA等对其结构进行了研究。研究结果表明,改性纤维的热应力应变变化可分为370,500,900℃前后4个区域。与未改性纤维相比,改性纤维的应力在370℃以下增长较快;370~500℃快速下降;500~900℃则迅速增高,同时比未改性PAN纤维应力增加20%以上;900℃以上应力基本保持稳定。大负荷下改性纤维易伸长,小负荷下易收缩,与未改性纤维的差别随负荷减少而减小,500℃以上,两种纤维应变速率变化趋势相近。热应力和热应变是纤维在碳化过程中聚集态结构、化学组成、热化学反应能力的综合体现。与热应变相比,热应力的变化趋势更显著,因而可采用控制碳化过程中纤维热应力的变化控制连续制备中纤维结构的变化。经KMnO4改性PAN纤维制取碳纤维的抗张强度比未改性纤维增加了约20%。     

三维机织复合材料细观黏弹性梁模型

建立了两种组合梁模型,分别模拟3D机织复合材料内部和表面纤维束的细观结构,模型反映了纤维束细观结构和变形的周期性,考虑了纤维束的局部弯/剪耦合效应和局部偏轴效应。实验确定了一种树脂基体各向同性蠕变本构的参数,在此基础上建立了纤维束横观各向同性的蠕变本构模型,将基体和纤维束的蠕变本构应用于上述细观组合梁模型,用于分析3D机织复合材料宏观平均的黏弹性应力应变响应。用上述模型分析了一种环氧树脂/玻纤体系3D机织复合材料的细观应力分布和平均宏观模量,模拟了其蠕变、弹性回复曲线,模型预测与实验结果吻合。