一种VARI工艺成型用树脂及其复合材料的研究

以一种VARI(Vacuum Assisted Resin Infusion)成型工艺用环氧树脂RTM6-2为基体,研究了其固化特性,并使用VARI工艺制备了碳纤维增强复合材料层合板,对其性能进行了研究。结果表明:RTM6-2的工艺操作温度为100±10℃,工艺温度下的适用期可达7~9h,树脂浇铸体的经过180℃固化后的玻璃化转变温度为203℃~207℃;层合板的纤维体积含量在56%~57%之间,孔隙率小于1%,玻璃化转变温度为160℃~167℃。同时,通过试验得到了层合板的力学性能。     

HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的湿热行为

通过对低温固化HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料进行不同湿热环境处理以及3次循环吸湿-脱湿处理,研究其湿热行为。结果表明:复合材料在70℃水浸以及70℃/95%RH两种环境吸湿31 d饱和吸湿率分别为0.71%和0.11%,说明该低温固化氰酸酯树脂基复合材料有很好的耐湿热性;研究复合材料的循环吸湿-脱湿行为,发现复合材料在70℃水浴锅中第1次水浸10 d的吸湿率为0.69%,尚未达到饱和,而第2、3次水浸10 d后的吸湿率分别提高到0.72%和0.74%;复合材料的层间剪切强度随着循环次数的增加,降低更为明显,经过3次循环吸湿-脱湿之后试样的层间剪切强度较干态试样降低了50.77%,连续吸水60 d的试样层间剪切强度较干态试样降低了58.98%。     

含孔复合材料层合板温度环境下的拉伸性能

根据增量形式的虚功原理和单层板理论,推导了基于温度环境下复合材料层合板的应力分析公式,结合逐渐损伤分析理论,建立了考虑温度影响的复合材料层合板的逐渐损伤强度分析方法.在此基础上,对含孔复合材料层合板在22,80,120℃下的拉伸失效过程进行预测,与80℃和120℃下的试验结果相比,预测强度值的最大误差为-2.28%.研究表明:随着温度的升高,含孔复合材料层合板的初始纤维损伤强度和破坏强度逐渐降低,而其初始基体损伤强度逐渐增大.      

先进热塑性复合材料的制备工艺研究

为了探索高性能热塑性复合材料的制备方法,本文使用薄膜层叠法制备了碳纤维编织布增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料层合板。通过控制变量法研究了不同成型压力和制备温度对CFF/PPS复合材料层合板的成型质量的影响。通过弯曲试验和层间剪切试验表征不同工艺参数下的CFF/PPS复合材料层合板的力学性能,从而确定了成型压力及制备温度两个关键参数在不考虑耦合效应下的优化取值范围。研究结果表明,采用成型压力为5 MPa,制备温度为340℃制备的CFF/PPS复合材料层合板,其性能最佳。     

碳纤维/ 环氧树脂层压板的孔隙问题

总结了国内外关于碳纤维/环氧树脂层压板孔隙的形成机理、检测方法、影响因素及孔隙对复合材料力学性能的影响.结果表明,孔隙对复合材料层合板的强度和疲劳寿命有不利影响,并且孔隙对水的渗透和环境因素非常敏感,孔隙的存在促进了水分的吸收,且吸湿可导致材料强度下降.提出湿热环境下孔隙对复合材料性能影响是未来研究方向之一.     

湿热老化对T700/3234复合材料力学性能影响研究

在室温及70℃条件下对单向T700/3234复合材料进行了湿热老化试验,分别测试了经历不同吸湿时间后材料的吸湿率、层间剪切强度和弯曲强度,并且利用扫描电镜(SEM)对力学性能试样的断口形貌进行了分析.结果表明,吸湿温度越高,饱和吸湿率越高.T700/3234复合材料具有良好的耐湿热性能,其层间剪切强度、弯曲强度保持率分别为69.33％和76.06％.吸湿使界面出现一定程度的脱粘是导致其力学性能下降的主要原因.     

GFRP 层压板挖补修理后的吸湿行为

对采用不同台阶比率挖补修理的玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板进行了吸湿实验,获得了 各种台阶比率试样的吸湿规律以及损伤行为。通过面内剪切强度测试以及形貌观察,研究分析了导致吸湿试 件强度降低以及层间开裂的主要因素。实验发现:玻璃纤维增强树脂基复合材料的孔隙率是影响层合板吸湿 率和层间开裂的重要影响因素,孔隙率越高,吸湿率越高,但层间开裂倾向却降低;台阶比率对长时间吸湿试件 的强度保持率有较大的影响,恰当选择台阶比率不但有助于提高强度恢复率,还可减小因吸湿而产生的强度降 低幅度;吸湿会导致玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板的面内剪切强度大幅度下降,导致这种结果主要原因 之一是吸湿会严重劣化纤维/ 树脂界面粘结状态。     

结构、耐热、透波功能一体化石英/聚酰亚胺研究

采用热压罐工艺制备了石英纤维增强聚酰亚胺复合材料。分别测试了材料室温和350℃下的力学性能、热物理性能及介电性能,对比分析了密度、温度及频率对材料介电性能的影响。结果表明:石英增强聚酰亚胺复合材料在室温~350℃范围内有着良好的力学性能;热导率为0.24~0.28W·m-1·K-1,热膨胀系数约为5.38×10-6/℃;介电常数在2.95~3.10之间,损耗角正切值小于8.0×10-3。     

复合材料湿法模压成型工艺参数研究

采用湿法模压成型(WCM)工艺制备碳纤维复合材料层合板,对浸润时间和固化压力两个工艺参数进行了设计,制备了不同参数的层合板。利用金相显微镜观察了不同参数制备层合板截面的微观形貌,对层合板成型质量进行表征,主要包括层合板厚度、纤维体积含量、短梁剪切强度(ILSS)、压缩强度以及拉伸强度的测试和计算。结果表明,当浸润时间4min、固化压力1MPa时,层合板的成型质量最好,截面缺陷较少,力学性能优良,力学强度相对提高5%~11.45%左右;随着浸润时间的增加,力学性能先迅速增大后趋于平缓,随着固化压力的增加,层合板的纤维体积含量和力学性能都逐渐增加,在浸润时间10min/固化压力1.5MPa时,纤维体积分数和拉伸模量达到最大值,为66.12%和86.50GPa。     

T700/9916复合材料层合板恒温吸湿行为研究

研究T700/9916碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在湿热环境下的吸湿行为.通过测试CFRP层合板在T=70℃恒温水浴和T=70℃相对湿度为98％,91％和84％的环境下的吸湿性能,获得吸湿曲线.结果表明水浸试样相对质量增量趋于平衡时,其他各组试样的相对质量仍线性增加.使用一维Fick模型对实验结果进行分析,得到材料的理论吸湿数据比实验结果整体偏小.通过实验和有限元模拟相结合的方法计算获得材料的扩散率和溶解度,并对不同条件下的吸湿行为进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,说明通过模拟能够获得材料的长期吸湿动力学曲线和试样内部的水分分布情况.     

湿热环境下复合材料孔板压缩性能的研究

采用压缩试验的方法,对含孔机织碳纤维环氧复合材料层板进行了湿热环境下的压缩试验,研究了湿热环境对其压缩性能的影响。分析了复合材料孔板的吸湿特性、压缩强度、破坏模式及动态力学性能。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热环境会降低由基体性能主导的压缩强度,130℃下湿态试样的开孔压缩强度保持率约为70%。含孔复合材料层合板的破坏模式均为过孔破坏,破坏均发生在应力集中的区域,并且断裂都是沿着应力集中最大的方向扩展。侧面断口主要为剪切失效,有分层和屈曲的特征。吸湿后复合材料的DMA Tg为125℃,比干态时下降了16℃。     

M40-T300／BADCy混杂复合材料的研究

利用单向铺层模压工艺制备了M40-T300/BADCy单向层内和层间混杂复合材料,研究了混杂方式、混杂比及铺层顺序对混杂复合材料的拉伸性能、弯曲性能及层间剪切性能的影响规律.结果发现,层内混杂复合材料的性能介于两种单一复合材料之间,T300纤维含量越高,强度越大,M40纤维含量越高,则模量越大.以T300纤维为芯层,M40纤维为外层的层间混杂复合材料([(M40)1/(T300)3]s)具有与M40/BADCy复合材料相近的弯曲模量及与T300/BADCy复合材料相近的层间剪切强度,适合作为航天飞行器结构材料使用.     

玄武岩纤维增强树脂基复合材料力学性能研究

玄武岩纤维作为一种新型的树脂基复合材料用高性能增强纤维,具有较好的性价比,通过对连续玄武岩增强环氧树脂复合材料单向板、织物复合材料层合板、缠绕NOL环、缠绕φ60mm复合材料管的力学性能等研究,可为玄武岩纤维应用于结构复合材料提供设计依据。     

含铺层拼接层合板的力学性能

为研究铺层拼接对复合材料层合板力学性能的影响,设计了含不同铺层拼接形式的碳/双马复合材料层合板试件.采用拉伸试验方法测定了材料力学性能,得到了不同拼接形式下层合板的拉伸强度.试验表明,含铺层拼接层合板的失效模式为层间剪切破坏和纤维断裂.建立了铺层拼接层合板的有限元模型,分析了铺层拼接对层合板应力分布和层间应力的影响.     

芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料的吸湿应力分析

利用Ansys有限元软件,采用纤维随机分布模型,对在环境温度t=80℃、相对湿度RH=90%条件下的芳纶纤维/环氧树脂复合材料吸湿后的水分分布进行了模拟计算,计算结果与从材料吸湿实验中所得到的结果基本一致。根据模拟计算得到的水分浓度场对复合材料内部的吸湿应力进行了研究。结果表明:有限元方法可以比较准确地模拟复合材料在湿热环境下的水分吸收过程;复合材料内的水分浓度随老化时间延长而增大,吸湿应力也随之升高,在纤维和基体界面处的应力最大,可达50 MPa以上。     

适用于热熔法制备预浸料的氰酸酯树脂的制备

为改进纤维增强氰酸酯树脂基复合材料的制备工艺,研制了一种适用热熔法制备预浸料的氰酸酯树脂体系.以旋转黏度计确定了适用热熔法浸渍纤维的树脂黏度为1.5 Pa·s/80℃、最佳加工温度为(90±2)℃、工艺适用期为2 h.利用DSC及哈克流变仪确定了树脂的固化工艺、纤维增强树脂基复合材料的制备工艺等.结果表明此树脂体系具有良好的热熔加工性能,适宜的工艺适用期,树脂体系在-10℃下贮存6个月后,树脂黏度基本保持不变,应用热熔浸渍法制备的M40J碳纤维/氰酸酯复合材料,具有优异的力学性能,拉伸强度和模量分别为2 037 MPa和226 GPa,弯曲强度和模量分别为1 580 MPa和217 GPa.     

UHMWPE/PCH复合材料性能研究

采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作增强材料,结构与UHMWPE纤维相似、且对纤维表面具有良好润湿性的全碳氢树脂(PCH)作基体,通过热压成型工艺制备UHMWPE/PCH复合材料,并通过扫描电镜、介电谱仪等方法对复合材料的力学性能、介电性能、吸水、湿热性能及界面粘接性能进行表征.结果表明,UHMwPE/PCH复合材料力学性能良好、介电性能优异、吸水率小、吸湿率低、粘接性能好.     

PIP法制备C/ZrC-SiC复合材料工艺与性能研究

为了提高超高温陶瓷基复合材料的力学性能和耐烧蚀性能,本文采用前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/ZrC-SiC复合材料,研究了锆硅一体化陶瓷前驱体(ZS)的固化-裂解工艺对C/ZrC-SiC复合材料性能的影响。结果表明:前驱体的裂解温度对复合材料的力学性能影响较大。较高的裂解温度会损坏碳纤维,导致力学性能降低;较低的裂解温度会使碳热还原反应不充分,基体氧含量较高,结构疏松,导致力学性能下降;制备的C/ZrC-SiC复合材料通过了2 850 K的电弧风洞试验考核后线烧蚀率为8.75×10~(-4)mm/s,呈现出优异的耐烧蚀性能。     

铺层结构对复合材料层合板拉伸性能的影响

设计并制备了6种不同铺层结构的层合板,通过对其进行拉伸试验,研究了不同铺层角度及不同铺层比例对层合板拉伸性能的影响。通过试验获得了6种复合材料层合板在拉伸试验中所能承受的极限拉伸强度,损伤特征以及载荷-位移曲线。结果表明:随着偏轴角增大,复合材料层合板拉伸强度逐渐降低,当45°和90°铺层体积分数相同时,45°铺层的层合板拉伸强度高于90°铺层的层合板;[0°/45°]铺层在表面可有效减小分层面积,由于内部剪切作用[0/90°]铺层更易出现分层。验证了复合材料层合板可通过改变铺层角度设计其力学性能。     

Z-pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析

针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析.拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板:[0]6;[90]12;[45/0/-45/90]2S.模拟分析将根据引入Z-pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行,通过调整单元材料坐标系的1方向来模拟Z-pin周边纤维偏转.通过试验研究和模拟分析得出了Z-pin对3种层合板拉伸强度的影响程度.研究表明Z-pin引入造成的面内纤维含量降低(由树脂富裕区引起)和纤维方向偏转(包括纤维面内偏转和厚度方向卷曲)是层合板拉伸性能降低的主要原因.通过模拟分析进一步得出:对于[0]6铺层层合板,Z-pin插入引起的纤维面内偏转是面内拉伸强度降低的主要因素;对于准各向同性层合板,Z-pin插入产生的树脂富裕区(降低了纤维含量)是面内拉伸强度降低的主要因素.