树脂基碳纤维复合材料的热物理性能之一——导热系数

本文讨论了树脂基碳纤维复合材料热导与各种纤维体积含量V_f及温度的关系,研究了树脂基碳纤维复合材料的传热机理,并给出了大量的导热系数数据。     

电化学技术在复合材料腐蚀研究中的应用

用循环伏安曲线和交流阻抗谱测试技术研究了不同溶液浸泡对复合材料性能的影响,探讨了电化学表征参数与复合材料腐蚀程度之间的相关性.实验结果显示,随着浸泡时间的延长,试样的反应电阻逐渐减小,双电层电容逐渐增大,并且浸泡于酸性探针和碱性探针溶液中的试样的电化学参数比浸泡于中性探针溶液中的试样的电化学参数变化幅度更大.实验结果表明利用电化学参数的变化可以反映碳纤维增强环氧树脂基复合材料的腐蚀程度,即可以用阻抗值和电流值的大小变化表征复合材料的耐蚀性.      

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

非稳态平面热源法同时测量材料的导热系数和热扩散率

介绍了非稳态平面热源法的测量原理、传热数学模型及温度响应公式,建立了相应的实验装置并进行实际测量。研究结果表明,只需测量试样内某一点的温度变化就可同时得到材料的导热系数和热扩散率以及体积热容等热物性参数。     

面向空间天线的TWF复合材料性能研究

利用碳纤维三向编织物（triaxial woven fabric，TWF）作为增强材料，与柔性基体材料硅橡胶复合，制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构，用于卫星天线反射器，是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法，对碳纤维增强硅橡胶TWF复合材料进行了力学性能的研究。首先由纤维和基体的材料特性得到均质纤维束的材料特性；接下来考虑纤维束交织情况（起伏波动）建立由纤维束组成的单胞实体有限元模型；然后对单胞实体有限元模型进行均匀化分析，施加周期性边界条件，最终得到等效的均质材料特性；为满足天线反射器高性能需求，分析了碳纤维种类、纤维体积分数对单胞等效性能的影响规律。对该材料力学性能的研究，可以为其未来应用于大型高精度可展开天线反射器提供一定的理论依据。     

航空用国产碳纤维/双马树脂复合材料湿热特性

针对1种航空用国产T700级碳纤维和4种双马树脂（QY9611、5429、QY9512、QY8911-4），采用3种湿热条件（100℃水煮、70℃水浸、70℃/85%相对湿度）对其复合材料单向层板进行湿热处理，通过研究吸湿量、扩散系数、显微结构、化学成分、耐热温度及力学性能，分析了复合材料的湿热特性。结果表明，4种复合材料在3种湿热条件下的吸湿行为均符合Fick第二扩散定律，100℃水煮时平衡吸湿量和扩散系数最大，70℃/85%相对湿度时两者最小。4种复合材料吸湿速度有明显区别，这与其原材料形式和成型工艺不同有关。湿热处理未导致复合材料内部产生损伤和化学变化，主要引起增塑效应，导致玻璃化转变温度降低。复合材料的90°拉伸性能测试结果表明，高温和吸湿耦合作用下复合材料力学性能衰减更为明显，破坏模式由基体开裂转变为界面脱黏和开裂。      

纤维/树脂浸润测试仪的研制与应用

针对复合材料成型工艺的特点,依据毛细原理,研制了浸润性能测试仪.该测试仪包括浸润质量测试系统与温度控制系统,能够定量测试在较宽的温度范围内发生浸润的速率和浸润程度.对该测试仪的准确性与稳定性进行了校准与标定,并运用该仪器研究了纤维种类、树脂粘度和纤维体积含量对树脂/纤维浸润性能的影响规律.研究结果表明该设备为研究各类复合材料中增强材料与基体间的浸润性能提供了方便的测试手段,对指导复合材料制备工艺具有较高的参考价值.     

发动机气瓶热防护产品绝热性能评定研究

通过批抽检热真空试验,能够评定发动机气瓶热防护产品的绝热性能,由于试验设备和试验工艺过程对产品温升会产生巨大影响,依据绝热材料导热系数测试方法,在试验方法不变的条件下,提出新的试验评定要求:稳态过程中产品温升速率。新的产品测试评定要求,能够客观准确的评定产品的隔热性能,排除设备和工艺过程对评定结果的影响。此评定方法也可用于形状不规则、厚度不一致的整件产品绝热性能评定。     

不等径纤维混杂复合材料混杂原理

对碳化硅-碳(SiCF-CF)/环氧和硼-碳(BF-CF)/环氧2种不等径纤维混杂复合材料的混杂模型和机理进行了初步研究.建立了三角形和四边形阵列的混杂模型;分析了材料制备工艺对混杂阵列、纤维体积含量的影响.      

三维四向编织复合材料结构模型的几何特性

建立合理的三维编织复合材料结构模型,对其力学性能的有限元计算结果具有重要影响.以成型后的三维四向编织复合材料为研究对象,在实验观察和以往研究的基础上,提出了一个新的有限元胞体结构模型,该模型正确地反映了纤维束的交织方式,更符合三维四向编织复合材料的实际细观结构.基于该单元模型推导了编织参数与结构模型参数之间的几何关系,计算了胞体中纤维体积比并讨论了其几何特性.研究结果表明:当纤维束中的纤维丝根数和纤维束半径,以及纤维体积含量一定时,编织物的花节长度和厚度随着纤维编织角的增大而分别减小和增大,三维四向编织复合材料结构的纤维体积比理论上可以达到68%.      

双丙酮丙烯酰胺在碳纤维表面的电聚合研究

为了提高碳纤维表面的粘附能力,对活性烯类单体双丙酮丙烯酰胺(DAA)以及与丙烯酸(AA)组成的双组分体系在碳纤维表面的电聚合反应进行了研究.测定了经过电聚合的碳纤维制成的复合材料层板(CFRP)的层剪强度(ILSS),分别由未经处理的45.5MPa提高到70.36MPa和81.24MPa.对电聚合反应机理以及电聚涂层作为纤维/基体的中间层的缝合作用进行了讨论.单体溶液中加入自由基捕捉剂电聚涂层的形成严重受阻,这个现象证明DAA电聚合机理是自由基聚合反应.     

三维全五向编织复合材料细观结构实验分析

对三维(3D)全五向编织复合材料的细观结构进行了实验研究,三维全五向编织复合材料是一种新型的编织复合材料,其细观结构对预测材料的性能有重要作用。采用显微计算机断层成像(micro-CT)技术得到了三维全五向编织复合材料的截面图片,通过在碳纤维试件中混编入少量玻璃纤维作为示踪纱,提高了示踪纤维束在截面图片中的的对比度。并通过三维重建得到纤维束实体模型,结合CAD技术对纤维束的横截面形状与空间走向进行了研究。结果表明:编织纱与轴纱纤维束的截面形状在材料不同区域与不同的花节高度内是变化的;在不同区域,编织纱的空间走向也是不同的;而轴纱在空间上基本保持伸直。由于编织纱对轴纱的挤压使轴纱表面产生螺旋状的压痕。      

实验室模拟加速腐蚀与自然大气腐蚀的相关性

在Г.М.古尼耶夫中值老化公式的基础上,采用回归分析方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料的实验室模拟加速腐蚀与自然大气腐蚀之间的相关性进行研究,确定了自然大气环境腐蚀试验的层间剪切强度的中值曲线方程,并得出实验室模拟加速腐蚀与自然大气环境腐蚀之间的当量关系.试样表面及断口微观形貌的观察分析进一步证明:实验室模拟加速腐蚀与自然大气环境腐蚀具有相似的腐蚀机理.     

纳米复合相变材料熔化过程数值模拟

相变储能技术在航空航天等领域具有广泛的应用前景,但是相变材料导热性能差制约了其工程化应用。高导热的纳米材料能够有效提高相变材料的导热性能。为了对其相变现象进行更精细的模拟分析,基于Maxwell-Garnett等效介质理论（EMT）建立3种具有代表性结构的纳米复合相变材料详细物性参数,将流体体积（VOF）模型与焓-多孔介质模型相耦合,在考虑相变材料体积膨胀的情况下,数值模拟了纯石蜡、添加不同体积组分金刚石纳米粒子（ND）、单壁碳纳米管（SWCNT）和石墨烯纳米片（GnP）的纳米复合相变材料在定温边界条件下的固液相变过程。结果表明:相变材料熔化过程中对流效应主要分布在临近固液相界面、临近加热壁面及临近气液两相交界面这3个区域;3种纳米粒子中GnP的导热强化效果最佳,相比纯石蜡,添加体积分数为3%的GnP纳米复合相变材料固相导热系数提高了486%,相变材料的熔化时间缩短了69%;升高壁面温度能够有效缩短复合相变材料的熔化时间。      

固溶时效处理对高强高韧钛合金显微组织与力学性能的影响

对固溶时效处理后的高强高韧钛合金初生α相的体积分数、尺寸,次生α相的体积分数和α_s/β相界面密度等显微组织特征进行了定量表征和统计分析,探讨了随着固溶温度的变化,高强高韧钛合金显微组织与其力学性能间的相关性.结果表明:在α+β两相区固溶时效处理,随着固溶温度的升高,合金初生α相的体积分数降低,相尺寸先降低后略有升高,次生α相的体积分数升高,α_s/β相界面密度先升高后降低.初生α相的体积分数与伸长率、静力韧度和裂纹形成功正相关,α_s/β相界面密度与合金屈服强度成正相关.