新型树脂基复合材料引射因子测试

通过合理设计对比模型，提出一种新型树脂基复合材料引射因子测试方法，针对新型树脂基复合材料开展电弧风洞试验，获得树脂基材料有热解气体引射和无热解气体引射时壁面热流密度，研究树脂基材料在特定热环境条件下的引射效应，获取能够评价新型树脂基材料引射效应的引射因子。结果表明：试验状态下，石英酚醛复合材料炭化速度大于石英杂化酚醛复合材料；石英酚醛复合材料引射因子约为0.825，在实际设计中此类材料需要考虑引射效应对表面热流的影响；石英杂化酚醛复合材料引射因子约为1，热解气体引射产生的热阻塞效应基本可以忽略。     

复合材料低速冲击损伤分析方法

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的分层损伤.模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现.层内使用三维实体单元,采用三维Hashin准则作为纤维与基体损伤的判据,并在用户子程序VUSDFLD中实现.将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)低速冲击与冲击后压缩的模拟分析中.结果表明:此方法能够准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的损伤,为复合材料低速冲击损伤分析提供了一种有效的方法.     

碳纤维增强树脂基层板应变率相关损伤数值研究

为了研究高应变率载荷对于碳纤维增强树脂基复合材料变形破坏行为的影响,通过应变率修正式对复合材料的刚度与强度进行修正,建立了可考虑应变率效应的复合材料损伤数值模型,采用该模型对不同应变率条件下层板结构的面内破坏行为进行了模拟并与文献实验进行了对比分析。计算结果表明:本文所构建的数值模型可以有效预测树脂基层板结构在不同应变率条件下的破坏特征,并在材料刚度与强度硬化现象的预测方面有着较高精度;对于0°、90°铺层主导的试件,由于其力学性能近似为线性,数值模型在强度预测方面获得了较高精度;而对于±45°铺层主导试件,其在不同应变率条件下表现出较强的非线性损伤特性,因此模型在其强度性能预测方面存在一定误差。     

空心微珠用于环氧树脂抗原子氧剥蚀试验研究

提出一种新的航天器用树脂基材料抗原子氧剥蚀的方法,即在航天器用树脂基材料中添加与原子氧不反应的超细颗粒材料,用于提高其抗原子氧剥蚀的性能.在制备出超细空心微珠颗粒增强的环氧树脂复合材料的基础上通过原子氧暴露实验,发现空心微珠的加入可以有效地提高环氧树脂抗原子氧剥蚀的性能.同时,空心微珠的表面性态对制备的复合材料抗原子氧剥蚀性能具有重要的影响,经过表面改性处理可以进一步提高复合材料抗原子氧剥蚀的性能.      

环氧树脂基复合材料加筋板结构吸湿行为研究

环氧树脂基复合材料的性能对湿热环境敏感，掌握该材料所组成结构的吸湿行为对其实际应用具有重要意义。通过以碳纤维环氧树脂基复合材料层合板的non-Fickian吸湿模型为基础，建立环氧树脂基复合材料加筋板结构的non-Fickian吸湿模型，在70℃/85% RH湿热条件下开展加筋板结构的吸湿实验，对所建立模型进行验证，并与已有的加筋板吸湿模型进行对比，通过所建立模型给出了加筋板沿厚度方向的吸湿量分布规律。结果表明:所建立加筋板non-Fickian吸湿模型的计算结果与实验结果吻合良好，在整个吸湿阶段相对误差小于5%，模型的预测精度高于传统Fick模型。所建立的加筋板non-Fickian吸湿模型可用于环氧树脂基复合材料加筋板层合结构吸湿量的准确预测。      

碳纤维抛物面反射器的热变形测量技术和位移分析

为了解决卫星碳纤维复合材料抛物面天线的热变形问题,本文提出了利用应变片测量应变分布、然后计算位移的方法。文中介绍了将应变片应用于—180～120℃温度范围的碳纤维复合材料结构的热变形测量技术。最后进行了碳纤维抛物面天线反射器的真空冷热交变试验。     

碳纤维电聚合表面处理

本文研究了碳纤维电聚合表面处理工艺,以及处理后碳纤维表面性质的变化,及其对复合材料性能的影响。结果表明,电聚合表面处理方法工艺简单、成本低、易操作。碳纤维经过电聚合表面处理之后,表面活性官能团增加,与基体的浸润性得到改善。大幅度地提高了复合材料的层剪强度、横向拉伸强度;改善了复合材料的压缩性能,并具有良好的耐环境性能。因此,电聚合表面处理方法是适合碳纤维生产中推广使用的一种表面改性的新方法。     

碳纤维复合材料铺层设计工程常数的分析

复合材料结构的设计步骤是材料设计和结构设计同时或交错进行的。这与我们传统的金属材料设计步骤先选材,然后进行结构设计有所不同。为了满足对碳纤维复合材料进行结构分析,本文选用国产中强型碳纤维为增强材料,与环氧648/BF_3—MEA为基体材料组成碳纤维复合材料。测定了单向板的工程常数,并对常用的几种铺层形式进行了实测和理论计算对比。     

空间环境对碳纤维—环氧复合材料影响

以往的天线反射器大都采用钣金和玻璃纤维增强塑料制造的。随着碳纤维(石墨形式的碳纤维)和凯夫拉(kevlar)纤维的发展,这些复合材料对天线的设计者是十分有用的。这类复合材料重量轻、热膨胀系数小、强度大、刚度好,可用于制造航天器的天线反射器。从1973年 Satcom Ⅰ卫星开始,这类新型复合材料已用于通信卫星天线反射器的制造,其中大部分是采用凯夫拉纤维—环氧复合材料。近年来,碳纤维—环氧复合材料有了较大的发展,用于先进的天线反射器,这类天线反射器是准各向同性的,     

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.      

日本碳纤维及其复合材料研制与生产近况

<正> 我国宇航学会组成的复合材料工艺考察团,应日本三井物产株式会社的邀请,对日本碳纤维及其复合材料进行为期三周的考察访问。先后参观访问了东京大学境界领域研究设施、东丽公司复合材料开发研究所、日本宇航技术研究所、酒井复合材料株式会社、信浓工业株式会社和三井石油化学工业公司等单位。本文着重介绍日本碳纤维发展及生产近况,复合材料成型工艺技术及应用情况等,现将有关内容分述如下。     

碳纤维复合材料承力筒长桁预制工艺技术

叙述了某型号卫星碳纤维复合材料承力筒长桁预制件的研制技术。运用介电损耗仪研究树脂基体在固化过程中的性能变化,以确定预浸料吸胶及预制件预压的工艺规范。预制件的成型采用软硬模相结合的方法,所研制的长桁预制件的性能满足了碳承力筒研制总工艺的要求,并通过了碳承力筒的地面力学性能试验。     

宇航级T800碳纤维复合材料界面调控

上浆剂对高性能碳纤维（CF）表面的修饰作用及对其复合材料界面性能的调制作用至关重要。以湿法制备的宇航级T800碳纤维为研究对象，分析上浆前后纤维表面微结构、化学组成和化学反应特性的变化规律，并对其复合材料的宏微观界面性能进行表征评价。采用X射线光电子能谱（XPS）、差式扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征方法，分析上浆剂的反应性及其与环氧树脂（EP）、双马来酰亚胺树脂（BMI）的化学反应行为。结果表明：在树脂固化温度条件下上浆剂与纤维表面基团发生化学反应，使得纤维上浆剂提取量及纤维表面活性碳元素含量降低，并且上浆剂与EP、BMI工艺具有良好的化学反应性。经过高温处理后CF表面的上浆剂失活，CF/EP的界面剪切强度发生一定变化，CF/BMI的界面剪切强度下降13%。综上可见：具有化学活性的环氧类上浆剂可明显改善CF表面特性，进而对复合材料的界面性能产生影响，其中上浆剂与树脂体系的反应性对界面亦有影响。     

CFRP管件的弯曲蠕变行为试验研究

为评价航天器结构中碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料管件的使用可靠性,开展了三点弯曲加载条件下CFRP管件弯曲性能和蠕变行为试验研究。进行了管件弯曲模量和弯曲强度测试、500 h时长的恒温蠕变测试以及–60℃~100℃和–160℃~80℃两种高低温循环蠕变测试,获得了典型温度工况、不同应力水平作用下管件弯曲蠕变变形规律。根据测试结果,确定了基于时间–温度–应力等效原理的管件蠕变主曲线以及唯象蠕变Findley模型,预测分析了管件长期蠕变变形;采用最大应变强度准则,对该CFRP管件的强度特性和安全承载能力进行了评价。结果表明,该CFRP管件在设计服役期限内能够满足蠕变变形与强度要求。     

预浸料贮存时间对MT700/603复合材料力学性能的影响

以碳纤维增强环氧树脂热熔预浸料MT700/603为研究对象，开展室温贮存时间与预固化度的关联性分析，研究预浸料预固化度对复合材料成型质量和关键力学性能的影响机制，建立预浸料贮存时间-预固化度-制品性能三者之间的内在联系。结果表明:随着室温贮存时间的延长，60 d后603环氧树脂的最低黏度增加了4.6倍，玻璃化转变温度增加了17.9 ℃，预固化度为11.2%；MT700/603预浸料贮存时间小于30 d时，制备的复合材料内部质量良好，纤维分布较为均匀，孔隙率较低，树脂的预固化度在5.3%以内，孔隙率低于0.03%；复合材料更倾向依赖于树脂基体破坏的纵向压缩强度和压缩模量对孔隙率的敏感度，要高于倾向依赖于纤维增强体破坏的纵向拉伸强度和拉伸模量；预浸料在室温贮存时树脂预固化度增加，黏度增大，加压时机与树脂黏度变化不匹配是导致复合材料构件关键力学性能下降的根本原因；根据产品的力学性能指标要求，结合不同贮存时间的关键力学性能数据，可反推出预浸料的最长室温贮存时间，实现了预浸料可用性的定量化评估。      

纤维排布对CFRP感应加热固化成型过程影响表征

在采用电磁感应加热方式实现碳纤维复合材料（CFRP）加热固化成型的过程中,如何准确表征材料各组成部分的属性参数状态对研究材料加热过程中温度、固化度及应力场分布至关重要。根据纤维实际铺层方式对材料各组成部分进行独立表征,以及碳纤维壳体的等效电-磁-热特性建立了CFRP感应加热有限元细观分析模型,将纤维织构和树脂基体单独建立,实现CFRP在感应加热过程中其内部纤维织构中物理场的变化规律以及对材料整体升温变化规律进行系统分析。通过该模型计算了材料温度、固化度及应力场分布的变化规律,揭示了碳纤维排布对材料感应加热效果的影响,并根据感应加热实验验证了该模型可以准确表征各物理场的分布状态。为研究CFRP在感应加热中各物理场变化规律提供了有效的计算模型和分析方法。     

防弹芳纶复合材料实验研究

研究以Ｔｗａｒｏｎ纤维织物为增强材料的复合材料的防弹特性，通过大量实弹试验，初步优化了树脂基体体系，并着重分析了不同树脂基体，不同树脂含量，不同固体压力等对其芳纶复合材料弹道性能的影响，揭示出了一定的规律，所得结果对防弹芳纶复合材料的进一步研究与开发应用有参考价值。     

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.     

固化参数对碳纤维/环氧复合材料的性能及断口形貌的影响

本文研究了碳纤维/环氧复合材料固化成型过程中予固化温度、加压时间对其层间剪切性能及弯曲性能的影响。为了揭示固化参数对复合材料性能影响的本质,测定了不同固化条件的复合材料中纤维含量(V_f)和孔隙率(V孔);用扫描电镜分析了复合材料的断口形貌。