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.     

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。     

纳米改性环氧树脂固化反应及表面与摩擦性能

利用纳米粉末橡胶结合无机纳米氧化铝以改善环氧树脂的表面强度性能和摩擦性能.采用差示扫描量热法(DSC,Differential Scanning Calorimeter)研究了纳米改性环氧树脂的固化反应动力学; 采用动态超微硬度表征了纳米复合材料的表面强度; 评价了纳米改性环氧树脂复合材料的摩擦系数.结果表明, 纳米复合材料与环氧树脂具有相同的固化反应机理, 单一纳米粒子的加入降低了固化反应的表观活化能, 两种纳米粒子的复配使用增加了固化反应的表观活化能.纳米粒子使固化反应程度下降, 导致固化反应热显著下降.复配使用纳米氧化铝和纳米粉末橡胶能够改善环氧树脂复合材料的摩擦系数、表面硬度和弹性模量, 实现了对表面强度性能和摩擦性能的优化.     

混杂化是改善CFRP韧性的有效途径

碳纤维复合材料(CFRP)虽然以模量高、强度高而作为受力构件材料越来越多地被应用。但CFRP性脆,韧性差,其应用在很大程度上受到了限制。若将玻璃纤维(G_纤)或Kevlar纤维(K_纤)代替部分碳纤维,即制成C/G,C/K混杂复合材料,在不太损失其它性能的前提下可以大大提高CFRP的冲击韧性[1][2]。实验证明,混杂化是改善CFRP韧性的一个切实可行的途径。     

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,     

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。     

连续玄武岩纤维及其复合材料耐腐蚀特性

通过考察玄武岩纤维在蒸馏水、氢氧化钠溶液及盐酸中煮沸3h后的强度与质量变化,及其复合材料在8种化学介质中分别浸泡15d、30d和90d后的力学性能与表面形态变化,对一种国产连续玄武岩纤维及其复合材料的耐化学介质腐蚀性能进行了实验研究.结果表明,该玄武岩纤维及其复合材料都有很好的耐水及耐碱性能,且纤维的耐碱性能优于其耐酸性能.由于玄武岩纤维的耐酸碱性能差异,使复合材料具有如下腐蚀特性:酸性介质中,复合材料弯曲强度和弯曲模量同步降低;碱性介质中,复合材料弯曲强度降低,而弯曲模量几乎保持不变.      

复合材料红外无损检测的建模分析和热像处理

红外热成像无损检测由于检测面积大、速度快和非接触从而在复合材料缺陷检测中的应用越来越广泛.对碳纤维增强塑料的红外热成像无损检测从数学建模和热像数据处理2个方面作了研究.针对含有teflon夹片的碳纤维增强塑料试件的红外无损检测实验中出现的缺陷表面温差信号为负的"非传统"现象提出了新的数学模型,作了仿真计算,解决了常规模型预测结果与实验结果之间的矛盾.应用5种国际上流行的热像数据处理方法对实验数据进行了处理,并对各种处理方法用统计方法作了比较,结果表明傅里叶变换和相关分析法具有最高的信噪比.      

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。     

三维编织复合材料圆柱销剪切试验与数值模拟

复合材料紧固件连接技术是复合材料结构加工制造的关键技术之一,针对三维编织复合材料圆柱销紧固件的剪切性能进行了试验和有限元数值模拟分析。试件采用了三维全五向编织工艺进行制备。通过双剪性能测试得到了三维编织复合材料圆柱销的极限承载能力和破坏断裂形式,采用均匀化方法对圆柱销试件的宏观弹性常数进行了预测,采用改进后的Tsai-Hill准则并引入连续介质损伤力学建立了一套三维编织复合材料强度分析方法,并根据该方法对圆柱销试件在剪切载荷作用下的渐进失效破坏过程进行了有限元分析,计算结果与试验结果具有良好的一致性,表明提出的强度分析方法在预测三维编织复合材料结构件的宏观强度性能方面是有效可行的。      

碳纤维环框检测技术研究

增韧环氧树脂碳纤维材料性能的优异性使其在航空、航天领域主承力结构中占比不断提高。目前，在航空、航天领域，复合材料加工能力已成为航空、航天制造企业先进性的重要指标之一。为满足航空、航天发展形势，针对航空、航天承力增韧环氧树脂碳纤维环框为研制对象，总结与分析了零件宏观和微观领域检测技术方法及结果。研究结果可为中国航空、航天碳纤维承力零件的制造提供技术数据和参考。     

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.     

辐照对蜂窝夹层结构力学性能的影响

通过对一种碳纤维复合材料面板铝蜂窝夹层结构辐照前后力学性能的试验 ,得到了辐照影响该种蜂窝夹层结构力学性能的变化规律。在试验的基础上 ,讨论分析了空间辐照对碳纤维面板铝蜂窝夹层结构力学性能的影响机理。通过试验和比对 ,从中找出了具有一定普遍性的规律 ,提出了如何提高该蜂窝夹层结构抗空间辐照的研究方向。     

氧等离子体对空间材料作用的实验研究

利用制作的射频放电氧等离子体试验装置对单面镀铝Kapton、聚四氟乙烯、聚酯膜、聚酰亚胺、硅橡胶、碳纤维/环氧树脂复合材料、开芙拉,Ag、Cu、Al 箔及OSR(Optical Solar Reflector)等数种空间用材料作了耐氧等离子体性能试验,测量了材料试样在氧等离子体作用后的质量损失、表面电阻率、太阳吸收率α_s和红外辐射率ε等参量,并对试验结果及实用性等问题进行了分析讨论。     

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。     

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。     

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.