国产中温固化热破胶膜性能

考察了一种适用于卫星太阳翼基板的国产中温固化胶膜的胶接性能和热破工艺性,并分别采用国产和进口胶膜,利用胶膜热破施胶方法制备了碳纤维网格面板/铝蜂窝芯夹层结构,对其弯曲性能进行评价。结果表明,国产胶膜的室温拉伸剪切强度（铝基材）为34.9 MPa,150 ℃时拉伸剪切强度降为10.2 MPa,-150 ℃时拉伸剪切强度降为30.4 MPa。碳纤维复合材料作为胶接基材时,室温拉伸剪切强度为17.5 MPa,破坏模式为基材分层破坏和胶黏剂内聚破坏的混合破坏模式。国产胶膜具有良好的热破工艺特性,在合适的工艺条件下,破孔率优于99.9%,90°板-芯剥离强度为15.4 N/cm;采用国产胶膜制备的蜂窝夹层结构的弯曲性能与采用进口Redux312UL的接近,弯曲刚度为1.94×10⁸ N·mm²,弯曲强度为35.7 MPa。     

蜂窝夹层结构粘接用聚酰亚胺胶膜的研究

采用热固性聚酰亚胺胶黏剂KHPIA-S制备了聚酰亚胺胶膜,系统研究了胶膜的厚度以及表面处理剂对复合材料蜂窝夹层结构粘揍性能的影响规律.结果表明,制备的聚酰亚胺胶膜具有优异的高温粘接性能,在320℃下对不锈钢试片粘接的剪切强度超过11 MPa,对蜂窝夹层结构粘接的平拉强度最高可达2.1 MPa.     

蜂窝夹层边缘斜削区强度仿真分析

蜂窝夹层在航空器结构尤其是直升机结构中有着广泛的应用，其中边缘闭合是夹层结构设计的特有问题，采用斜削结构过渡并与其它结构实现连接是一种典型的形式，考虑到蜂窝夹层结构在成型中斜削区施加压力的不均匀性，在斜削区与蜂窝芯子通过膨胀胶膜胶接从而避免结构脱粘，但在高温影响下膨胀胶膜的力学性能出现降低，导致蜂窝夹层边缘斜削区位置粘接强度受到影响，从而影响到整个蜂窝夹层结构边缘的传力,利用静强度分析了在常温使用条件下斜削区膨胀胶膜完全起作用下蜂窝夹层边缘的应力分布，考虑到胶膜在120℃使用环境下管剪切性能降低的情况，利用热力耦合的方法分析了在120℃使用环境下蜂窝夹层边缘的应力情况，计算结果表明在高温状态膨胀胶膜不起作用的情况下蜂窝夹层结构边缘斜削区仍满足强度要求。     

低成本全厚度缝合的复合材料泡沫夹层结构效率评定

探索了全厚度缝合的复合材料闭孔泡沫夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。为了比较，用同样的材料和工艺制造了未缝合泡沫夹层和密度相近的Nomex蜂窝夹层结构。完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗／损伤容限实验研究。结果表明，泡沫夹层缝合后，大大提高了弯曲强度／重量比、弯曲刚度／重量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、CAI强度和破坏应变。这种创新的结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低，可以在飞机轻质机体结构设计中采用。     

民机复合材料用国产高温固化结构胶膜性能研究

目前,国内民机项目采用的高温固化结构胶膜全部依赖进口,随着国产预浸料/复合材料在民机领域的考核应用的深入开展,对国产高温固化结构胶膜的应用研究尤为重要。通过采用红外、凝胶时间、流变和差示扫描量热法(DSC)对研制的高温(180℃)固化的结构胶膜ACTECH~?1302F进行理化性能测试分析,表明ACTECH~?1302F胶膜与BA3202W预浸料的树脂体系匹配性良好;制备胶膜与复合材料的二次胶接试样,测试双搭接剪切强度和"I"型层间断裂韧性(G_(IC)),结果完全满足民机复合材料用高温固化结构胶膜的使用要求。研制的国产高温固化结构ACTECH~?1302F胶膜可以实现与国产高温固化预浸料BA3202W的体系匹配,初步满足民机复合材料用高温固化结构胶膜的关键技术指标需求。     

C/C复合材料界面影响下的宏观拉伸强度模拟

C/C复合材料的宏观强度是由纤维束强度起主导作用,而纤维束强度受纤维/基体界面剪切强度影响.本文建立了界面剪切强度影响下的纤维束强度计算模型,用以计算纤维束或碳布强度.针对细编穿刺C/C复合材料利用其周期性结构单胞,纤维柬和碳布采用Tsai-Wu准则,基体采用最大应力准则,纤维束/基体界面采用内聚力单元,并对其采用二次应力准则,将单胞施加周期性边界条件,计算了纤维束/基体界面处于弱界面剪切强度并与纤维/基体界面剪切强度在一定比例协同变化时的材料宏观拉伸强度,分析了材料的破坏模式.通过计算结果表明:材料宏观拉伸强度会随两类界面剪切强度的协同增加而增加.     

TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺研究

针对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构,采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶箔带钎料,研究钎焊温度和保温时间对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构接头微观组织及力学性能的影响,优化出TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构较优的钎焊工艺为920℃/保温90min和钎料添加量80μm,该工艺参数下钎焊接头的室温拉脱强度平均值最高,可达19.82MPa,破坏部位为TA18钛合金蜂窝芯。     

7501 氰酸酯树脂及其复合材料性能

研究了7501 氰酸酯树脂的工艺和耐热性能,以EW220 布为增强材料,采用RTM 成型工艺制备
了EW220/7501 复合材料层板,研究了其室温和高温力学性能。结果表明:7501 氰酸酯树脂的最低黏度为87
mPa·s,开放期大于10 h,300℃固化后,热分解温度为431℃,Tg 可达421℃;EW220/7501 复合材料室温下具有
良好的力学性能,其中拉伸强度为393 MPa,压缩强度为356 MPa,弯曲强度为602 MPa,层间剪切强度为43
MPa,在300℃下,各项力学性能保持率均≥80%。     

平纹编织C/SiC复合材料在室温和高温环境下的拉伸行为

通过单向拉伸试验,对比研究平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料在室温和高温(1300℃,包括惰性气氛和湿氧气氛)环境下的宏观力学特性,并采用光学显微镜和扫描电镜对试件断口进行显微观察,分析其损伤模式和破坏机理。结果表明:C/SiC复合材料的室温和高温拉伸行为通常表现为非线性特征,在低应力时就开始出现损伤;纤维与基体之间界面滑行阻力的降低使C/SiC复合材料在高温惰性气氛环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的高;碳纤维的氧化严重影响材料的承载能力导致高温湿氧环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的低;C/SiC复合材料室温和高温下的拉伸均呈现韧性断裂,断口较为相似,只是纤维拔出长度和断口的平齐程度有所不同,其中高温惰性气氛环境下纤维拔出最长,高温湿氧环境下试件断口有明显的被氧化痕迹;0°纤维束表面基体开裂、明显的层间分层以及0°纤维和纤维束的拔出和断裂同时携带90°纤维束拔出是C/SiC复合材料在室温和高温下的拉伸破坏机理。     

复合材料双搭接接头拉伸强度研究

对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究,结果表明接头的破坏模式是胶层剪切破坏,并且接头的极限强度随胶层厚度的增加而增大。在此基础上建立解析模型对复合材料双搭接接头胶层剪切破坏进行研究,模型中考虑了复合材料层板单层的各向异性及胶层的理想弹塑性材料属性,通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了解析模型在计算胶层剪切应变/应力分布时的有效性。解析模型使用最大剪切应变准则计算接头的极限拉伸强度,计算得到的接头极限强度与试验结果吻合良好。     

Z-pin增强树脂基复合材料单搭接接头抗冲击性能

为了研究Z-pin增强树脂基复合材料接头的抗冲击性能,制备了Z-pin增强单搭接接头冲击试样。对比不同树脂体系Z-pin/层合板界面裂纹扩展,分别通过Z-pin拔脱试验和接头剪切试验研究Z-pin冲击后拔脱强度和单搭接接头冲击后剪切强度;结合有限元模拟和超声C扫描研究搭接面分层损伤情况。结果表明,相同冲击能量下,环氧Z-pin/环氧层合板界面抗冲击性更强,冲击能量越大,裂纹扩展越显著;Z-pin增强树脂基复合材料显著减小分层损伤面积,提高冲击后剪切强度,体积分数为1.5%、直径为0.5mm的Z-pin增强层合板分层损伤面积仅为40%,冲击后剪切强度的下降率仅为24.89%。随着Z-pin体积分数增加,搭接面损伤面积逐渐减小,冲击后剪切强度先增加后降低;随着Z-pin直径增加,层间损伤面积增加,冲击后剪切强度逐渐降低。Z-pin增强接头分层损伤模型模拟结果与试验结果基本吻合。      

适合航空航天用SiCp/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了Φ300 mm的15%(体积分数)SiCp/A l复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点。结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250~290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa.m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2。与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象。挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度。     

F-12 纤维/ 氰酸酯树脂基复合材料力学性能研究

采用预浸法缠绕工艺制备了F-12纤维/氰酸酯树脂基复合材料NOL环、层合板和φ150 mm压力容器,研究了F-12纤维/氰酸酯复合材料的力学性能以及断口微观形貌.研究结果表明,F-12纤维/氰酸酯复合材料的层间剪切强度≤35 MPa,φ150 mm压力容器特性系数PV/Wc值达到34.22 km,纤维强度转化率达到70.22％,断口破坏形式以F-12芳纶纤维撕裂和微纤化为主.     

碳纤维表面状态对C/C复合材料性能影响的研究

用两种经高温处理的碳纤维织物,以酚醛树脂作为基体先驱体,制备了二维C／C复合材料。通过扫描电镜（SEM）,X－射线光电子能谱（XPS）研究了两种碳纤维（TCF和JCF）的表面状态,测试了C／C复合材料（TCC和JCC）的层间剪切强度,拉伸性能,SEM观察表明,TCF及JCF表面都有沟槽,但TCF横断面呈腰子形非圆形,XPS分析表明TCF表面含氧官能团数量多,力学测试结果为：TCC层间剪切强度（ILSS）高于JCC,达到16．1MPa;TCC拉伸强度,模量均高于JCC,而JCC断裂延伸率达1．1％,是TCC的3倍,拉伸断口SEM分析表明,TCC断口平整,无纤维拔出,呈脆断,JCC断口有纤维拨出,是纤维控制的多层基体断裂。     

环境温度对二维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响研究

为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响，在室温和800℃，1 000℃，1 200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜拍摄了试件的断口形貌。结果表明：800～1 200℃内，二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸应力-应变响应同样具有明显的双线性特征，初始线性段的弹性模量与室温测试结果相近，高温环境下第二线性段弹性模量低于室温环境；800～1 200℃惰性气体环境下材料拉伸强度较室温环境低20%左右；温度主要影响材料中纤维与基体的结合状态和SiC纤维的强度。一方面，温度越高断口纤维拔出情况越严重；另一方面，温度越高SiC纤维强度越低，二维编织SiC/SiC复合材料强度也有所下降。     

HIT-J01 腻子的制备及性能

采用有机硅树脂掺杂无机粒子制备了一种耐高温腻子(HIT-J01),研究了其粘接性能、膨胀特性和抗热震性能。通过SEM及XRD分析了腻子的微观结构和相变化。结果表明:制备的腻子具有良好的粘接和抗热震性能,粘接C/Si C的单搭接剪切强度为5.5 MPa,1 200℃在线单搭接剪切强度1.8 MPa。腻子同基材C/Si C具有良好的热膨胀匹配性能。HIT-J01腻子在高温条件下生成的Al2O3·(B2O3)n融体。在风洞考核环境下,腻子封堵面平均温度高达1 200℃,最高温度达到1 400℃,风洞实验后,腻子表观平整、无裂纹。     

二维机织树脂基复合材料湿热性能研究

实验研究了不同铺层厚度的二维机织玻璃纤维织物/环氧胶膜基体复合材料层压板室温和湿热环境下的开孔拉伸和弯曲性能.结果表明,材料弯曲强度具有尺寸效应,弯曲强度随试样铺层厚度增加基本上线性下降,下降率为5.2%/mm;材料平衡吸湿量平均为2.2%,吸湿后基体性能发生退化,退化程度与试样厚度有关.材料达到平衡吸湿后70 ℃,相对湿度85%的湿热环境下,弯曲强度下降严重,其强度保有率平均为31.7%;开孔拉伸强度保有率随试样厚度线性增加,增加率为4.2%/mm,强度保有率平均为70.0%.     

可溶性改性双马来酰亚胺树脂基体的研究

在双马来酰亚胺/二元胺/改性剂A预聚体系中加入环氧丙烯酸树脂,制备了一种可用作耐热复合材料基体的改性双马来酰亚胺树脂。用DSC研究了该树脂基体的反应特性,并制定出了合适的固化工艺参数:改性树脂基体经140℃/1 h 160℃/1 h 180℃/2 h初固化,于220℃/8 h后固化处理,其热变形温度(HDT)为245℃;该树脂与玻璃纤维制备的单向复合材料层压板的室温拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度分别为1 030 MPa、1 600 MPa和92．1 MPa;180℃下测得弯曲强度保持率为67．8%,层间剪切强度保持率为63．2%,用DMA法测得T_g为273℃。     

3D针刺C/SiC复合材料螺栓的低成本制备及力学性能

以三维针刺碳毡作为预制体,通过化学气相渗透(CVI)工艺,制备了密度约为1.50～1.60 g/cm3的半成品C/SiC复合材料板材,然后采用专用磨具在半成品复合材料板上按照指定的取样方式切割出螺杆与头部毛坯,并分别对螺杆和头部攻丝,将两者装配在一起形成半成品螺栓,对半成品螺栓CVI致密化并在其表面制备SiC抗氧化涂层,制备出低成本的3D针刺C/SiC复合材料螺栓.提出了C/SiC复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的夹具,对所制备螺栓的力学性能进行了测试表征,并利用扫描电子显微镜(SEM),对C/SiC复合材料螺栓的拉伸断口形貌进行了观测.结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,室温下螺栓的抗拉强度和剪切强度分别为151.7 MPa和85.6 MPa.     

碳/碳复合材料室温和700 ℃面内剪切疲劳试验

为了研究高温环境碳/碳复合材料面内剪切疲劳特性,以含防氧化涂层的[±45] 4S 铺层碳/碳复合材料为研究对象,开展了 室温和700 ℃下的拉/拉疲劳试验。结果表明：碳/碳复合材料面内剪切剩余刚度变化呈横向的“S”形,对比室温环境,在700 ℃下 碳/碳复合材料面内剪切疲劳在中期损伤时的刚度降低趋势更为明显,在室温时发生疲劳断裂的剩余刚度为初始刚度的82%,而 在700 ℃下则降低至初始刚度的68%;在室温环境下碳/碳复合材料在33%和66%循环数后的面内剪切剩余强度分别为初始强度 的95.20%和85.70%,当温度升高为700 ℃时,分别为96.43%和85.59%。基于损伤因子的刚度和强度表征,考虑温度、应力水平的 影响,建立了碳/碳复合材料剩余刚度、剩余强度模型,较好地拟合了试验数据,高精度地获得了室温和700 ℃下碳/碳复合材料面 内剪切疲劳剩余刚度、剩余强度理论曲线,为后续复杂碳/碳复合材料结构件疲劳寿命预测提供了重要数据。