紫外固化环氧树脂复合材料及其修补性能研究

为了推进紫外固化技术在树脂基复合材料的制备及结构修补中的应用,制备了紫外固化环氧树脂基复合材料并进行力学性能测试和微观组织分析。在此基础上,采用紫外固化复合材料对含人工缺陷的层合板试样进行了修补。结果表明,与热固化复合材料相比,采用紫外固化技术制备的复合材料具有良好的综合力学性能,复合材料中树脂基体与纤维之间结合良好;紫外固化复合材料制成的修补贴片对缺陷试样的修补效果显著,修补后试样的拉伸强度可以达到标准试样的84.1%,是缺陷试样的1.21倍。实验证明采用紫外固化复合材料修补贴片对缺陷进行修补是一种快速、有效的修补方法。     

M46J高模量碳纤维预浸QY8911纤维束性能研究

以航空发动机应用为背景，研究了M46J／QY8911缠绕复合材料的预浸纱制备方法及性能，根据M46J特性，对现有的GB3326中纤维束力学性能测试试样的加强方式进行了改进，制作了M46J浸渍QY8911树脂的纤维束试样并测试其力学性能，同时与M46J浸渍环氧树脂的纤维束的力学性能进行比较，研究表明，不同树脂特性，不同固化工艺以及制造中所施加的张力都会影响到纤维束的纤维利用率。     

热引发前线聚合法快速制备蒙脱土/环氧树脂复合材料

采用热引发前线聚合法(TFP)快速制备了蒙脱土/环氧树脂纳米复合材料,研究了填料含量对前线聚合反应的前线推动速率Vf和最高前线温度Tmax的影响,并通过使用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和力学性能测试等手段对不同固化物的性能与结构进行测试和表征。结果表明:不同体系的前线推动速率和最高前线温度均随蒙脱土含量的增大而变小;采用TFP法使蒙脱土/环氧树脂复合体系完全固化;蒙脱土在固化物中实现了插层或剥离,对基体树脂具有较好的增韧作用。     

粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料导热性能的研究

采用粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料,研究金刚石颗粒体积分数、烧结温度对复合材料导热性能的影响。利用扫描电镜观察金刚石/铝复合材料组织形貌,采用阿基米德排水法和热导仪测试金刚石/铝复合材料的致密度及热导率。研究结果表明:当烧结温度为875℃,金刚石/铝复合材料组织致密,颗粒分布均匀。随烧结温度的升高,金刚石/铝复合材料热导率呈先增加后降低的趋势,当金刚石体积分数为20%,烧结温度为875℃,其热导率最高为243 W/(m·K)。     

玄武岩纤维及其格栅布对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律

通过大掺量超细工业废渣及采用普通工艺成功制备了3类超高性能水泥基复合材料,分别测试了其7,28,90 d的抗压强度和抗折强度,并对其进行了分析。讨论了玄武岩纤维及玄武岩纤维格栅布对其力学性能的影响,并对其弯曲荷载-挠度曲线进行了分析。结果表明,玄武岩纤维体积掺量为0.5%~1.5%时可以提高混凝土的抗折强度和抗压强度,但提高幅度有限,而玄武岩纤维格栅布对提高复合材料的力学性能有明显的效果,表现出良好的增强增韧效果。     

聚氨酯改性环氧树脂的研究

用原位聚合法制备了聚氨酯/环氧树脂复合材料,考察了不同因素对刚性聚氨酯/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明,在所得复合材料中,当聚氨酯含量不高时,其冲击强度、拉伸强度和耐热稳定性能同时得到提高;若刚性聚氨酯含量超过一定范围,材料的拉伸强度逐渐降低。比较了聚酰胺、咪唑、三乙胺、三乙烯二胺四种固化剂的固化效果,结果表明,聚酰胺固化效果最好,咪唑的固化效果次之,三乙胺固化改性后的力学性能较差,而三乙烯二胺不能完全固化聚氨酯/环氧树脂复合材料。制得了拉伸强度为54.6MPa,冲击强度为12.025KJ.m-2的高韧性聚氨酯/环氧树脂复合材料。     

三维编织复合材料圆管轴向压缩性能及破坏机理

通过真空辅助树脂传递模塑成型技术，制备了三维多层缠绕编织、三维五向面芯编织和三维七向编织3种不同三维编织复合材料圆管。系统分析了三维编织复合材料圆管的纱线轨迹，分别开展了准静态轴向压缩试验，研究了不同编织工艺对三维编织复合材料圆管的压缩承载、破坏模式及吸能性能的影响。结果表明：不同编织结构圆管的轴向承载能力和破坏机制存在显著差异。三维多层缠绕编织圆管的环向纱体积含量较高，能有效承担轴向载荷，其轴向承载能力明显高于其余两类编织圆管。但由于纤维间载荷传递性能较弱，易发生脆性破坏，导致吸能效果最差。而三维五向面芯编织和三维七向编织圆管具有紧密交织的纱线结构，径向编织纱能有效限制剪切裂纹扩展，从而引发渐进稳定的开花式破坏，此类破坏具有较好的吸能特性。三维五向面芯编织圆管纤维断裂更加充分，吸能效果最为优异。     

纤维增强复合材料宏细观传热分析

利用有限元单胞方法,通过对复合材料结构进行多尺度建模,分析了复合材料的传热性能,讨论了不同因素对于复合材料热传导性能的影响。首先采用有限元单胞法获得单层板的热物理性能,再根据具体铺层次序获得多层板的热物理性能,最后针对一种实际使用的航天复合材料支架结构进行了防热和承载能力的计算和试验。结果表明,复合材料单层板的热传导性能呈各向异性,沿纤维方向的热导系数与纤维体积比呈线性关系,垂直纤维方向的热导系数与体积比呈非线性关系,计算结果与试验结果吻合较好,文中采用的方法可用于复合材料结构的导热计算。     

截面形式对复合材料杆件固化变形的影响

热固性复合材料构件应用广泛,但其在加热固化成型过程中易产生变形。通过优化铺层设计,可以减小碳纤维增强环氧树脂细长杆件固化过程的变形,但是忽略了截面形式对固化变形的影响程度。本文提出在复合材料大长径比构件设计时应采用有限元分析(Finite element analysis, FEA)方法进行热变形分析,充分考虑截面对称性对产品固化变形的影响,有效降低该类产品固化过程中的变形。     

负压实型铸造法制备金属基复合材料的工艺研究

运用负压实型铸造法（Ｖ－ＥＰＣ）成功地制备了钢纤维增强铝基复合材料,对所制备的试样进行了力学性能测试并观察了微观组织和断口形貌。试验表明,机械固结法可用于制备纤维预制件,最佳浇注工艺参数为浇注温度７３０～７４０℃,浇注速度３～４ ｋｇ／ｓ,铸型负压度－ ０．０２５～－ ０．０４０ ＭＰａ。分析了气化模制备的影响因素以及浇注工艺参数对复合材料性能的影响。     

再生型木塑复合材料的研究

为了充分利用城市固体废弃物中的各项资源,本项工作将固体废弃物中的高密度聚乙烯(H igh dens itypo lyethy lene,HDPE)回收后与废弃的木纤维进行复合,成功地制备出再生型木塑复合材料。研究了木纤维长度、含量以及相容剂对木塑复合材料热性能和力学性能的影响。通过扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断口形貌,分析了此类复合材料的断裂机制。结果表明:木纤维的加入使HDPE的结晶温度降低,结晶速度减慢;相容剂的加入大大改善了木纤维与基体树脂之间的界面结合。随着木纤维含量的增加,木塑复合材料的弯曲强度升高,冲击强度下降。     

高体分SiCp/Mg复合材料真空压力浸渗制备工艺研究

进行了真空压力浸渗法制备高体积分数SiCp/Mg复合材料的工艺实验.结果表明,真空压力浸渗法具有良好的渗流条件,避免了气体和夹杂物的裹入等问题;在压力为300 kPa、温度为973 K及保压时间为5 min条件下,成功渗透了振实堆积的单一尺寸SiCp多孔体的最小粒径为32 μm;浸渗后的复合材料中SiCp体积分数达到了58.21%.经OM、XRD分析表明,镁液渗透均匀,复合材料内部组织致密,无明显的孔洞及夹杂等铸造缺陷.     

均匀化有限元法预测双向纤维增强复合材料力学性能

采用一个3D代表体积单元(RVE)微观模型并结合均匀化有限元的方法预测了双向连续纤维增强复合材料的力学性能。假设纤维和基体在其应力达到抗拉强度之前满足线弹性规律。分别分析了纤维/基体弹性模量比、泊松比及其纤维含量的对复合材料宏观力学性能的影响;以及采用内聚力模型分析界面性能对整体力学性能的影响。结果显示:纤维泊松比对复合材料力学性能影响很小;纤维模量对复合材料抗拉强度及面外方向的弹性模量影响较小,但对面内方向的弹性模量影响较大;随纤维含量的增加,宏观弹性模量及面内抗拉强度随之线性增加,而面外抗拉强度有减小趋势;界面的存在会降低复合材料的抗拉强度。     

三维机织复合材料纱线观测与细观几何模型

通过对三维机织复合材料细观切片拍照,追踪材料内部纱线各个截面的形状和形心坐标,从而确定三维机织复合材料纱线真实细观形态和轨迹.并据此建立了一个新的三维机织复合材料几何模型,计算了三维机织复合材料的纤维体积含量.结果表明:该模型能够较好地反映三维机织复合材料内部的真实结构,为建立更精确的力学模型打下基础.     

平纹编织C/SiC复合材料热残余应力的模拟和分析

通过对平纹编织C/SiC复合材料SEM照片精确测量,获取了纤维束的几何参数,并以四参数正弦函数为拟合方程,得到了RVE的建模曲线方程,并建立了RVE的三维有限元模型。采用间接耦合的降温法,模拟计算了C/SiC复合材料的轴向热残余应力,其计算结果与理论值接近;并分析了制备温度以及纤维体积含量对热残余应力的影响。     

超声复合法制备的SiCP/ZA27复合材料的力学性能

利用高能超声复合法制备了S iCP/ZA 27复合材料(其中S iC颗粒的最小粒径可达0.5μm)。对其进行的力学测试结果表明,随颗粒尺寸和含量的增加,复合材料的抗拉强度和弹性模量有所提高,但颗粒含量对力学性能的影响远比粒径的影响显著。在几何必须位错模型的基础上,确定了复合材料流动应力的表达式,建立了复合材料的强化模型,试验值与理论值基本吻合。     

熔融沉积法制备纤维素纳米纤维增强聚乳酸基复合材料的拉伸性能（英文）

生物可降解聚合物可以在保持结构力学性能的同时可以实现碳中性,是石油基聚合物的潜在替代品。在这些聚合物中,聚乳酸(Polylactic acid,PLA)因其良好的力学性能、生物相容性和热塑性而特别有发展前景。本文利用机械脱脂纤维素纳米纤维(Cellulose nanofiber,CNF)来提高聚乳酸的力学性能,该纤维具有显著的力学性能和生物降解性。熔融沉积建模(Fused deposition modeling,FDM)是热塑性聚合物的三维打印方法之一,可以降低制造成本。本研究采用FDM法制备了机械脱脂CNF增强PLA基复合材料,并在两个打印方向(0°/90°和+45°/-45°)上研究了它们的拉伸性能,梳理了机械制备CNF增强PLA基复合材料的印刷方向与拉伸行为之间的关系。此外,利用扫描电镜研究了机械脱脂CNF增强PLA基复合材料的显微组织和断口。     

基于节点插值子胞模型的纺织复合材料力学性能预测(英文)

节点插值子胞模型是一种通过虚位移原理和代表性体积单元建立宏观和细观应变之间关系的细观力学方法。采用节点插值子胞模型进行二维纺织纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能预测。分别建立二维平纹和交叉编织复合材料单胞的细观结构分析模型,分别采用三次B样条和正弦曲线来模拟经纱和纬纱的截面和弯曲形式,并根据纤维和基体中的孔隙含量对其模量进行折减,采用节点插值子胞模型进行宏观力学性能预测,并分析了细观结构参数和纤维体积含量对材料力学性能的影响。节点插值子胞模型的预测结果与有限元法比较表明:采用节点插值子胞模型进行二维平纹和交叉编织陶瓷基复合材料力学性能预测的有效性和可行性。     

针刺纤维复合材料单胞模型构建及力学性能研究进展

三维针刺纤维复合材料有独特的网状结构,变形能力强,同时针刺技术可设计性强,能制造大型复杂结构,常用于航空刹车盘、固体发动机喷管喉衬及其扩张段等结构中。在工艺成型过程中,受纤维铺层结构和针刺工艺参数等因素影响,材料针刺区域的纤维体积含量和纤维偏转路径不规则分布,容易引起应力集中,导致损伤发生,同时其内部细观结构极其复杂,导致材料的力学性能难以预报和分析。因此,本文从三维针刺纤维预制体成型工艺、三维针刺复合材料单胞建模方法和力学性能分析三个方面入手,重点介绍了预制体工艺成型过程仿真技术和复合材料工艺参数化建模方法在力学性能分析方面的应用,概述和评价了材料考虑针刺预制体成型工艺过程的细观单胞建模方法和基于实验、数值模拟的刚度、强度及损伤行为等力学性能分析方法的研究现状,同时对扩张段针刺复杂结构的性能分析进行论述。在针刺复合材料及其复杂结构的力学性能分析中,仍面临一些困难和挑战,如何建立针刺预制体成型工艺参数与针刺复合材料力学性能之间的映射关系,从材料细观结构到针刺复合材料复杂结构力学性能的分析方法,优化针刺复合材料制造工艺,是推进针刺复合材料和复杂结构在航空航天领域应用的关键。     

模具材料对复合材料制件固化过程应变的影响分析

复合材料热压罐固化工艺过程中,制件的固化变形依旧是影响成形质量的重要原因。通过光纤光栅和热电偶相结合的方法对复合材料制件在热压罐成形工艺过程中的温度和应变进行在线监测,研究了树脂基体对制件应变的影响规律,并基于此分析了不同模具材料对制件固化过程应变和固化变形的影响。试验结果表明:树脂与模具是复合材料固化过程应变变化的主要影响因素,在升温/保温阶段,树脂的流动、热膨胀、固化反应等是应变变化的主要原因,而在降温阶段模具收缩对应变变化起主导作用;不同模具材料的刚度、与制件的结合能力以及热膨胀系数的变化会在复合材料固化过程的不同阶段对应变变化产生较大影响。本文获得了不同材质模具试验条件下复合材料制件固化过程中的应变曲线,分析了固化过程中模具对复合材料制件内部应变的影响规律,为深入分析大型复合材料构件固化变形提供了理论支撑。