RTM成型聚酰亚胺复合材料的热氧老化特性

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了U-3160碳纤维增强HT-350RTM聚酰亚胺树脂基复合材料(U-3160/HT-350RTM),研究了不同老化温度、老化时间下U-3160/HT-350RTM复合材料的失重率的变化规律,建立聚酰亚胺复合材料老化失效特征与老化时间/老化温度的关系,并通过微观形貌分析阐述了其在热氧老化过程中的失效机理。结果表明:在一定温度下复合材料的失重率变化符合三次多项式的变化规律,复合材料的老化在材料近表面尤为明显,由于氧分子作用,聚酰亚胺树脂发生降解导致孔隙率增加,因此温度越高、老化时间越长老化加速现象越明显。     

先进聚合物基复合材料的老化研究——Ⅰ.热氧老化

研究了 T3 0 0 /540 5和 T3 0 0 /HD0 3这 2种先进复合材料在热氧老化中的失重率、力学行为和玻璃化转变温度随老化温度与老化时间的变化。发现它们的热氧化机理包括脱湿、残余低分子组分的挥发、后固化、热分解和物理老化等,各机理的比重取决于老化温度     

热氧、湿热和热水老化对T300/ BHEP 复合材料玻璃化转变温度的影响

通过对碳纤维/环氧复合材料(T300/BHEP)进行热氧、湿热和热水老化研究,得到了材料的质量变化率和Tg随老化条件的演变规律,分析了老化机理.结果表明:T300/BHEP复合材料在热氧老化条件下,因后固化和自由体积收缩,Tg升高;在湿热和热水老化条件下,因水分塑化作用和水对分子链间氢键的破坏,Tg降低.三种老化条件下,Tg与质量变化率均呈线性关系.对比80℃热氧、80℃/RH75%湿热和80℃热水老化条件下的结果,发现水分的塑化作用对Tg的影响要大于因热的作用产生的后固化,且湿度越大,Tg降低越明显.     

航空航天结构复合材料湿热老化机理的研究

通过研究T300／5405和T300／NT9200复合材料以及基体树脂5405和NY9200的浇注料在80℃水浸中的吸水动力学，红外光谱，动态力学性能和表达形态的变化，分析了复合材料的湿热老化机理，结果表明：在80℃水浸的加速湿热老化条件下，两种复合材料的老化机理主要是吸入水分对基体的塑化／溶胀作用以及因树脂与纤维湿膨胀的不匹配所产生的内应力引起的微观开裂。     

基于湿热环境下的碳纤维复合材料力学性能研究及老化寿命预测

对T700/TDE-86碳纤维复合材料开展人工加速湿热老化试验,通过对比分析复合材料老化前后剖面形貌和物理化学特性,探讨了复合材料的吸湿扩散行为,研究了复合材料力学性能演变规律;并构建剩余强度计算模型,结合环境系数预测了湿热环境下复合材料的老化寿命。结果表明：复合材料吸湿率随老化时间延长而逐渐增大直至趋于平缓,符合Fick扩散定律;相对于未进行湿热老化的复合材料,经60℃、95%RH湿热环境老化后的复合材料各力学性能均有所下降,其中剪切强度最为严重,老化64 d后其强度下降率高达25%;基于剩余强度与环境系数预估的T700/TDE-86碳纤维复合材料寿命期限约为30年,为树脂基复合材料未来服役可靠性奠定了基础。     

基体厚向梯度化聚酰亚胺复合材料制备与表征

研制树脂传递模塑成型（RTM）用聚酰亚胺树脂基体RTM-PI,采用RTM工艺制备基体厚向梯度化聚酰亚胺复合材料,提升复合材料热稳定性能。基体梯度化复合材料包括RTM-PI树脂基芯层和高热稳定树脂基表层,RTM成型工艺参数基于树脂升温热失重、流变和固化反应数据确定。结果表明：RTM-PI树脂兼具低黏度、超长工艺适用期和耐高温性能,最低黏度在0.1 Pa·s以下,工艺期在300 min以上,玻璃化转变温度达到445℃;基体厚度梯度化复合材料内部质量优异,350℃热老化100 h的失重相对纯RTM-PI复合材料可降低48%以上。     

循环湿热老化对T700/TDE86碳纤维复合材料 层间断裂韧度的影响

对T700/TDE86碳纤维增强树脂基复合材料进行加速循环湿热老化实验,研究不同循环湿热老化天数对Ⅰ型张开以及Ⅱ型滑移两种层间断裂韧度的影响。结果表明:循环湿热老化之后的复合材料Ⅰ型层间断裂韧度出现明显的R曲线,且随着循环湿热老化天数的增加,裂纹初始扩展能量释放率(GIC,init)与裂纹稳态扩展能量释放率(GIC,prop)都获得了大幅提升;复合材料Ⅱ型层间断裂韧度随着循环湿热老化天数的增加,呈现阶梯状下降的趋势,而且在循环湿热老化前期,下降幅度最大,为21.68%。     

三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料热氧老化的强度降解机制

三维机织复合材料热氧老化强度降解机制对复合材料的安全性和耐久性设计至关重要。采用“基体收缩”二步法结合高速摄影记录冲击压缩变形过程和micro-CT表征冲击内部损伤形态,研究三维角联锁机织复合材料老化前后的冲击压缩行为,揭示热氧老化的强度降解机制。研究发现,老化复合材料表面产生的界面裂纹随老化时间增加持续变宽。老化复合材料的冲击压缩性能随老化时间增加逐渐下降,其压缩模量在老化32 d后下降了16.6%,老化复合材料中树脂基体热氧降解和界面脱粘共同作用阻碍了应力波从树脂到纱线的传递导致纱线断裂时间提前,破坏形态更严重。同时,老化裂纹会影响剪切裂纹的扩展路径导致剪切带更宽、损伤更严重,使老化复合材料的冲击压缩性能严重下降,但不会改变冲击压缩45°剪切破坏模式。研究结果为复合材料在热氧环境长期服役的冲击工程制造提供了理论依据。     

树脂基复合材料T300/5405的吸湿性能及湿热环境对力学性能的影响

研究了单向铺层的T300/5405复合材料在六种湿热环境中的吸湿行为,并利用扫描电镜研究了材料吸湿过程中的形貌变化。同时计算了在不同湿热条件下的水分扩散系数。结果表明在较高的温度和湿度下会使水分的扩散速率增加。老化后试样的剪切强度、弯曲强度和压缩强度随着老化时间的延长均有所下降,同时在相同的温度条件下,提高湿度会使材料的力学性能下降更快。     

国产CCF300碳纤维/BMP316聚酰亚胺树脂基复合材料力学性能研究

研究了国产CCF300碳纤维/BMP316聚酰亚胺树脂基复合材料的力学性能及其断口形貌,并与T300/BMP316聚酰亚胺树脂基复合材料的相关性能进行对比,结果表明:CCF300/BMP316复合材料的力学性能与T300/BMP316复合材料基本相当,国产CCF300碳纤维可以在高温下替代T300碳纤维使用。