T300和国产碳纤维本体的力学性能对比及其分析

由于T300与国产碳纤维的性能有很大差异,其中包括纤维本体的差异和涂层的差异。主要研究了两种纤维本体强度的差异。通过对两种纤维本体单丝拉伸强度的测试和Weibull统计方法分析可知,国产碳纤维要比T300的单丝拉伸强度大,稳定性较好。X射线衍射(XRD)分析表明T300纤维微晶尺寸较小并且石墨化程度比国产碳纤维差。元素分析显示,T300中N元素含量超过国产碳纤维。结果表明,微晶尺寸和纤维中N元素含量是影响碳纤维强度的重要因素。
     

C／C复合材料石墨化度的测定和评价

用Ｘ射线衍射方法对不同热处理温度下Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度进行了测定，并对衍射峰进行了分峰处理。得出该材料由三种不同组元构成，即树脂炭，碳纤维和热解炭，求出各组元的石墨化度值及所占比例，进而得到试样的加权平均石墨化度。     

PAN基高模量碳纤维微观结构研究

采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光谱(Raman光谱)研究了3种自制PAN基高模量碳纤维(1#,2#,3#)的微观结构,并与M40J,M46J,M55J碳纤维进行了对比。结果表明:3种自制PAN基高模量碳纤维微晶尺寸的大小顺序为3#2#1#;1#到3#碳纤维表面和截面Raman光谱所获得的R值(D峰和G峰的积分强度比)均减小,石墨化程度升高,结晶性变好;1#碳纤维的结晶性介于M40J碳纤维和M46J碳纤维之间,2#和3#介于M46J碳纤维和M55J碳纤维之间;三者的石墨化程度略高于M46J碳纤维。     

CFRP薄壁圆筒壳端面磨削工艺研究

阵列碳纤维复合材料管是由碳纤维增强复合材料(CFRP)薄壁圆筒壳阵列排布后粘接制备而成，兼具碳纤维复合材料和蜂窝结构的优异性能，是一种新型的可应用于深空探测反射面板的理想材料结构。由于材料和制备方面的特殊性，在阵列碳纤维复合材料管加工过程中会由于磨削力过大导致多种加工损伤，为其高效低损伤加工带来了挑战。本文开展CFRP薄壁圆筒壳磨削加工正交试验，系统研究磨削深度、切出角度、主轴转速、进给率对磨削力的影响规律和影响程度。研究结果表明:工艺参数对水平面合力的影响程度依次为进给率、磨削深度、切出角度、主轴转速，对轴向力的影响程度依次为切出角度、主轴转速、进给率、磨削深度。研究对阵列碳纤维复合材料管高效低损伤加工工艺的制订具有参考意义。     

形状记忆四枚缎纹编织复合材料拉伸力学性能试验研究

为研究形状记忆四枚缎纹碳纤维编织复合材料的力学性能,对其进行了单轴拉伸强度试验和低周循环拉伸试验,得到了材料的拉断强力、应力-应变曲线、弹性模量和滞回环面积及力学行为特征。针对具有波纹状表面的编织材料,提出了用每根纱线能承受的拉断强力表征材料强度。分析结果表明:编织密度4.5+4.0,5.5+5.0的两种材料经向纱线拉断强力分别为412.3,403.1牛/根,稳定弹性模量分别为43.9,31.6GPa;纬向纱线拉断强力分别为434.6,539.9牛/根,稳定弹性模量分别为53.1,30.4GPa;材料的拉伸强度、弹性模量与编织密度(即纱线束的卷曲度)有关,同时也与复合材料的成型工艺有关;试验结果具有一定的离散性,对此类有大尺寸结构单胞的编织复合材料,试件制作和试验方法等需与传统层合复合材料有所差异。研究对大尺寸结构单胞编织复合材料的力学性能研究及航天器结构机构工程应用有一定的参考价值。     

糠酮树脂炭及其炭/炭复合材料微观结构与性能研究

通过浸渍/炭化(PIC)工艺制备了糠酮树脂炭块及糠酮树脂基炭/炭复合材料,对其密度分布、力学和热物理性能及微观结构高温演变过程进行了分析研究。结果表明,制备的糠酮树脂炭块及其炭/炭复合材料密度分布较为均匀,其压缩强度分别为33.9、99.4 MPa,室温~1 000℃时平均线膨胀系数分别为3.91×10-6、1.69×10-6K-1;当热处理温度达到2 100℃左右时,Lc值开始大幅度增长,标志着无定形碳向石墨晶体结构转变。在整个热处理过程中,炭/炭材料石墨微晶尺寸增长幅度比纯树脂炭的大,树脂炭块的显微结构为一种高孔隙度的炭结构,但在炭/炭复合材料中树脂炭与纤维之间界面结合良好。     

碳纤维复合材料胶接工艺研究

对碳纤维增强树脂基复合材料之间的胶接工艺进行了试验研究。主要研究了复合材料胶接工艺中的前处理工艺、表层纤维铺层方向、胶层厚度和固化工艺等因素对胶接强度的影响，成功地应用于碳纤维复合材料天线面胶接。     

复合材料副反射器模具的设计和制造

采用碳纤维复合材料制造天线构件可减轻天线重量,提高天线性能。讨论了研制天线副反射器采用低膨胀合金（殷钢）模具材料的必要性。通过对模具材料的选择、模具结构分析及加工工艺研究,论述了碳纤维复合材料副反射器模具的设计和制造。在制定合理、先进的工艺规程基础上,解决了模具制造过程中殷钢材料切削加工和热处理工艺等工艺技术难题。研制出的碳纤维复合材料天线副反射器模具表面精度达0.028mm（r.m.s.）。     

碳纤维复合材料锥管扭转刚度的试验测定

碳纤维复合材料管子是复合材料结构的基本元件,扭转变形是结构常见的基本变形形式。文章介绍了用两种成型工艺制得碳纤维复合材料锥管的扭转刚度试验方法及测试结果。     

纤维缠绕热塑性树脂基压力容器

本文讨论了耐高温热塑性树脂/碳纤维压力容器的缠绕成型工艺。对ASTMD—2585压力容器的制造设备及设计参数进行了描述。通过水压爆破试验,对环氧/碳纤维和热塑性基体/碳纤维二种复合材料的性能进行了比较,得到了水压爆破的试验数据,包括爆破压力、复合材料和纤维的拉伸强度以及容器的特性系数(PV/W)。另外,对纤维缠绕复合材料的固结成型以及容器的显微照片进行了研究和讨论。     

适用于更高温度环境卫星的复合材料太阳电池基板

介绍了美国J.霍普金斯大学应用物理实验室设计制造的适用于水星轨道卫星的复合材料太阳电池基板[1]。该项研究计划进行了很长时间,分别进行了设计分析、选材、工艺试验、产品试制和性能测试等工作。制成的沥青基碳纤维/氰酸酯复合材料太阳电池基板,可短期承受270℃高温,能够满足高温卫星空间环境的要求。     

发射箱导轨用石墨填充碳/酚醛复合材料研究

采用石墨填充碳/酚醛模压复合材料技术成形导轨面材料,通过试验,研究和分析了材料各组分对材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,在石墨含量为10%,碳纤维含量为30%时,石墨、碳纤维填充酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能、烧蚀性能较好,且摩擦系数低,适于用作导轨表面材料。     

固化工艺对高模量碳纤维/环氧648复合材料性能影响的分析

高模量碳纤维 /环氧 6 48复合材料是目前应用于卫星结构的主要材料之一。文章对高模量碳纤维 /环氧 6 48复合材料的固化工艺进行了分析 ,最终选定合理的固化工艺     

新型磷酸锌铝胶凝材料的制备研究

研究了新型磷酸锌铝胶凝材料的制备工艺。通过测试吸潮率、灼烧失重率、复合材料弯曲强度等,确定该种材料适宜的制备工艺为Zn/Al摩尔比1/5,反应温度120℃,反应时间2 h。根据Flory理论,确定该胶凝材料凝胶反应活化能为E=0.02411 kJ/mol,通过X射线衍射分析,研究了磷酸锌铝材料升温热转变机理,这将为进一步以该材料为基体制备高性能纤维增强复合材料提供参考依据。     

柔性基体TWF复合材料弹性性能研究

利用碳纤维三向编织物（Triaxial Woven Fabric TWF）作为增强材料，与合适的柔性基体材料（例如硅橡胶）复合，制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构，作为可折叠展开的卫星天线反射器，是一种新型的高精度可展开天线实现方案。文章对采用硅橡胶的TWF复合材料进行了弹性性能的研究。采用细观方法，通过研究纤维和基体之间的相互作用，确定复合材料宏观力学性质与组份材料特性及细观结构之间的定量联系，对表征编织复合材料结构特性的三维单胞进行了均匀化有限元分析，最终将得到整个复合材料的弹性模量。首先，考虑纤维束交织情况（起伏波动）对单胞进行了精细几何建模，通过混合规则得到纤维束的材料特性；接下来，对单胞进行了有限元的分析，施加周期性边界条件，应用均匀化的方法通过6个独立加载分析得到体积平均应力、应变，从而得到刚度矩阵，最终获得工程常数。目前国内外对于柔性基体TWF复合材料的研究较少，对该材料弹性性能的研究，为今后该材料性能的进一步深入研究打下了坚实基础。     

固化工艺对高模量碳纤维／环氧648复合材料性能影响的分析

高模量碳纤维／环氧648复合材料是目前应用于卫星结构的主要材料之一。文章对高模量碳纤维／环氧648复合材料的固化工艺进行了分析，最终选定合理的固化工艺。     

三角形截面碳纤维复合材料弯曲强度B基准值

三角形截面碳纤维是一种新型碳纤维,其截面形状呈近似正三角形,特殊的截面形状赋予它一些有别于圆形截面碳纤维的特殊性能。本文研究这种三角形截面碳纤维增强环氧树脂复合材料的弯曲性能,采用数理统计和MATLAB编程等方法,通过对十组数据进行异常数据的筛选,Anderson\|Darling, 估计weibull分布的形状与尺寸参数及拟合优度检验,研究了其弯曲强度。该三角形截面碳纤维复合材料弯曲强度的B基准值为1417.2 MPa,为三角形截面碳纤维复合材料的使用提供了弯曲性能数据。     

热塑性复合材料构件的制备及其在航空航天领域的应用

热塑性复合材料作为轻质高强材料的杰出代表,已成为航空航天领域的首选材料之一。概述了热塑性复合材料常用的成型工艺。采用模具热压成型制备工艺,探索并成功制备了几种高性能碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)热塑性复合材料构件,为高性能CF/PEEK热塑性复合材料构件在航空航天领域的应用提供了基础。     

RTM成型工艺应用研究

介绍了RTM成型工艺原理、工艺特点、典型工艺流程以及RTM成型工艺中的关键技术。通过研究表明，作为一项新技术制成的材料性能比传统的复合材料成型方法制成的材料性能更加优异。     

三向碳-碳复合材料界面结构研究

本文用透射电子显微术研究了三向碳-碳复合材料的界面结构。结果表明:在碳纤维表面微缺陷区或活性区,存在沉积碳微晶条带“钉扎”结构;在碳纤维表面光滑区,存在一定数量的界面间隙:沥青碳与沉积碳的界面存在一个沉积碳微晶条带与沥青碳石墨条带相互贯穿网络所形成的诱导结构界面相。本文分析了界面缺陷,并讨论了界面结构对纤维束断裂行为的影响。