碳纤维增强树脂基复合材料微波固化技术

为解决传统复合材料成型工艺存在的生产周期长和制造成本高的问题,结合飞机型号研制中对复合材料成型技术的迫切需求,提出一种微波加热固化碳纤维增强树脂基复合材料构件的工艺方法,对比研究微波固化和电加热固化对树脂基复合材料固化度和玻璃化转变温度的影响规律。结果表明:微波固化显著加快了复合材料的固化过程,在相同的工艺条件下,微波固化复合材料的固化度明显高于传统电加热工艺的固化度;微波固化复合材料的玻璃化转变温度则略高于电加热工艺。     

Briskheat热补仪——复合材料修理设备

热补仪为树脂材料真空固化提供必要条件,是复合材料修理的关键设备之一,在有效保证维修质量的同时,大大提高了修理速度。真空模压固化系统则为大尺寸部件的加工提供了很好的平台。热补仪的特点热补仪是集加热、真空、温度过程控制与真空过程控制于一体的综合性复合材料修理设备。主要为不饱和树脂胶浸料片固化提供必要的固化温度和真空环境。它可以根据操作需要设定真空固化所需的升温     

热补仪挖补修理复合材料蜂窝夹层结构

利用热补仪进行复合材料蜂窝夹层结构的挖补修理实验研究。利用热电偶测试热补仪修补复合材料蜂窝夹层结构的面内及厚度方向的温度分布;采用光学显微镜观察不同修补层数下的HTS/977-2与HTS/MTM44-1两种预浸料在热补仪固化下的内部质量;并测试不同损伤程度下蜂窝夹层试验件修补后的侧压性能及弯曲性能。结果表明:使用热补仪修补蜂窝夹层结构时在厚度方向上温度分布不均匀,因此在面板及芯子损伤、穿透损伤情况下,应采用分步修理;热补仪对单次修补层数具有局限性,修补材料特性不同,单次修补固化层数上限不同,对HTS/977-2,热补仪最佳单次固化层数为4层或5层,对HTS/MTM44-1,热补仪最佳单次固化层数为10层以上;试验中不同损伤程度的蜂窝夹层结构试验件进行热补仪修补后,侧压强度达到完好状态的79.9%以上,弯曲强度达到完好状态的89.4%以上,验证了热补仪挖补修理复合材料蜂窝夹层结构的可行性。     

大厚度复合材料层板结构损伤的热补仪修补工艺研究

针对飞机大厚度复合材料层板结构损伤,研究了修补材料MTM45-1与X850的标准热补仪修理工艺及材料X850的新型热补仪修理工艺的单次固化层数,并通过金相观察内部质量;分析了材料MTM45-1与X850修补大厚度损伤试验件的恢复情况。结果表明采用新型工艺修理的试验件的恢复质量良好,为修补大厚度复合材料结构件奠定了基础。     

热补仪在复合材料部件湿法修理中的应用

热补仪主要是通过控制加热毯为真空固化过程提供温度曲线,控制真空源提供压力,以Briskheat热补仪为代表的部分热补仪本身自带真空泵.     

碳纤维/环氧树脂复合材料微波固化试验

采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环试样进行固化试验研究。通过开展力学性能测试、电镜扫描及CT扫描,对比分析了热固化与微波固化试样宏观力学性能及微细观形态。结果表明:微波固化与热固化的固化机理不同,微波固化提高了固化反应速率,固化周期缩短了57%;微波固化试样的拉伸强度和层间剪切强度与热固化试样基本相当,但微波固化试样力学性能离散系数更小,碳纤维表面有更多的树脂基体粘附,这是由于微波固化的选择性加热造成的;微波固化试样孔隙率为0.78%～1.05%,稍低于热固化试样。     

树脂基复合材料制造过程温度变化模拟研究

本文在树脂基复合材料树脂基体固化动力学研究的基础上,将固化反应热通过固化反应动力学方程引入热传导方程,模拟实际工艺条件建立了复合材料固化过程的温度分布模型,将模拟计算值和实际测量值进行了比较,发现所建立的复合材料制造过程温度分布模拟技术可以准确模拟环氧和双马复合材料在制造过程中的温度变化.     

多频能量分散的CFRP层合板微波固化温度场控制方法

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）轻质高强,已成为航空航天领域减重增效的优选材料。固化是制造兼具几何外形与承载性能的CFRP构件的关键。与传统的传导加热固化/修补方法相比,微波加热固化/修补方法具有控温灵敏、周期短、能耗低等优势。然而微波会在腔体内谐振形成驻波,使得CFRP层合板面内存在大量冷、热点,温度不均匀,构件易变形,严重时甚至发生局部烧蚀或固化不完全。本研究提出了多频能量分散的CFRP层合板微波固化温度场控制方法,通过将加热所需能量分散到多种频率的微波以弱化单一频率驻波的影响,同时利用多种频率驻波间的叠加效应,提升CFRP层合板微波固化过程中的温度均匀性。试验结果表明,在仅采用915 MHz和2.45 GHz两种频率微波进行加热的情况下,CFRP层合板的最大温差相比单频微波加热降低了26%。     

固化工艺对碳-环氧复合材料性能的影响

树脂基复合材料的固化成型,通过树脂的固化反应完成。固化工艺诸参数主要根据树脂特性确定,并受固化过程中其它工艺因素的影响。本文对国产碳纤维增强648环氧树脂复合材料的固化工艺进行了研究。     

树脂基复合材料的电子束固化

与普通的热固化方法相比,树脂基复合材料的电子束固化是一种成本有效的固化方法。本文简要介绍电子束可固化树脂、设备发展和这种方法的优点及它在航空航天复合材料结构上的应用状况。     

黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

某型号教练机用树脂基复合材料层压板结构件修补工艺的研究

针对某型号教练机复合材料垂尾的修理,开展了某型号教练机用树脂基复合材料层压板结构件的修补工艺研究.通过试验研究,确定了修补角度、修补补片材料、修补用胶粘剂和补片类型等.同时,自主研发了具有知识产权的专用修补工具-斜面磨轮.该修补工艺已形成企标“复合材料挖补修理工艺规范”.采用该企标对某型号教练机复合材料垂尾翼盒和方向舵...     

聚合物的辐射固化

论述了低成本树脂复合材料制造技术之一——电子辅助固化工艺的新动向。该复合材料固化成形技术与传统的热压罐工艺相比，固化周期短，固化温度低，工装设备要求简单，且不受复合材料构件形状和尺寸的制约，也不受构件厚度的影响，并且能够进行连续固化成形，便于实现机械化连续生产，可以大幅度降低复合材料制造成本。目前由该方法制造的树脂基复合材料构件已经用于飞机次承力构件。     

浅谈热调查工艺在飞机复合材料结构热粘接修理中的应用

在深入解读民用飞机波音787、波音777、空客A380修理手册相关章节的基础上,结合飞机复合材料结构热粘接修理实例,分析了在复合材料结构热粘接修理中运用复合材料零件热调查工艺来保障碳纤维织物/热固性树脂等复合材料结构固化加热均匀性的方法.     

碳纤维增强树脂基复合材料的热失重特性研究

在实验室研究了两种典型的树脂基复合材料T300/5405和T300/HD03热老化过程中的热失重特性,得到了几种不同温度下两种树脂基复合材料的热失重-时间曲线及失重速率-时间曲线.由此定性地分析了温度、时间对树脂基复合材料热失重特性的影响,确定了树脂基复合材料热老化过程由物理老化为主向化学老化为主转变的临界温度.     

碳纤维增强铝合金层合板的残余热应力分析

碳纤维增强铝合金层合板（CARALL）是由碳纤维复合材料和铝合金薄板制成的,由于碳纤维复合材料和铝合金的热膨胀系数相差很大,加热固化后会产生较大的残余热应力。本文对碳纤维增强铝合金层合板中残余热应力进行了分析,并在碳纤维增强铝合金层合板的加热固化阶段,使用二次加热法来降低碳纤维复合材料和铝合金薄板的粘结温度,从而降低残余热应力。     

介电分析在碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料固化工艺中的应用研究

通过动态介电分析(Dynamic Dielectric Analysis,DEA)方法对典型树脂膜熔渗工艺成型的双马树脂/碳纤维复合材料的固化工艺进行了在线监测和优化,使原有工艺方案缩短固化时间3.5h。通过对优化前后试样进行差示扫描量热(Differential Scanning Calorimetry,DSC)分析,并对试样的力学性能及玻璃化转变温度进行对比验证,证实了DEA应用于复合材料固化工艺优化过程的可行性。     

基于焦耳热的复合材料固化技术研究

利用碳纤维的电阻热效应,合理设计试验,并搭建实验平台,尝试用电加热的方法制取了一维碳纤维/环氧树脂复合材料,以验证试验设计的合理性及电加热的方法能否使得环氧树脂固化。试验结果表明:一维碳纤维/环氧树脂均可固化形成复合材料。试验进一步用传统的外部加热法和电加热法分别制取了二维碳纤维/环氧树脂布,并运用傅里叶红外光谱分析法研究了其固化质量,通过对红外光谱的对照分析可知:二维碳纤维/环氧树脂布固化质量良好。验证了实验的可行性和创新性,具有良好的研究前景。     

一种高温固化环氧树脂性能研究

研究了BC2526树脂的固化工艺、动力学参数、复合材料耐热性和力学性能。通过热分析确定了树脂的基本固化工艺,采用K issinger和Ozawa方法计算出树脂的表观反应活化能,其平均值为91.86kJ/mol,结合Crane公式求出反应级数为0.940。还讨论了碳纤维复合材料的耐热性和复合材料力学性能。     

碳纤维增强复合材料层间断裂韧度

采用双悬臂梁(double cantilever beam,DCB)和端部缺口弯曲(end notch bending,ENF)实验方法,对T300/CYCOM 970复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧度进行研究。通过体式显微镜及CCD摄像机对裂纹尖端位置做连续记录,观察损伤起始和演变,并对观察到的基体开裂、分层扩展等现象进行分析,研究层间断裂的特点,计算得出材料Ⅰ型断裂韧度GIC和Ⅱ型层间断裂韧度GⅡC,并通过实验对比分析热压罐固化和热补仪固化对复合材料断裂韧度的影响。结果表明:Ⅰ型断裂韧度实验中产生的裂纹扩展过程并不非常稳定,载荷随着位移以及裂纹长度的增加出现上下波动;Ⅱ型断裂韧度实验中产生的裂纹最初随着位移增加并不扩展且载荷线性增长,当载荷接近临界载荷Pc时,裂纹沿层间迅速不稳定扩展,载荷急剧下降;采用热压罐固化比采用热补仪固化Ⅰ型断裂韧度高43%,Ⅱ型断裂韧度高19%。