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%.     

冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板典型力学性能的影响

采用CYCOM 7701/7781玻纤环氧织物预浸料和中温固化工艺制造复合材料单向层压板试件。将试件分为三组,分别在低温干态(cold temperature dry,CTD)、室温干态(room temperature dry,RTD)和高温湿态(elevated temperature wet,ETW)三种温度和试件吸湿情况下,测试复合材料单向层压板的无缺口拉伸强度、开孔拉伸强度、无缺口压缩强度、开孔压缩强度和冲击后压缩强度,研究冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781复合材料单向层压板典型力学性能的影响。结果表明:在CTD、RTD和ETW三种环境下,开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均拉伸强度均有十分不利的影响,拉伸强度下降约50%;开孔明显地降低了复合材料层压板的拉伸强度的变异系数;在CTD和RTD情况下,冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均压缩强度均有十分不利的影响,两种情况的影响比较接近,均下降45%~55%;在ETW环境下开孔使压缩强度下降约为50%,冲击损伤使压缩强度下降30%左右,表明开孔对压缩强度的影响比冲击损伤更为显著。     

湿热环境下复合材料孔板压缩性能的研究

采用压缩试验的方法,对含孔机织碳纤维环氧复合材料层板进行了湿热环境下的压缩试验,研究了湿热环境对其压缩性能的影响。分析了复合材料孔板的吸湿特性、压缩强度、破坏模式及动态力学性能。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热环境会降低由基体性能主导的压缩强度,130℃下湿态试样的开孔压缩强度保持率约为70%。含孔复合材料层合板的破坏模式均为过孔破坏,破坏均发生在应力集中的区域,并且断裂都是沿着应力集中最大的方向扩展。侧面断口主要为剪切失效,有分层和屈曲的特征。吸湿后复合材料的DMA Tg为125℃,比干态时下降了16℃。     

湿热环境下复合材料层压板强度性能研究

在多种湿热环境下对两种环氧树脂基复合材料层压板的开孔压缩、层间剪切及三曲强度性能进行了对比研究。试验结果表明，在室温（RT）条件下，复合材料吸湿量大小对其强度性能影响较小，但在高温湿综合环境下，复合材料层压板的强度性能明显下降。     

湿热环境对T700/5428中心孔板静强度影响的试验研究

研究了湿热环境对碳纤维/树脂复合材料静力拉伸和压缩性能的影响.对T700/5428体系的复合材料中心开孔试件进行了常温、吸湿后常温、吸湿后75℃、吸湿后105℃环境下的静力拉伸和压缩试验.     

湿热对玻璃纤维复合材料层合板性能的影响

玻璃纤维复合材料由玻璃纤维和树脂组成,具有较高的机械性能及低密度、低成本的特点。然而在飞机的使用和维护中,复合材料的吸湿不可避免,而且不能很好模拟。通过对Tencate 7781玻璃纤维复合材料试样高温吸湿处理,分析了其吸湿扩散过程,对比室温干态的材料性能数据,显示复合材料力学性能和玻璃化转变温度均有不同程度的下降,并分析了下降的原因。     

预混料吸湿对复合材料内部质量的影响

在RH85%的环境下,将高硅氧/酚醛预混料吸湿24 h后压制成复合材料,对试样进行无损检测和力学性能分析。结果表明:预混料吸湿后其复合材料内部存在大量缺陷,其中Ⅱ类区面积37. 4%,Ⅲ类区面积49. 8%;力学性能下降幅度较大,拉伸强度、压缩强度、冲压剪切强度分别下降了55%、60%、15%,但弯曲强度变化较小。分析表明:预混料吸湿的水分一部分在树脂固化时,成为气孔,形成Ⅱ类区;另一部分进入纤维,削弱树脂和纤维界面间的粘接力,严重时出现脱粘,形成Ⅲ类区,降低材料力学性能。     

湿热老化对T700/3234复合材料力学性能影响研究

在室温及70℃条件下对单向T700/3234复合材料进行了湿热老化试验,分别测试了经历不同吸湿时间后材料的吸湿率、层间剪切强度和弯曲强度,并且利用扫描电镜(SEM)对力学性能试样的断口形貌进行了分析.结果表明,吸湿温度越高,饱和吸湿率越高.T700/3234复合材料具有良好的耐湿热性能,其层间剪切强度、弯曲强度保持率分别为69.33％和76.06％.吸湿使界面出现一定程度的脱粘是导致其力学性能下降的主要原因.     

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。     

复合材料缝合结构的力学性能及湿热效应

试验研究了国产复合材料缝合结构的吸湿特性、基本力学性能及湿热效应，层板缝合后的吸湿量大约提高30％左右，弯曲强度下降20％左右，层间剪切强度提高大约20％；吸湿对缝合结构的性能影响不大，仅对压缩强度有15％左右的影响；高温严重影响缝合及未缝合结构的性能，特别是压缩性能，对缝合层板的影响大于未缝合层板，在170℃高温下，未缝合层板压缩强度保持率为17．8％，而缝合层板仅为14．6％，设计高温环境使用的缝合结构应特别注意。研究结果可供结构设计参考。     

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料体系冲击后压缩强度研究

探讨了树脂基体、碳纤维增强体以及树脂基体 纤维的界面等对双马来酰亚胺 (简称双马 )树脂基复合材料冲击后压缩强度 (CAI)值的影响 ,指出降低树脂基体的交联密度和产生微观两相结构是提高碳纤维 /双马复合材料CAI值的两个典型方法。合适的树脂含量有利于保持复合材料体系较高的CAI值 ,采用高强高韧性的碳纤维可明显提高复合材料体系的CAI值。为获得较高的CAI值 ,保持合适的树脂基体 纤维界面性能也是必要的     

聚醚砜改性Cf / BMI 复合材料的制备与性能

基于“离位”增韧技术,将“离位”增韧剂聚醚砜(PES)均匀地附载在碳纤维织物上,采用RTM 工 艺制备了Cf / BMI 复合材料(U3160/6421),通过低速冲击、DMA、SEM 和基本力学性能测试分析,研究了PES 对U3160/6421 复合材料性能的影响。结果表明,采用PES 附载的ES-Fabric 织物制备的复合材料具有良好的 增韧效果,其CAI 值提高了85%。由于PES 的加入,在复合材料层间出现了PES 和树脂BMI6421 的相反转结 构,改善了复合材料的损伤阻抗,提高了复合材料的损伤容限,并且“离位”层间增韧对复合材料的力学性能影 响不大。     

湿热老化后碳纤维复合材料层间剪切强度实验方法对比研究

通过短梁法和双切口法研究湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响,讨论两者吸湿规律随老化时间的变化关系,并对试件断口形貌进行分析。结果表明:两种试件吸湿规律均符合Fick第二定律,但两者平衡吸湿率和吸湿时间有所差别,双切口法试件的吸湿速率和平衡吸湿率均比短梁法试件高;双切口试件所测层间剪切强度受湿热老化影响比短梁明显,短梁试件每隔500 h层间剪切强度保持率为74.5%,61.0%,53.2%,50.6%,双切口每隔500 h层间剪切强度保持率为60.9%,38.3%,42.6%,33.0%;短梁试件失效模式随着湿热老化时间的增长变化比双切口更为复杂。     

混杂纤维复合材料吸湿行为研究

 本文采用80℃水浸的方法,研究了不同类型混杂复合材料层压板的吸湿行为,找到描述混杂复合材料吸湿规律方程。同时,从理论上对混杂复合材料的平衡吸湿量及湿扩散系数进行了分析,建立了数学表达式,理论与实验较好吻合。     

Effect of hygrothermal aging on moisture diffusion and tensile behavior of CFRP composite laminates

Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites are widely used in aircraft structures, because of their superior mechanical and lightweight properties. CFRP composites are often exposed to hygrothermal environments in service. Temperature and moisture can affect the material properties of composites. In order to make clear the moisture diffusion behavior and the properties degradation of composites, the TG800/E207 composite laminates with four stacking sequences [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s are designed and manufactured. Moisture absorption tests are carried out at 80 ℃, 90 %RH. It is shown that the moisture absorption curves of composite laminates present a three-stage. A modified Fickian model was proposed to capture the diffusion behavior of TG800/E207 composite laminates. The relationships among the non-Fickian parameters, the environmental parameters and the stacking sequences of CFRP were correlated and compared. Results showed that the modified Fickian curve is sensitive to the diffusivity of Stage I and Stage II. Compared with unaged specimens, the maximum tensile stress for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s decreased by 14.94 %, 28.15 %, 11.96 %, and 26.36 %, respectively. The strains at failure for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s decreased by 55.38 %, 62.65 %, 46.41 %, and 31.71 %, respectively. The elastic modulus for [0]₁₆, [90]₁₆, [±45]_4s, and [(+45/0/0/–45)_s]_s increased by 90.93 %, 94.57 %, 49.22 %, and 8.22 %, respectively. [90]₁₆ sample has the minimum saturated moisture content and the maximum strength degeneration.     

等温化学气相渗透法制备C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能

以碳纤维体积分数为30%的2.5维针刺碳毡为预制体,通过等温化学气相渗透法(Isothermal Chemical Vapor Infiltration,ICVI),制备4种C/C-SiC复合材料,基体中Si C含量由56%降至15%,其密度相近(1.87~1.91 g/cm~3)。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对上述材料的显微结构和物相组成进行观察和分析,并在MM-1000型摩擦磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体Si C含量的降低,C/C-SiC复合材料的平均宏观硬度由98.2HRA降至65.1HRA,硬度分布的均匀性也明显下降;制动过程的平均摩擦系数和质量磨损率均显著增加;通过对摩擦表面形貌和磨屑微观形貌的分析,表明制动过程中的磨损机制受材料表面宏观硬度的影响显著;随着复合材料表面硬度的降低,磨损机制由磨粒磨损为主向磨粒磨损和黏结磨损联合转变,从而使摩擦系数和磨损量显著提高。     

复合材料的边界吸湿模型

在研究复合材料层合板的吸湿和退湿过程中，常常采用菲克定理来描述水分在层合板中的扩散过程中，根据层合板表面浓度逼近平衡浓度的不同响应，提出了三类不同的边界条件模型来模拟复合材料层合板在不同环境介质下的水分扩散过程，并给出了计算吸湿量的解析解和有限差分数值计算方法。     

复合材料抗冲击性能和结构压缩设计许用值

 从复合材料结构压缩设计许用值的概念和复合材料的冲击后压缩强度性能出发,讨论按NASA标准得到的CAI值与它们的关系,指出传统的CAI值不能充分反映复合材料体系的抗冲击性能,且与结构压缩设计许用值无任何联系。在对复合材料结构完整性要求和作者的试验研究,和对国外文献总结的基础上,提出复合材料抗冲击性能应包括损伤阻抗和损伤容限两方面。大量的试验数据证实复合材料层压板抗冲击性能存在拐点现象,在对拐点附近复合材料层压板的破坏机理研究基础上,建议用拐点附近的性能建立复合材料层压板抗冲击性能的评定体系,即可以用表面层在冲击下保持其完整性的最大能力(最大接触力)来表征复合材料体系的损伤阻抗(韧性);用出现拐点后基本不变的压缩强度(破坏应变)门槛值来表征复合材料体系的损伤容限。     

复合材料韧性评定的新方法关于损伤阻抗性能的研究

从复合材料结构设计的角度，指出了目前在韧性复合材料评定技术中存在的问题，特别是指出了用冲击后压缩强度值作为判别复合材料韧性的缺点，提出了应采用损伤阻抗和损伤容限共同评定复合材料韧性的观点。对7种不同韧性的复合材料进行了冲击与静压痕等试验，在对试验数据分析的基础上，确定了对损伤阻抗最敏感的损伤参数，提出了描述损伤阻抗的物理量和测试方法。     

碳纤维/ 氰酸酯复合材料尺寸稳定性能

对碳纤维/氰酸酯复合材料的吸湿、空间放气、吸湿变形性能进行了研究,并与传统碳纤维/环氧复合材料的性能进行对比。研究表明:氰酸酯基复合材料的吸湿性能优于碳纤维/环氧树脂复合材料,且其各项空间环境性能均与环氧树脂基复合材料相当。