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。     

PBO纤维复丝制备与可靠性分析

通过PBO纤维复丝浸胶树脂配方研制与设计试样规格等方法,进行了PBO纤维复丝制备与可靠性研究。采用扫描电子显微镜(SEM)表征PBO表面形貌;利用X射线光电子能谱表征纤维表面与树脂配方化学特征;通过差示扫描量热法(DSC)对树脂配方进行固化动力学分析;利用动态热机械分析(DMA)对树脂配方热稳定性进行了表征;通过浇铸体力学性能分析树脂配方机械性能;通过PBO纤维复丝拉伸性能进行可靠性分析。结果表明:研制的FS-J树脂配方与PBO纤维匹配性高,浸润均匀,存储适用期长,端头补强牢固,制样周期短,复丝拉伸强度、弹性模量和延伸率数据平稳,波动性低,拉伸强度离散率3%,测试可靠性高,可保证高质量、高效率、高稳定性的进行PBO纤维力学性能评价。     

微波烧结制备MoSi2 及SiC/ MoSi2 纳米复合陶瓷

采用微波烧结法制备了MoSi2和10vol%SiC/MoSi2纳米复合陶瓷。通过SiC预加热体的混合式加热法和合理的保温结构设计,实现了MoSi2低温阶段的快速升温,提高了温度均匀性。密度和力学性能测试结果表明,1 450℃保温60 min烧结工艺下,MoSi2试样的相对密度达到93.4%,断裂韧度4.5 MPa.m1/2,维氏硬度为10.53 GPa,弯曲强度为186 MPa。10vol%SiC/MoSi2试样尽管相对密度下降为90.3%,但各项力学性能均优于MoSi2试样。相比1 650℃热压烧结,微波烧结温度降低了200℃,MoSi2和SiC/MoSi2试样致密性有所下降,但力学性能有较大提高,尤其是MoSi2试样。断口扫描分析表明,微波烧结试样相对热压烧结试样基体晶粒更细,孔隙细小且分布均匀;SiC/MoSi2试样微波烧结的晶粒细化效果不如MoSi2明显。     

取向非连续碳纤维复合材料制备与性能

将传统的连续纤维预浸料通过机械高频切割的方法制成取向非连续碳纤维预浸料,并固化得到取向非连续复合材料,研究复合材料的内部质量与力学性能,并与连续碳纤维复合材料和随机取向碳纤维复合材料的相关力学性能进行对比分析。结果表明:与连续纤维复合材料相比,纤维被切断后制得的取向非连续碳纤维复合材料内部质量良好,并保持了较好的力学性能,0°拉伸强度保持率在63%以上,弹性模量基本保持不变,0°弯曲强度保持率在85%以上,弹性模量保持率在78%以上,且远远优于随机取向碳纤维复合材料的力学性能。     

CF/PEEK超声原位固结铺放及其复合材料力学性能

热塑性复合材料自动铺放（ATP）原位固结成型是未来航空复合材料结构件的发展趋势,缩小其制件与热压制件性能的差距具有工程实践意义。基于超声原位固结成型工艺,制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）层合板,并与铺放后热压和直接平板热压试样比较力学性能差异,为热塑性复合材料的自动铺放提供参考。结果表明,超声热源能够满足CF/PEEK铺放的能量要求,功率的增加和铺放速度的降低有利于铺层结合;与平板热压试样相比,铺放成型试样的孔隙率高,纤维存在部分损伤;在节省了平板热压后固化周期的情况下,超声铺放单向层合板试样拉伸强度、拉伸模量和层间剪切强度分别为1.32、113.8 GPa和39.2 MPa,达到了直接热压试样的80.4%、84.8%和65.1%,在经过热压后固化后,分别提高到直接热压的92.1%、92.6%和82.5%。超声原位固结成型试样的简支梁摆锤冲击失效形式为分层,其经过热压后,孔隙率下降,铺层结合强度提高,试样的冲击失效形式为断裂,与直接热压的相同。     

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

以空间光学结构应用为背景,对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究,包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等;与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料,对其主要力学性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性,起始固化温度为101.2℃,较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃;拉伸性能以及弯曲性能均有提高,同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右,明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）;树脂的工艺性良好,适合热熔法制备预浸料;应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。     

电子束固化高模量纤维增强复合材料力学性能研究

用湿法缠绕工艺制备了M40／EB99—1预浸料，研究了电子束固化高模量石墨化碳纤维M40增强EB99-1环氧树脂复合材料的常规力学性能、耐热疲劳性能和热物理性能，并与M40／5228、M40/4211等热固化复合材料的性能进行了比较。实验研究表明，除了剪切强度稍逊于热固化M40/5228复合材料外，其它常规力学性能都优于热固化M40／5228、M40/211复合材料，表现了较好的综合力学性能。电子束固化M40／EB99—1复合材料经冷热交变循环后的性能明显优于热固化M40／5228、M40/4211复合材料，表现了较好的耐热疲劳性能。     

改性聚芳基乙炔树脂性能研究

通过添加改性剂得到了改性聚芳基乙炔树脂，对树脂和树脂固化物分别进行了差热扫描热分析(DSC)和热重分析(TG)。通过对复合材料的纤维单丝界面剪切强度和层间剪切强度测试，研究了树脂与碳纤维的界面结合性能，并对编织织物增强的改性聚芳基乙炔树脂基体复合材料进行了烧蚀试验。结果表明，改性聚芳基乙炔树脂固化放热减小，而基本不影响其树脂传递模塑(RTM)工艺性和耐高温性能，明显改善了与碳纤维的界面性能，复合材料的界面剪切强度提高了40％-50％，层间剪切强度提高了将近一倍；烧蚀性能与未改性树脂基本相当。     

4211环氧树脂体系性能研究

对4211环氧树脂体系的化学性能和物理性能进行系统的研究,通过差示扫描量热仪(DSC)测试固化反应特性,利用流变仪分析成型工艺特性,通过动态热机械分析(DMA)研究树脂体系在不同固化工艺下的耐热性能,并通过力学试验机测试固化后树脂体系的力学性能.结果表明:4211环氧树脂体系具有较好的工艺性,固化物具有较高的耐热性能,表现为刚脆特性,断裂伸长率为1.1％;与M40高模量碳纤维的匹配性较好.     

固化温度对SY—H2胶粘剂性能的影响

研究了固化温度对SY H2糊状胶粘剂剪切强度的影响。首先采用差热扫描量热法 (DSC)研究了SY H2糊状胶粘剂固化反应动力学 ,根据Kissinger和Ozawa方法计算出胶粘剂的表观反应活化能分别为 10 2 3kJ/mol和 10 3 9kJ/mol,结合Crane公式求出反应级数为 0 94 3。还根据DSC分析数据研究了升温速率Φ与放热峰值温度Tp 的关系 ,研究表明Tp 与lnΦ呈线性关系。最后讨论了SY H2糊状胶粘剂固化温度对胶接试样剪切强度的影响 ,在固定的固化时间内升高固化温度有助于提高胶接强度 ,最佳固化工艺参数为 130～ 14 0℃固化 2h。     

短碳纤维增强PPEK复合材料的性能研究

采用熔融共混的方式制备了不同短碳纤维含量增强含二氮杂萘酮聚芳醚酮(PPEK)基复合材料，对复合材料的加工性能、力学性能、摩擦性能、耐热性进行了研究。结果表明：短碳纤维增强复合材料均可以注塑成型；短碳纤维对PPEK的增强作用明显，拉伸强度和弯曲强度均有大幅提高；复合材料中短碳纤维起到了明显的自润滑作用，复合材料的摩擦系数和磨损率均随碳纤维含量的增加而明显降低；短碳纤维的加入进一步提高了复合材料的耐热性。     

碳纤维含量对Cf/SiO2复合材料组织与性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了碳纤维体积分数分别为20％、40％和60％的高致密Cf/SiO2复合材料，研究了碳纤维含量对其组织结构，力学性能、热膨胀特性和抗氧化性能的影响规律。结果表明：SiO2基体及20％Cf/SiO2复合材料中，SiO2仍保持非晶态，碳纤维含量为40％和60％时，SiO2发生部分析晶；Cf/SiO2复合材料的抗弯强度、断裂韧性和断裂应变，随碳纤维含量增加均呈现先降低后又增加的趋势，而弹性模量则先增后降；60％Cf/SiO2表现出明显伪塑性；碳纤维含量增大，使复合材料的热膨胀系数成倍增加，抗氧化性变差。     

预氧丝网胎体积分数对针刺C/ C 复合材料力学性能的影响

以预氧丝网胎体积分数为35%、40%和45%针刺织物为坯体,经数次沥青浸渍/炭化、高温石墨化处理后制备C/C复合材料,测定并分析这三种材料的拉伸、压缩、弯曲和剪切强度;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察,研究预氧丝网胎体积分数对C/C复合材料力学性能的影响。结果表明:材料的z向力学性能(除了压缩强度)随着预氧丝网胎体积分数的增加呈单调递增关系,材料的xy向力学性能受预氧丝网胎体积分数影响较小。扫描电镜观察显示:材料z向强度主要与针刺形成的轴向纤维束多少、分布等有关。     

复材制件固化过程温度控制的探讨与实践

复合材料制件在成型过程中温度均匀性的控制,是影响产品各项力学性能的关键因素之一。通过对实际生产中典型碳纤维/环氧复合材料固化过程进行分析,分别从零件构型、工装结构和热电偶模拟方式3个方面对碳纤维/环氧复合材料制件固化过程热温度控制进行研究。分析得出该类复材制件固化时零件温度控制的一般规律,为后续同类型零件的温度控制研究打下基础。     

湿热谱老化对复合材料层压板强度的影响

通过湿热谱老化试验,研究了湿热谱老化对复合材料层压板拉伸和冲击后压缩（CAI）强度的影响。试验结果表明,湿热老化引起严重的强度降,特别是冲击后压缩强度。老化后损伤面积不扩展或扩展很小。     

用碳纤维的电沉积处理来提高其增强塑料的层间剪切强度

 用电沉积方法将含羧基的共聚物沉积于碳纤维表面后,可以使单向碳纤维增强环氧的层间剪切强度从未处理时的650kg/cm~2提高到1000kg/cm~2以上,用扫描电子显微镜观察剪切断口,得到与强度数据一致的破坏模式,表明电沉积层的界面粘合作用提高了纤维-树脂基体界面传递应力的能力,改变了界面附近裂缝的形成和扩展。已有数据还表明,此法在提高层间剪切强度的同时,并不削弱其它力学性能。用红外光谱等实验初步证实了电沉积过程的负离子——自由基机理,观测到沉积层在纤维表面的附着情况。     

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。     

双酚A型环氧树脂紫外光固化工艺及其力学性能

为了推进紫外光固化技术在环氧树脂及其复合材料制备中的应用,以双酚A型环氧树脂E51为基体,采用自行研制的紫外光设备固化,利用红外光谱法测定固化后树脂的固化度,研究了树脂体系中光引发剂和稀释剂含量对树脂固化速率的影响以及环氧树脂的紫外光固化特性,获得的树脂体系的最优配方为：双酚A型环氧树脂E51:活性稀释剂660A:光引发剂1176=100:10:5（质量比）,并对紫外光固化树脂浇铸体的力学性能进行了测试,其拉伸强度和模量分别可达到32.34 MPa和1.80 GPa,弯曲强度和模量分别为60.64 MPa和1.73 GPa。结果表明,紫外光固化速率随树脂体系中光引发剂含量的增加而上升,随活性稀释剂含量的增加先上升后下降;与传统热固化相比,紫外光固化不仅可以大幅度缩短树脂体系的固化时间,同时,制得的树脂浇铸体具有良好的综合力学性能。研究结果对紫外光固化技术在实际生产中的应用具有重要意义。