国产高模量碳纤维制备蜂窝夹层结构件的性能评价

采用国产BHM3和进口M40、M40J高模量碳纤维分别与环氧4211和改性氰酸酯BS-4树脂制备复合材料层合板,再与铝蜂窝芯组合制成蜂窝夹层结构件。对比检测两类结构件的平面拉伸和弯曲性能,以及其内置金属接头的承载能力,并通过碳纤维表观形貌和碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能对测试结果进行分析验证。结果表明,与同种树脂基体复合,国产BHM3碳纤维制备蜂窝夹层结构件的性能已显著优于进口M40碳纤维,部分性能已接近或优于进口M40J碳纤维;相比较于环氧4211树脂基体,改性氰酸酯BS-4树脂更有利于提高国产BHM3碳纤维复合材料的力学性能。     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

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。     

基于碳/碳化硅复合材料的研究与应用

对采用碳化硅作为基体,碳纤维编织体作为复合增强材料的碳/碳化硅复合材料的性能进行了研究与验证。结果表明,该复合材料在常温下,弯曲强度大于350MPa,拉伸强度为190MPa,具有较好的抗氧化性。静力学环境下,产品的安全系数可达到3.7;固体发动机尾焰烧蚀条件下,质量损失率3%;电弧风洞烧蚀环境中,质量损失率0.3%,几乎零烧蚀。     

碳纤维/PBO纤维层间混杂复合材料性能

分别采用HTA-P30碳纤维、T800碳纤维与PBO纤维进行了层间混杂,研究了不同的混杂比、不同性能的碳纤维以及不同的粘接界面对PBO/碳纤维复合材料的拉伸性能和层间剪切性能的影响。试验结果表明,T800与PBO纤维混杂后,复合材料的强度表现出混杂负效应,而模量和层间剪切强度表现出混杂正效应,且均随混杂比的增大而降低。PBO纤维经过表面处理后,提高了混杂复合材料的弱界面层粘结性能,从而强度、模量、层间剪切强度的混杂效应系数均有不同程度的增大,尤其是层间剪切强度的混杂效应系数提高程度很大,并且与纤维的表面状态密切相关。随着PBO纤维的混入,可降低复合材料性能的分散性(离散系数),提高质量可靠性。     

国产T1000级碳纤维性能

通过国产T1000级碳纤维表面状态、单向板、NOL环及185 mm壳体的实验研究,分析了两种国产T1000级碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明,两种国产T1000级碳纤维表面光滑,断口基本呈现为规整的圆形,国产T1000级碳纤维能获得较高的拉伸强度。两种国产T1000级碳纤维单向板0°拉伸强度均略低于进口T1000碳纤维,这是由于HF50S碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分断裂型的破坏;两种国产T1000级碳纤维单向板90°拉伸强度均略低于进口T1000碳纤维,这是由于国产T1000级碳纤维与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱,界面粘接强度较低;两种国产T1000级碳纤维缠绕壳体爆破压强是进口T1000壳体爆破压强的0.93和0.88,这是由于SYT55碳纤维和HF50S碳纤维缠绕时容易起毛和界面粘接性能较差。     

新兴的金属基复合材料

美国几家大公司正在研究开发金属基复合材料(MMC),许多小公司最近在这方面的积极性也很高。但目前 MMC 还没有大量投放市场。MMC 是复合材料中的一种,另外两种是聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料。它们都是由一种基体材料和一种高强度纤维增强材料所复合而成的,其性能综合了两种成分的特性,不仅刚度和强度较高,而且重量较轻。通过控制纤维的类型、长度、数量和走向,可以使复合材料获得特定的性能(例如在某一面上具有高强度),适应特别的要求。聚合物基复合材料发展得比较早,这种复合材料已领先 MMC 十五年。发展得较晚     

纤维体积含量对开孔层压板拉伸性能的影响

本文主要研究了碳纤维织物增强复合材料的纤维体积含量V_f对开孔层压板的抗拉强度σ、断裂伸长率ε的影响。采用T300碳纤维平纹织物为增强材料,经树脂传递模塑法(RTM工艺)复合而成T300/环氧TDE-85层压板,用岛津强力测试机进行拉伸性能测试。     

连续碳纤维增强镁基复合材料制备工艺研究

为了提高连续碳纤维增强镁基(Cf/Mg)复合材料的强度,采用压力浸渗法制备了T300/AZ91D和T700/AZ91D两种复合材料,通过改变预热温度和浇铸温度,对采用压力浸渗法制备连续Cf/Mg复合材料的组织与力学性能进行了研究。研究结果表明:预热温度太高会损坏碳纤维,影响碳纤维与基体的结合;浇铸温度太低会使熔体在碳纤维未浸渗完全时便已开始凝固;浇铸温度太高会损坏碳纤维,降低复合材料的力学性能;当预热温度为450 ℃、浇铸温度为800 ℃时,制备的T300/AZ91D复合材料弯曲强度最高,为865 MPa;当预热温度为450 ℃、浇铸温度为750 ℃时,制备的T700/AZ91D复合材料弯曲强度最高,为1 153 MPa。通过研究,提高了碳纤维增强镁基复合材料的力学性能,使该材料能更广泛地应用于航空航天领域。     

表面改性碳纤维增强树脂基复合材料研究进展

界面是处于连接增强纤维和基体之间的极其重要的微观结构,良好的界面结合能有效地传递载荷,从而提高材料的力学性能,由于碳纤维表面呈惰性,比表面积小,表面能低等缺点导致材料界面层结合强度低,因此有必要通过某种途径改善其上述缺陷.目前,改善碳纤维表面缺陷的方法是对碳纤维表面进行表面改性处理,从而提高其界面力学性能.在界面的研究中,提高其碳纤维与基体的结合强度是改善复合材料力学性能的关键.因此,对碳纤维复合材料界面结合强度的各种影响因素进行分析,综述了碳纤维增强树脂基复合材料界面构筑方法及其对复合材料力学性能的影响.     

纤维体积含量对开孔层压板拉伸性能的影响

本文主要研究了碳纤维织物增强复合材料的纤维体积含量Ｖｆ对开孔层压板的抗拉强度σ断裂伸工率ε的影响。采用Ｔ３００碳纤维平纹织物为增强材料，经树脂传递模塑法（ＲＴＭ工艺）复合而成Ｔ３００／环氧ＴＤＥ－８５层压板，用岛津强力测试机进行拉伸性能测试。     

新型耐温导电性高分子复合材料的研究

酚酞型聚芳醚砜是一种高性能工程塑料,由它与碳纤维和炭黑复合制成的导电复合材料具有优良的导电性能和耐热性能。本文对这种复合材料的组成与电阻率关系、阻温关系、伏安特性及电热特性等基本的电学性能进行了探讨。     

三辊剥离微纳米石墨薄片及其对环氧树脂性能的影响

为改善环氧树脂(EP)的使用性能,以尺寸约2mm、厚度约100μm的膨胀石墨(EG)和EP为原料,创新性地采用三辊研磨(TRM)技术连续剥离得到尺寸1～10μm、厚度10～20nm的大纵横比微纳米石墨薄片(GNPs),并进一步制备得到GNPs原位强化EP的复合材料。结果表明,制得的GNPs/EP复合材料的弯曲和拉伸性能随EG含量的增加呈现先升后降的变化,且当EG在EP中含量为1.0wt%时复合材料的性能最佳。与纯EP材料相比,该复合材料的弯曲强度、拉伸强度分别平均提高了31.9%、53.4%,这可能是由于GNPs与EP界面的紧密结合。本研究为进一步制备GNPs强化EP基碳纤维高强度航空复合材料奠定技术依据。     

中间相沥青基碳纤维表面特性和界面粘结性能

针对高模量、高热导率中间相沥青基碳纤维复合材料界面性能弱等瓶颈问题,深入研究该类纤维表面特性及其与树脂的界面粘结性能。选取3种典型中间相沥青基碳纤维,测试分析其微观形貌、表面能和极性与色散分量、表面元素种类与含量,利用微脱黏方法表征中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度。研究结果表明:中间相沥青基碳纤维表面均存在明显沟槽结构,但其呈化学惰性,选用的中间相沥青基碳纤维与环氧树脂界面剪切强度最高约为50 MPa,明显低于聚丙烯腈基碳纤维;纤维表面能越高,尤其是极性分量越高,中间相沥青基碳纤维/环氧树脂界面剪切强度越大,这些结果揭示了中间相沥青基碳纤维与树脂基体界面性能主控因素。     

碳纤维湿法缠绕基体配方及成型研究

研究了碳纤维增强复合材料用湿法成型工艺、基体配方的性能和使用期。研究的HTllA、HTllB两种配方浇注体拉伸强度达到100MPa以上。模量为3．9GPa．力学性能优良。配方具有较高的耐热性。使用期大于9h，完全适用于湿法缠绕成型。缠绕的~H50mm碳纤维增强复合材料容器特性系数(Py／Ⅳ)均大于34km．纤维强度转化率(K)达到82％以上。     

复合材料界面强度微脱粘测定技术的研究

研究了测定复合材料中纤维与基体间界面剪切强度的微脱粘方法及仪器，该仪器可直接对取自实际复合材料的微小样品进行单纤维原位测量，不必专门制备样品，并且精密度高，成功地表征了碳纤维增强复合材料界面性能，它对于复合材料两相间界面粘结状况、界面设计的研究是一种十分有效的手段。     

冷热循环对M40碳纤维/氰酸酯复合材料影响的试验研究

对M40碳纤维/氰酸酯复合材料进行了冷热循环试验,分别测试了经不同次数冷热循环后材料的质损率、弯曲强度和层剪强度,并通过扫描电镜对试样断口形貌进行了观察。结果表明:随着冷热循环次数的增加,样品有少量的质量损失;其剪切性能先增加后略有降低;碳纤维与树脂基体之间的界面结合状态良好。     

碳-碳复合材料结构特征的扫描电镜研究

用扫描电镜观察了碳-碳复合材料的拉伸样品及烧蚀样品,发现中强度碳纤维在复合过程中,内部结构发生了显著变化;同时对基体碳的剥蚀方式进行了分析;观察了纤维中杂质对烧蚀性能的影响。     

钼酚醛复合材料的性能研究

本文介绍了经改性的钼酚醛树脂与高硅氧纤维和碳纤维复合后的新型耐烧蚀复合材料,这种材料具有较好的热稳定性、热物理性能、力学性能、机械性能以及烧蚀性能,其抗冲刷能力也较强,且成型工艺简便、成本低,可作为固体火箭发动机的烧蚀防热材料.     

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。