表面处理对三维浅交弯联机织复合材料界面及弯曲性能的影响

以2400 tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,使用硅烷偶联剂KH-570作为表面活性剂,采用涂抹、浸泡的方法对预制体进行表面处理以改善复合材料的界面性能。以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型,制得三维浅交弯联机织复合材料。分别借助傅里叶红外光谱仪、原子力显微镜、万能材料试验机、扫描电镜等仪器来测试与验证KH-570对预制体及复合材料的处理效果。结果表明,经过KH-570处理后,预制体表面粗糙度增大、比表面积增加,从而使得纤维与树脂界面结合更加紧密;复合材料的弯曲性能随着KH-570的增加而增强;复合材料主要破坏形式为纤维断裂,纤维在树脂中抽拔现象较少。     

三维浅交弯联机织复合材料弯曲性能的有限元分析

借助Pro/Engineer绘图软件,建立三维浅交弯联机织复合材料及弯曲压头的结构模型,进行弯曲性能研究。借助ANSYS Workbench有限元软件,探究复合材料在5 mm弯曲位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布,并对复合材料的破坏模式进行预测。结果表明:三维浅交弯联机织复合材料在弯曲载荷的作用下,试样与上、下压头接触处最容易发生弯曲破坏;三维浅交弯联机织复合材料在承载弯曲载荷时,增强体纤维起到主要承载作用,树脂基体起次要承载作用;在5 mm的弯曲载荷作用下,复合材料的破坏模式主要是树脂的破碎。     

树脂含量对装甲车体内饰用轻质复合材料弯曲性能的影响

以2 400 tex的玻璃纤维为原料,在SGA598型三维织机上,采用三维浅交弯联结构制备了一种装甲车体内饰用轻质复合材料预制件。将环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将复合材料预制件与配制好的树脂体系以质量比为2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2的比例进行手糊复合成型,制成装甲车体内饰用轻质复合材料。借助Instron 3385H型万能材料试验机对材料的弯曲能进行测试,研究树脂含量对复合材料弯曲性能的影响;并通过扫描电子显微镜(SEM)观察材料的断裂界面,研究材料的弯曲破坏机理。结果表明,三维浅交弯联复合材料具有优异的力学性能,织物与树脂的质量比为1∶1时材料的弯曲强度与模量均达到最大值;材料的破坏模式主要为脆性破坏,具体表现为树脂基体的碎裂以及纤维的抽拔及断裂。     

三维浅交弯联机织复合材料准静态冲击性能有限元模拟

借助绘图软件PRO/E构建出用于研究冲击性能的三层三维浅交弯联机织复合材料及冲头的结构模型,并利用有限元软件ANSYS对其力学性能进行模拟分析。分别表征复合材料中纤维、树脂基体的应力应变分布情况,并预测复合材料的冲击破坏形式。结果表明,在准静态冲击载荷的作用下,复合材料在冲头冲击的位置形成贯穿性损伤;纤维表现出较大的冲击应力,树脂基体表现出较大的冲击应变;冲击破坏模式主要为复合材料的变形引起的贯穿性破坏,包括纤维的断裂、树脂的破碎及纤维与树脂间的脱粘。     

不同纤维预制体结构对SiC_f/PyC/SiBCN复合材料力学性能的影响

使用不同织造方式(二维机织,法向增强2.5维机织和三维五向编织)制备了3种SiC纤维预制体,采用树脂转移模塑(RTM)和聚合物浸渍裂解(PIP)工艺制备了SiC_f/PyC/SiBCN复合材料。观察复合材料的显微组织,测试弯曲强度、拉伸强度、压缩强度等力学性能,探究不同预制体结构对复合材料力学性能的影响行为。结果表明:同一预制体结构在不同方向的纤维分布不同导致材料力学性能的各向异性;不同预制体结构对材料力学性能有着显著的影响。     

基于声发射技术的2.5维机织复合材料损伤机理研究

利用声发射技术对2.5维浅交弯联机织复合材料在整个拉伸过程的各种损伤发展、演化进行了试验研究.结果表明:2.5维机织复合材料拉伸损伤演化可分为损伤初始、损伤严重和快速断裂3个阶段.     

碳纤维复合材料界面性能研究

针对碳纤维复合材料中普遍存在的界面问题，首先研究了碳纤维表面改性对其复合材料界面性能的影响。采用电化学方法和γ射线辐照技术对碳纤维进行表面改性处理，通过处理前后纤维性质及其复合材料界面性能的分析，阐明了纤维表面改性对复合材料界面性能影响规律。同时，研究了电子束固化技术中存在的弱界面问题，通过对电子束固化机理的研究发现增强体表面化学成分对固化过程影响较大，合理的偶联剂选择可以使电子束固化复合材料界面粘合性能得到提高。此外，研究了碳纤维超声连续处理，通过对树脂基体和碳纤维表面性质的分析，说明超声处理可有效地改善复合材料界面性能。     

G/C纬向混杂浅交弯联三维机织复合材料的低速冲击性能

为了研究纤维混杂对三维机织复合材料低速冲击性能的影响,本文基于同一种浅交弯联三维机织结构制备成型了全碳纤维(T700)和玻璃/碳纤维(E-glass/T700)纬向混杂两种不同的复合材料。以上述两种复合材料为研究对象进行低速冲击实验,试验时设定冲击能量分别为10、23和40 J。结果表明:在不超过40 J的冲击能量下,两种复合材料均未被冲破;在三种冲击能量下,混杂材料的峰值力均小于全碳材料,其吸收能量、最大位移均大于全碳材料。在10和23 J的冲击能量下,混杂材料的损伤程度小于全碳材料;但当冲击能量达到40 J时,混杂材料的损伤程度大于全碳材料。     

不同界面层体系对SiC_f/SiC复合材料性能的影响

主要研究无界面层、裂解碳和氮化硼3种界面层体系对SiCf/SiC复合材料力学性能的影响:首先,三维四向编织的SiC纤维预制体分别经过无界面层处理、裂解碳界面层制备(CVI工艺)和BN界面层制备(PIP工艺)3种不同工艺处理;以聚碳硅烷为原料,采用PIP工艺制备出3种SiCf/SiC陶瓷基复合材料工艺试验件;对工艺试验件的基本力学性进行研究,评价不同纤维预制体处理工艺对材料性能的影响。研究结果表明,无涂层复合材料样品的弯曲强度最高;具有PyC涂层复合材料的弯曲强度略有下降,但断裂韧性较高;具有BN界面层的复合材料弯曲强度和断裂韧性均出现了较大程度的降低。3个样品力学性能的差别主要与纤维/界面层/基体之间作用力有关。本研究结果可以用于SiCf/SiC复合材料构件制造工作中,为制造工艺的初步筛选提供参考依据。     

异氰酸酯硅烷处理石英布/ PSA 树脂复合材料的影响

设计并选用一种分子结构中带有异氰酸酯基的硅烷偶联剂对石英布进行了表面处理,对比了石英
纤维改性对含硅芳炔树脂复合材料部分力学、介电及耐热性能等的影响。结果表明:偶联剂处理石英纤维后,偶
联剂与石英纤维表面发生化学键合,明显改善石英纤维与含硅芳炔树脂的界面粘接,复合材料的层间剪切强度比
未处理的提高了24.7%,弯曲强度提升了12.4%,偶联剂的加入不会降低复合材料的Tg 和介电性能。     

二维与三维机织复合材料面内力学性能对比

设计并制备了结构形式和工艺参数相同的二维机织层合和三维机织复合材料，利用数字图像同步测试技术（DIC）系统地开展了经、纬向拉伸、压缩试验和面内剪切试验。结合试样表面应变场的演化过程和断裂形貌分析，对比研究了二维机织层合复合材料和三维机织复合材料的承载机制、力学性能和失效机制的差异。结果表明，经纱在层间的交织联锁对机织复合材料的宏观力学行为和承载机制有重要影响，三维机织复合材料牺牲了经向拉伸和压缩性能，得到了更好的结构整体性和更高的纬向性能。此外，三维机织复合材料的经向拉伸应力-应变曲线具有明显的非线性特征。同时，经纱对纬纱的强约束导致了纤维束/基体界面上的弱粘接，降低了三维机织复合材料抵抗剪切变形的能力。     

单向苎麻纤维增强酚醛树脂复合材料性能的研究

制备了基于Cycom6070酚醛树脂的单向苎麻纤维增强复合材料,并研究了树脂、纤维及复合材料的热性能和力学性能.研究表明:将Cycom6070酚醛树脂在100℃固化1h,树脂的最低熔体黏度由0.1Pa·s变为3.6 Pa·s,适合预浸料的制备;由热失重曲线(TGA)可知:当温度升到200℃时,苎麻纤维失重约为8％;当温度升至200℃以上时,失重非常明显.经过偶联处理的苎麻纤维增强复合材料MU-62％的力学性能,均优于没有经过表面处理的纤维增强复合材料GU-62％的力学性能.电镜照片显示,纤维表面经过偶联处理后,很好地提高了复合材料中树脂和纤维界面的相容性.     

基于细观结构的三维机织复合材料弹性性能的分析

三维机织复合材料具有复杂的细观结构,通过采用双凸透镜的几何形状来描述被压扁的纤维束横截面,引入细观结构和几何参数,建立了基于织物细观结构预测三维机织复合材料的纤维体积分数和弹性常数的方法。通过参数分析预测了结构和几何参数对三维复合材料弹性性能的影响。开发了一个具有友好界面的三维机织复合材料弹性性能的分析软件,为复合材料结构设计者选定适合的织物增强结构提供了有效的计算工具。理论计算结果与实验值的比较,表明了分析方法的正确性。     

影响碳化硅基复合材料机械性能的工艺因素

介绍了纤维及预制体成型、高温处理、界面技术、基体致密化及后处理等工艺因素对碳化硅基复合材料机械性能的影响。基体密化工艺是影响复膈材料性能最为主要的因素,化学气相渗透工艺制备的碳化硅基复合材料的强度和韧性明显高于其它工艺制备的复合材料,预制体高温处理可提高纤维在基体复合材料及使用过程中的高温稳定性,减少纤维／基体界面的热应力,但高温处理会引起纤维强度大幅度下降,在高温处理前先进行中间相涂层处理,不仅     

三维机织复合材料弹道冲击试验研究

先进复合材料具有高比强度、高比模量等优点，是航空发动机应用研究的热点。本文通过弹道冲击试验研究三维机织复合材料平板在高速物体冲击下的损伤失效机制及其力学行为，采用高速相机记录下了靶板受冲击损伤变化过程，分析了不同速度对三维机织复合材料平板损伤形貌的影响。试验结果表明，三维机织复合材料具有优异的抗裂纹萌生和扩展性，冲击表面的主要破坏模式是纤维剪切破坏和基体破碎，在出口表面主要破坏模式是纤维拉伸断裂和基体开裂。本研究可用于支撑验证碳纤维增强树脂基复合材料包容性，为航空发动机复合材料机匣研制提供基础。     

新型耐高温氰酸酯/磷酸铝复合材料的研究

基于氰酸酯树脂(CE)和磷酸铝(AlPO4)优良的综合性能,采用"复合技术",设计并制备了AlPO4/CE复合材料,研究了不同偶联剂和AlPO4含量对AlPO4/CE复合材料的热性能、介电性能和吸湿性能的影响。研究结果表明,不同偶联剂对磷酸铝和CE之间的界面作用力影响不同。AlPO4(KH-550)和AlPO4(KH-560)与CE间的界面作用力稍高于AlPO4(H-2),并且AlPO4(KH-550)/CE复合材料的综合性能最佳;当加入适当含量AlPO4(KH-550)时,AlPO4(KH-550)/CE复合材料具有比纯CE树脂更佳的综合性能。     

玄武岩纤维/ 酚醛树脂复合材料界面结合机理

分别用浓度为0.8wt%和1.0wt%的KH550硅烷偶联剂处理玄武岩纤维布,并制作成玄武岩纤维增强酚醛树脂(PF-BFRP)。经过力学检测和SEM的分析结果表明:0.8wt%组复合材料力学性能略高于1.0%组,且该组纤维表面的树脂附着层较厚且分布均匀,单根纤维表面的树脂附着量较多。根据FTIR结果的分析,推测出复合界面新形成的化学键为C—N—C和C—O—Si。树脂中苯酚与纤维表面的氨基、硅醇基分别形成了C—N—C键、C—O—Si键。XPS测试证实了0.8wt%组C—O—Si键的峰面积比大于1.0wt%组,说明0.8wt%组复合材料具有更好的界面性能。     

纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响

为了研究纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响,将T300碳纤维在氮气氛围中进行不同温度的热处理后,采用液硅熔渗法制备了C/C-SiC复合材料。采用光电子能谱(XPS)对纤维表面成分进行了分析。结果表明:未处理纤维表面具有较高的氧含量,随着热处理温度的升高,纤维表面氧含量逐渐降低,导致纤维表面含氧官能团数目减少。扫描电镜(SEM)观察发现:未处理纤维增强的C/C预制体,孔隙尺寸较大且孔隙率低;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,孔隙尺寸较小但孔隙率高。随后对C/C预制体进行液硅熔渗处理,并对熔渗反应过程分析发现:由未处理纤维增强的预制体,液硅熔渗反应主要受溶解-沉淀和界面限制的扩散反应过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体相分布规则且含量较低,同时含有较高的残留Si;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,熔渗反应则主要受溶解-沉淀过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体含量多且分布较均匀,残留Si含量较少。     

三维机织复合材料侧压性能有限元分析

使用Pro/E 5.0构建出一种三维角联锁机织复合材料细观结构模型,利用ANSYS分析侧压载荷下复合材料中纤维与树脂应力应变分布情况,预测复合材料在侧压载荷下的力学行为,并对比复合材料侧压性能。结果表明:复合材料侧压性能表现出各向异性,纬向侧压性能好于经向;复合材料中纤维承载更多的载荷作用,树脂发生更大的变形;轴向平行于侧压方向的纤维承受更大的载荷作用,轴向垂直于侧压方向的纤维承受较小的载荷作用。     

2.5维机织复合材料纬向拉伸过程初始屈服准则

2.5维机织复合材料已有较为广泛的应用,而目前对该类复合材料的破坏机理和失效原因尚未形成统一的认识。根据三维机织复合材料的拉伸试验现象,基于经纱曲面层板纬向纤维和树脂应力相等的假设,建立了2.5维机织结构复合材料纬向拉伸过程的初始屈服条件和屈服准则。通过对2.5维机织复合材料3种结构12个试件进行纬向拉伸试验及文献中的三维机织复合材料拉伸试验,与计算预测结果的对比表明本文中建立的初始屈服准则的合理性。研究表明,树脂横向裂纹是2.5维结构复合材料纬向拉伸过程初始屈服产生的直接原因;2.5维机织复合材料出现纬向拉伸屈服的条件仅和经纱曲面板内的经纱体积含量、纤维和基体的弹性模量及基体的拉伸破坏强度等因素有关,而与经纱曲面板的走向和层数无关。因为组分弹性模量不同,在纬向拉伸过程中,树脂应变高于复合材料的应变。树脂的初始横向裂纹首先发生在纤维密集处,并向富树脂区扩展;裂纹在向纤维方向扩展过程中受到纤维的阻碍而受到限制。