国产T700级碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能

采用扫描电子显微镜(SEM)、反气相色谱(IGC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对国产T700级碳纤维和东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面能和表面化学特性进行表征,测试两种碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能,考察国产碳纤维复合材料的界面黏结性能、韧性和湿热性能。结果表明:碳纤维表面特性(表面形貌、表面能和表面化学组成等)对复合材料界面黏结性能具有显著影响;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料在室温下的界面黏结性能优于T700S/QY9611复合材料;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料的韧性优异,冲击后压缩强度达到了国外先进复合材料IM7/5250-4的水平;经湿热处理后的层间剪切强度仍与T700S/QY9611复合材料相当,说明国产T700级碳纤维/QY9611复合材料具备良好的湿热性能。     

几种碳纤维/双马树脂复合材料湿热特性实验研究

 针对碳纤维/双马树脂体系,研究了不同湿热条件、不同碳纤维种类和预浸料制备方法下复合材料层板的湿热特性,通过考察吸湿量、动态力学性能、弯曲性能及其断口形貌等方面分析了各因素对复合材料吸湿特性的影响规律。结果表明,在实验范围内不同湿热条件下水分主要引起复合材料发生了物理变化,而没有发生明显的化学变化;国产T300级碳纤维复合材料湿热性能偏低,这与其界面粘结性能较弱有一致性;与干法预浸料相比,湿法预浸料制备的复合材料层板湿热性能明显偏低,说明溶剂对双马树脂复合材料的界面性能和吸湿性有重要影响。     

耐高温双马树脂体系

研究了803树脂的反应特性、流变特性,MT300/803复合材料的耐热性能和力学性能,并分析了复合材料的微观形貌.结果表明:803树脂具有很高的活性、良好的流动性及工艺性;MT300/803复合材料具有优异的耐高温性能,DMA储能模量转变点约为300℃,T<,d><'5>为396℃,其室温、高温力学性能优异;803树脂与MT300碳纤维界面强度高、匹配性好.综合分析,803树脂及其复合材料具有优异的耐高温性能,可推广应用于航天高性能耐高温结构复合材料领域.     

温度条件对碳纤维上浆剂与双马树脂反应及其复合材料界面粘结的影响

为了研究工艺温度对复合材料界面的调控作用,设计采用三阶段固化工艺(即扩散、固化和后固化),考察了不同温度制度下3种碳纤维/双马树脂(BMI)复合材料界面粘结性能的变化规律。采用原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)深入分析了上浆剂对纤维表面粗糙度和化学特性的影响,研究了上浆剂的反应活性及其与双马树脂的反应性,采用微珠脱粘方法测试了碳纤维/树脂的界面剪切强度(IFSSs)。结果表明,200℃处理2h后3种碳纤维上浆剂均发生部分反应,并且170℃,2h后上浆剂均与双马树脂发生化学反应。对比不同温度条件可以发现后固化阶段对碳纤维/双马体系的界面剪切强度影响显著,未经后固化的复合材料界面性能最低;110℃和140℃恒温扩散阶段对碳纤维/双马体系的界面剪切强度的影响不明显。同种温度条件下,CF1和CF3上浆剂与双马树脂的反应程度高于CF2,相应的CF1和CF3与双马树脂的界面剪切强度较高,表明上浆剂与双马树脂间的化学反应程度是影响其界面粘结性能的主要因素。该研究结果对我国碳纤维上浆剂的研制具有参考价值。     

高韧性双马树脂QY8911—III

ＱＹ８９１１－ＩＩＩ是双马来酰亚胺树脂系列中的又一新产品，它的韧性较ＱＹ８９１１－Ｉ和ＱＹ８９１１－ＩＩ均有提高，本文将主要介绍ＱＹ８９１１－ＩＩＩ的制备，改性方法，及改性后的性能。     

MT300/802双马树脂基复合材料固化工艺及高温力学性能

采用热分析方法研究高活性802双马树脂的固化反应动力学特征,分析树脂固化度与固化温度、固化时间的关系,确定树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h,制得MT300/802复合材料200℃固化T_g达到325℃,而相同固化温度XU292双马树脂T_g仅为234℃。进一步考察MT300/802复合材料室温、230、280及300℃的力学性能,结果表明,复合材料单向板280℃弯曲强度保持率达到了57%,300℃弯曲强度仍达到1 094 MPa,室温及高温层间剪切强度及面内剪切强度也表现出较高的性能水平,高活性802双马树脂及其复合材料固化温度相对较低而使用温度较高,能够满足航天领域耐高温主承力结构的应用要求。     

新型无溶剂耐高温双马树脂及其碳纤维复合材料

采用双酚A型氰酸酯改性双马树脂,研制了一种新型无溶剂耐高温双马树脂基体,研究了树脂体系的黏度特性和固化反应动力学,进行了改性树脂体系的力学性能与耐热性研究,实现了1700CF/双马树脂基复合材料的湿法缠绕成型工艺.结果表明,改性双马树脂的拉伸强度为75.6 MPa,断裂伸长率为2.4%,弯曲强度为111 MPa,玻璃化转变温度为227.9℃.该改性双马树脂体系的黏度适中、适用期长且适于湿法缠绕,T700CF/双马树脂基复合材料的纵向拉伸强度为1668 MPa,纵向弯曲强度为1590 MPa,层间剪切强度为73.3MPa.     

HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的湿热行为

通过对低温固化HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料进行不同湿热环境处理以及3次循环吸湿-脱湿处理,研究其湿热行为。结果表明:复合材料在70℃水浸以及70℃/95%RH两种环境吸湿31 d饱和吸湿率分别为0.71%和0.11%,说明该低温固化氰酸酯树脂基复合材料有很好的耐湿热性;研究复合材料的循环吸湿-脱湿行为,发现复合材料在70℃水浴锅中第1次水浸10 d的吸湿率为0.69%,尚未达到饱和,而第2、3次水浸10 d后的吸湿率分别提高到0.72%和0.74%;复合材料的层间剪切强度随着循环次数的增加,降低更为明显,经过3次循环吸湿-脱湿之后试样的层间剪切强度较干态试样降低了50.77%,连续吸水60 d的试样层间剪切强度较干态试样降低了58.98%。     

TG800碳纤维/双马树脂基预浸料等温固化动力学

为复合材料成型工艺参数制定提供准确信息,采用动态力学分析法(DMTA)对国产TG800碳纤维/802双马树脂基预浸料等温固化动力学进行研究,根据损耗模量E″在恒温扫描过程中出现的拐点可准确确定固化凝胶点。以储能模量E′相对增长率为固化反应速率指标,考察不同恒温阶段反应程度增长模式,并建立了固化反应动力学模型。分别采用Hsich非平衡热力学涨落理论和Avrami方程对预浸料固化反应过程中活化能变化规律进行分析。结果表明:Hsich理论得出TG800/802预浸料反应活化能为49. 5 kJ/mol;Avrami方程得出恒温阶段前期活化能均小于后期,且温度越高对应活化能越低。TG800/802在200℃恒温时前期活化能为78. 8 kJ/mol,小于后期109 kJ/mol,温度升高至240℃后活化能降至32. 4 kJ/mol。通过计算不同恒温阶段固化度佐证了双马树脂固化制度150℃/1 h+180℃/2 h+200℃/4 h的可行性,为TG800/802预浸料的工程化应用提供了技术支撑。     

高强中模碳纤维增强高耐热双马树脂复合材料性能

研究了一种耐高温改性双马来酰亚胺树脂（805）的工艺特性、流变特性和耐热性能,在此基础上制备了TG800/805国产高强中模碳纤维复合材料,并对高温及室温的力学性能和断裂微观形貌进行了表征。结果表明：805树脂的最低黏度为1.6 Pa·s,具有良好的工艺性;TG800/805复合材料具有优异的力学性能,经280 ℃热处理后,其弯曲强度和层间剪切强度在280 ℃的保持率分别为68%和52%,其玻璃化转变温度（T_g）为356 ℃,说明研制的TG800/805材料体系可以在280 ℃高温下较长时间使用。     

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     

面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料铺放适应性

为了研究面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料的铺放适应性,测试了3种T700级碳纤维/双马树脂材料的T型剥离强度及悬垂性,进行了曲率铺放性能对比研究,确定了最佳的T700级碳纤维/双马树脂材料。针对该材料,研究了不同工艺参数（铺放温度、铺放压力、铺放速度）在不同转向半径下对铺放质量的影响,并提出一种新的铺放质量评定方法。材料对比实验结果表明,在一定范围内,适当提高材料的刚性和层间黏结力对材料的铺放性能有明显改善,其中提高层间黏结力效果更加显著,并最终选用T700级碳纤维/双马树脂材料3作为复杂回转体的铺放材料。工艺优化实验发现,当铺放速度小于32 mm/s时,极限转向半径降低至1 000 mm。结合铺放效率,获得复杂回转体的最佳铺放工艺参数为F=800 N、T=40 ℃、v=32 mm/s,且在2 h内进行下层铺放,从而提高铺放质量及铺放效率,解决工程化应用问题。     

碳纤维/双马树脂复合材料整体成型过程分层扩展行为实验研究

针对复合材料构件热压罐成型过程中常见的分层缺陷,考察了整体成型工艺温度对分层扩展、QY8911双马树脂基体韧性及T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性的影响,并通过分层扩展断面形貌深入分析了复合材料整体成型工艺中分层扩展的路径和断面破坏模式,给出了复合材料整体成型工艺和结构设计的优化建议措施。结果表明,随着整体成型最高温度的升高,分层扩展程度增大,QY8911双马树脂基体的拉伸强度和拉伸模量逐渐降低,T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性逐渐增大;对分层扩展断面进行SEM扫描电镜分析发现分层扩展沿着层间开裂,断面内存在基体断裂和基体/纤维界面脱粘两种破坏模式,Ⅰ型层间断裂是复合材料整体成型工艺中分层扩展的典型微观特征。     

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.     

等离子体处理对T700/环氧复合材料湿热性能的影响

研究了等离子体处理对T700/环氧复合材料湿热性能的影响。考察了该复合材料在50℃和80℃的3.5%NaCl水溶液中的吸湿特性和层间剪切强度的变化,并用SEM观察了层间剪切试样断口形貌。结果表明,该复合材料的吸湿行为符合Fick第二定律;随着温度升高平衡吸湿率和扩散系数均增大;经过等离子体处理的复合材料平衡吸湿率比未经处理的平衡吸湿率明显降低;等离子体处理能够提高界面结合强度,吸湿后其层间剪切强度保持率显著提高;SEM结果表明,复合材料的性能变化是由基体破坏和界面脱粘引起的。     

碳纤维/酚醛树脂体系Z-pin加捻拉挤工艺及其性能

为了解决碳纤维/酚醛树脂体系Z-pin拉挤制品中的孔隙缺陷,实现耐烧蚀复合材料三维增强体的制备,在分析孔隙的形成与酚醛树脂的固化过程基础上,利用纤维加捻提高酚醛树脂固化压力进而改善Z-pin中的孔隙缺陷.研究表明:一定范围内,随着纤维捻度的增加,孔隙缺陷的尺寸与数量明显减少,Z-pin中树脂质量分数及可植入深度逐渐降低,而Z-pin抗压性能先提高后降低;碳纤维捻度为80捻/m时,Z-pin制品质量较好,树脂质量分数约为32%,可满足后续超声植入,常温下最大植入深度可达10mm.      

双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能

利用SEM、DMA和TGA研究双马来酰亚胺(BMI)/聚醚砜(PES)复相树脂微观相结构对热性能的影响。结果显示:BMI/PES复相树脂体系发生了相分离现象,当PES添加量达到15phr时,复相树脂体系中产生了相反转结构,富BMI颗粒相被富PES相紧密包裹;相比于纯BMI树脂,BMI/PES复相树脂中归属于富BMI相的玻璃化转变温度Tg升高;BMI/PES-5复相树脂中只有一个Tg,其起始模量降低对应的温度升高;随着PES添加量增大,BMI/PES复相树脂高温塑性行为更加明显;由于PES与BMI间良好的界面作用及富PES相的热防护作用,BMI/PES复相树脂的最大热失重温度和残炭率均得到显著增大;树脂体系在氮气氛围中的耐热性要优于空气氛围。     

Defect suppression mechanism of ultrasonic vibration-assisted drilling carbon fiber/bismaleimide composite

Ultrasonic vibration-assisted drilling (UVAD) has recently been successfully applied in the drilling of carbon fiber reinforced polymer/plastic (CFRP) due to its high reliability. Multiple defects have been observed in the CFRP drilling process which negatively affects the quality of the hole. The carbon fiber/bismaleimide (BMI) composites is an advanced kind of CFRPs with greater strength and heat resistance, having been rapidly applied in lightweight and high temperature resistant structures in the aerospace field. To suppress the defect during the drilling of carbon fiber/BMI composites, it is necessary to comprehensively understand the defect formation and suppression mechanism at different positions. In this study, the defects formation in both conventional drilling (CD) and UVAD were observed and analyzed. The variation trend in the defect factor and thrust force with the spindle speed and feed rate were acquired. The results revealed that the UVAD could significantly enhance the hole’s quality with no delamination and burr. Meanwhile, the defect suppression mechanism and thrust force in UVAD were analyzed and verified, where the method of rod chip removal affected the exit defect formation. In summary, UVAD can be considered a promising and competitive technique for drilling carbon fiber/BMI composites.     

纤维增强复合材料力学性能预测及试验验证

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料结构力学性能预测问题,基于复合材料细观力学有限元方法,研究建立了代表体积元(RVE)模型,并施加周期性边界条件,实现了纤维增强复合材料基本力学性能的预测。通过将应用上述RVE模型所获取的B/Al纤维增强复合材料力学性能预测结果与解析解和试验数据进行对比表明,施加周期性边界条件的RVE模型的力学性能预测结果与解析解和试验数据吻合良好,验证了所建立计算模型的有效性。基于单向连续纤维增强SiC/TC4复合材料板材的力学性能测试试验,获取了不同铺层方案结构的纵向/横向弹性模量和泊松比,得到的纵向/横向弹性模量计算值与各自试验值均值的误差均小于5%,表明弹性力学性能参数基本一致,计算模型具有合理性。      

不同温度下树脂基复合材料层合板力学性能试验

通过试验的方法研究了双马来酰亚胺树脂浇注体及碳纤维增强树脂基复合材料单向层合板在不同温度下的静态力学性能,并讨论了温度对材料力学行为的影响,最后对材料断口形貌进行了分析.试验结果表明:纯树脂浇注体拉伸、压缩性能受温度影响比较明显,且拉、压性能不同.对于拉伸性能,相对室温均值(20℃),160℃环境下模量均值及强度均值降幅分别为31.73%,44.71%,200℃时又分别下降了21.15%,20.37%;对于压缩性能,相对室温均值,160℃下模量及强度均值分别下降了26.67%,44.40%,而200℃时继续下降了6.66%,12.40%.层合板的纵向拉伸性能受温度影响较小,在200℃内,纵向模量与强度最大变幅分别为2.82%和2.53%,且材料断口从室温下的"毛刷"状变为了沿轴向劈断.材料的横向及面内剪切性能受温度影响较大,且应力-应变曲线存在明显非线性,但横向试件断口平整、面内剪切试件无明显紧缩现象,即均表现为脆性断裂特征.另外,相对室温均值,在160℃时,横向及面内切变模量分别下降约32.96%,41.25%,强度分别下降约15.83%,30.96%;在200℃时,横向及面内剪切性能继续下降,模量降幅为16.83%,22.52%,强度降幅12.24%,11.01%.