空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基透波复合材料的制备及其性能

以空心石英纤维(HSF)和聚芳基乙炔(PAA)树脂为原料采用RTM工艺制备了空心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(HSF/PAA),比较了HSF/PAA与实心石英纤维增强聚芳基乙炔树脂基复合材料(SF/PAA)的力学性能、介电性能及不同纤维增强体形式对材料力学性能的影响。结果表明,HSF/PAA具有较好的高温力学性能和优异的介电性能,使用温度可达450℃,而且通过对纤维增强体形式的优化有望进一步提高该类材料的综合性能。尽管HSF/PAA的高温力学性能仅有同结构SF/PAA的55%~75%,但其在较宽的温度和频率范围内均具有更低的介电常数(3.1)和介质损耗角正切值(0.004),在实际应用中可以获得更高的传输系数和更宽的壁厚容差,有望在耐高温透波材料在航空航天等诸多领域获得应用。     

溶剂对RTM石英／酚醛复合材料溶液浸润过程影响研究

研究了不同溶剂对于RTM石英/酚醛复合材料溶液浸润过程的影响.采用X光电子能谱(XPS)和原位电子顺磁共振(EPR)研究了石英纤维表面硅烷偶联剂和不同酚醛树脂溶液组分间的界面化学反应.采用TGA和层间剪切强度(ILSS)测试方法研究了溶剂对酚醛树脂分布和材料界面结合强度的影响.结果表明,溶剂能够与酚醛树脂在石英纤维表面形成竞争性吸附,从而影响树脂在RTM模具内部不同位置的分布和复合材料的力学性能.随着溶剂形成氢键能力的增强,其影响程度依次为四氢呋喃＜丙酮＜乙醇.     

一种中温透波自黏性树脂及复合材料性能研究

研制了一款中温透波自黏性树脂,对树脂的凝胶时间、流变性能等进行了测试,使用该树脂制备了中温透波自黏性玻璃纤维织物及石英纤维织物预浸料,对预浸料的物理性能进行了表征测试。研究了复合材料层合板的耐热性、力学性能和介电性能,结果表明复合材料玻璃化转变温度达148℃,具有优良的力学性能和介电性能,且在93℃时具有较高的力学性能保持率,满足使用要求。进行预浸料和蜂窝胶接,测试了试验件的剥离强度,结果表明滚筒剥离强度≥50N.mm/mm,树脂预浸料自黏性较好,夹层结构的滚筒剥离强度高,满足应用指标要求。与民机用典型进口预浸料体系CYCOM■7701/7781对比,两种复合材料室温干态及93℃干态层间剪切性能相当,ACTECH■1210/2221在耐热性与介电性能方面更具优势。     

空心石英纤维增强氮化物基低介电复合材料的制备及其性能

以环硼氮烷和全氢聚硅氮烷组成的混杂先驱体为原料,采用先驱体浸渍-裂解工艺制备了空心石英纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,研究了裂解温度对复合材料的致密化、力学性能、介电性能和断口显微形貌的影响。结果表明,当裂解温度从300℃提高到500℃时,复合材料的密度逐渐增大,材料的弹性模量随之提高,而其弯曲强度先增后减。当裂解温度为400℃时,复合材料表现出最高抗弯强度(132.4MPa),这源于较小的纤维损伤以及基体和纤维之间良好的界面结合状态。随着裂解温度的提高,复合材料的介电常数也逐渐增大,但三种温度下制备的复合材料均具有较低的介电常数(2.60～3.01)和较低的损耗角正切值(小于5×10-3),材料良好的介电性能源于介电性能优异的高纯度空心石英纤维增强相和较低密度的无碳氮化物基体。     

结构、耐热、透波功能一体化石英/聚酰亚胺研究

采用热压罐工艺制备了石英纤维增强聚酰亚胺复合材料。分别测试了材料室温和350℃下的力学性能、热物理性能及介电性能,对比分析了密度、温度及频率对材料介电性能的影响。结果表明:石英增强聚酰亚胺复合材料在室温~350℃范围内有着良好的力学性能;热导率为0.24~0.28W·m-1·K-1,热膨胀系数约为5.38×10-6/℃;介电常数在2.95~3.10之间,损耗角正切值小于8.0×10-3。     

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。     

UHMWPE/PCH复合材料性能研究

采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作增强材料,结构与UHMWPE纤维相似、且对纤维表面具有良好润湿性的全碳氢树脂(PCH)作基体,通过热压成型工艺制备UHMWPE/PCH复合材料,并通过扫描电镜、介电谱仪等方法对复合材料的力学性能、介电性能、吸水、湿热性能及界面粘接性能进行表征.结果表明,UHMwPE/PCH复合材料力学性能良好、介电性能优异、吸水率小、吸湿率低、粘接性能好.     

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。     

石英/氰酸酯玻璃钢复合材料的介电性能研究

以E玻纤、S玻纤、石英玻纤和环氧树脂LWR-2、氰酸酯玻璃钢复合材料为研究对象,考察了25℃时,7.35GHz、8.23 GHz、9.52 GHz、11.05 GHz下各玻璃钢复合材料的介电性能(介电常数和损耗正切),结果表明玻璃钢复合材料中介电性能较好的为石英/氰酸酯.     

空心石英纤维/酚醛树脂复合材料的结构与性能

将石英纤维空心化,并通过模压成型方法制备了空心纤维/酚醛树脂复合材料。结果表明,空心纤维的空腔直径为4～7μm,随着纤维空心度增大(0～0.5),纤维的力学强度提高。在相同的纤维体积分数下,当纤维空心度从0增大到0.5时,复合材料的密度和热导率分别从1.63 g/cm3和0.49 W/(m·K)降低到1.46 g/cm3和0.41 W/(m·K),烧蚀性能保持不变。采用此方法制备的空心纤维/酚醛复合材料同时具有良好的隔热、防热性能。     

胶含量对CF/BF复合材料性能的影响

制备了碳纤维/玄武岩纤维(CF/BF)增强酚醛树脂复合材料,研究了复合材料层合板不同胶含量对其层间剪切强度、热传导和耐烧蚀性能的影响。结果表明:CF/BF复合材料,在胶的体积分数为35%时,复合材料经纬向层间剪切强度达到最大值21和20 MPa;在胶的体积分数为39.5%处,热导率和线烧蚀率出现最低值0.366 W/(m.K)和87μm/s。CF/BF混杂纤维复合材料性能符合混杂纤维复合材料性能混杂效应规律。     

浅析影响高模量碳纤维/ 树脂基复合材料力学性能的因素

为提高高模量碳纤维复合材料的力学性能,研究改性氰酸酯、5228、4211与碳纤维结合面结合性能.用SEM、AFM、微脱粘仪、万能力学试验机等仪器设备,观察了碳纤维表面微观形貌、树脂基体与碳纤维结合面微观粘接情况,并对复合材料的宏观力学性能进行分析研究.结果表明,高模量碳纤维随着模量的提高,袁层的缺陷与沟槽减少、表面活性降低,与树脂的结合面粘接强度减弱;改性氰酸酯与纤维的结合面粘接性能较好、5228次之、4211较差;树脂与纤维结合面粘接强度大的,其复合材料的力学性能好.     

玄武岩纤维表面涂层改性研究

采用溶胶-凝胶技术制备有机/无机纳米杂化涂层材料,通过红外光谱和原子力显微镜技术对该材料进行表征分析,结果表明合成了环氧/SiO2纳米杂化材料.采用合成的纳米杂化浆料对玄武岩纤维进行表面改性,通过纤维表面形貌、纤维复丝拉伸强度和复合材料层间剪切强度分析,研究玄武岩纤维表面涂层改性效果.试验结果表明:采用适当浓度的涂层溶液对玄武岩纤维进行表面改性可以有效的增加纤维表面粗糙度,提高纤维复丝拉伸强度,改善复合材料界面粘接强度,说明玄武岩纤维表面涂敷有机/无机纳米杂化涂层的改性方法是确实有效的.     

碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能

为提高树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性,改善其抗热衰退性能。以碳纤维作为增强纤维,采用热压成型工艺制备碳纤维增强树脂基摩擦材料;用XD-MSM型定速摩擦试验机测定摩擦磨损性能,研究了不同含量碳纤维增强对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响;利用VK-X200三维激光扫描显微镜观察了摩擦材料磨损后表面的微观形貌并探讨其磨损机理。结果表明,碳纤维增强树脂基摩擦材料的硬度、压缩强度和剪切强度均得到提高,并随碳纤维含量的增加而逐渐增大;碳纤维增强作用提高了树脂基摩擦材料的耐磨性和摩擦因数的稳定性,改变了树脂基摩擦材料的摩擦磨损形式;碳纤维含量为4wt%的增强树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性较高,抗热衰退性能较好,磨损机制主要为疲劳磨损。     

Interfacial Properties Modification of Carbon Fiber/ Polyarylacetylene Composites

This work was dedicated to performing surface oxidation and coating treatments on carbon fibers (CF) and investigating the changes of fiber surface properties after these treatments, including surface composition, relative volume of functional groups, and sur- face topography with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atom force microscopy (AFM) technology. The results show that, after oxidation treatments, interfacial properties between CF and non-polar polyarylacetylene (PAA) resin are remarkably modified by removing weak surface layers and increasing fiber surface roughness. Coating treatment by high char phenolic resin solution after oxida- tion makes interface of CF/PAA composites to be upgraded and the interfacial properties further bettered.     

碳纤维增强可溶性聚芳醚树脂基复合材料的表面与界面

首次对碳纤维增强含二氮杂萘酮联苯型聚芳醚砜酮(PPESK)基高性能热塑性树脂基复合材料的界面进行了研究。采用空气冷等离子体处理方法对碳纤维表面进行处理。用XPS测试分析了不同等离子体处理时间对CF-原丝表面元素组成的影响及其变化规律。用FT-IR测试分析了经等离子体处理前后碳纤维表面的官能团的变化。采用动态接触角测试分析了不同处理时间下,碳纤维浸润性的变化规律,进一步分析了复合材料界面的粘结机理。采用AFM测试分析等离子体处理时间对碳纤维表面粗糙度的影响。利用ILSS测试方法表征了碳纤维/PPESK复合材料的层间剪切强度,确定了最佳的等离子体处理条件。利用SEM观察了碳纤维/PPESK树脂基复合材料的层间剪切破坏形貌。结果表明:对碳纤维的最佳的等离子体处理条件为:处理功率200W,处理时间15m in。在这一条件下处理碳纤维,复合材料的ILSS值最达可提高13.5%。经过适当的等离子体处理后,碳纤维表面的极性基团的含量、浸润性能和粗糙度均得到改善,增强纤维与树脂基体间界面的粘结性能得到提高,从而提高了复合材料的力学性能。     

纤维增强树脂基复合材料连接结构强度与失效分析

采用拉伸试验和有限元分析方法研究纤维增强树脂基复合材料螺栓连接与胶–螺混合连接结构的失效机理。通过拉伸–剪切试验分析其载荷–位移曲线,结合有限元仿真结果及断面微观结构变化分析其结构强度和失效机理。结果表明,螺栓连接结构孔周碳纤维丝束受到螺栓挤压力变形后传递给树脂基体。因此,呈现纤维屈曲变形,树脂基体由均匀分布状被断裂的纤维短束挤压变成团簇状,形成结构不均匀而出现薄弱区域。胶–螺混合连接结构呈现拉伸断裂式破坏,断口处碳纤维丝束在拉伸–剪切作用下从环氧树脂基体中拔出并损伤断裂,丝束方向杂乱排布。附着在碳纤维丝束周围的树脂基体从均匀分布状变为团聚状,连接结构在达到极限载荷之后出现拉伸断裂,呈现净截面破坏,并且在重新分配载荷之后板材之间的胶粘剂对纤维的破坏会起延滞作用。材料强度、螺栓强度、胶层强度及螺栓宽径比等因素均会成为影响连接结构失效破坏的因素。     

H3PO4溶液中碳纤维表面电化学改性机理研究

以H3PO4溶液为电解液对碳纤维进行电化学改性处理,通过循环伏安测试,XPS、SEM和XRD分析探讨了H3PO4溶液体系中碳纤维表面电化学改性机理。结果表明:在改性处理初期,纤维表面已有电活性物质发生电化学反应产生新的活性碳原子,此后伴随着水的电解析氧反应纤维表面进一步受到氧化和刻蚀,表面氧元素含量增加,而且各种含氧官能团含量随着改性处理得进行不断变化,其中羧基和酸酐含量明显增加。纤维表面粗糙度增加,沟槽加深加宽,但其本体结构并没有改变,只是表面层微晶尺寸有所减小,晶面间距有所增大。     

沥青基炭纤维表面改性对炭／炭复合材料力学性能的影响

为了提高沥青基炭纤维表面活性,采用臭氧氧化法对沥青基炭纤维表面进行改性。采用AFM,XPS研究了臭氧改性后沥青基炭纤维表面结构的变化。利用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化,并用SEM分析了炭/炭复合材料断口形貌。结果表明,臭氧氧化使沥青基炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加,提高了沥青基炭纤维的表面能。炭/炭复合材料力学性能得到明显提高。     

碳纤维表面微观结构的定量化表征方法

通过使用Matlab编程处理日本东丽T300、国产GCF-1和GCF-2等3种碳纤维样品断面的扫描电镜照片,采用二值标签算法获得了碳纤维的直径及圆度等碳纤维物理特征定量数据。建立了采用直线方程切线法寻找并计算碳纤维表面沟槽的数量及尺度的方法,发现3种碳纤维样品的边缘沟槽的深度及宽度的分布均符合Weibull分布的特征。3种碳纤维的表面物理特征随温度变化的规律相同,说明其在结构上存在着一致性。经过不同温度热处理后3种碳纤维样品的圆度值变化不大,平均直径随着热处理温度的升高逐渐减小,并且表面沟槽的数量及分布的变化规律相同,说明其结构存在一致性。3种碳纤维的圆度等表面物理特征存在一定差异,T300的圆度小于国产GCF-1及GCF-2碳纤维。