M40J/改性氰酸酯复合材料耐水性能研究

讨论了氰酸酯树脂、环氧改性氰酸酯树脂、环氧树脂及其M40J碳纤维复合材料耐水性能。考察了几种体系的吸水率、吸水前后力学性能变化,并通过SEM分析其微观状态变化。结果表明,氰酸酯及其改性体系具有低的吸水率,力学性能无明显变化,复合材料吸水率低于浇铸体,拉伸模量、剪切强度有一定程度下降,分析认为主要是由复合材料界面破坏引起的。     

碳纤维/氰酸酯树脂复合材料真空逸气性能研究

分别测试了M40J碳纤维增强环氧改性氰酸酯复合材料在紫外照射前后真空环境(125℃,10-3 Pa)下的逸气性能.结果表明,复合材料总质量损失为0.27%,可凝挥发物为0,逸出气体主要是氢气、氮气和水,紫外照射后总质量损失为0.2%,照射前后复合材料结构无变化,真空逸气性能满足国际标准要求.     

BHM3碳纤维及其氰酸酯基复合材料耐原子氧侵蚀性能

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对BHM3型高模量碳纤维及其增强的氰酸酯基复合材料进行了原子氧暴露模拟实验,采用SEM、XRD、XPS技术分析了原子氧对碳纤维及其氰酸酯复合材料的侵蚀行为。结果表明,经过1×10 21 atoms/cm 2剂量的原子氧暴露后,碳纤维及其氰酸酯复合材料质量损失率均低于1%,纤维表面形貌及组成不变,碳纤维/氰酸酯复合材料的层间剪切强度降低16%。     

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。     

M40/环氧648准各向同性层板力学性能分析

以M40石墨纤维为增强材料与环氧648-三氟化硼单乙胺为树脂基体材料组成的M40/环氧648复合材料,已成为我国应用卫星结构的主要材料之一。文中通过对其单向板工程常数测定,着重对M40/环氧648准各向同性层板的力学性能进行了分析和讨论。     

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。     

M55J碳纤维/氰酸酯复合材料X、Y方向低温热导率的测试研究

碳纤维/氰酸酯复合材料是目前广泛在航天器应用的新型材料.该材料在X、Y方向的低温热导率是设计、使用的重要参考依据.目前一些测量方法不能表征材料传热特性,本文提出采用传统的一维稳态热流法.以M55J碳纤维/氰酸酯复合材料为例,对X、Y方向的低温热导率进行了测试、分析.在试验分析的基础上,采用单层板热导率测量数据,用分析模型计算了M55J碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率并与测量数据进行了比对,两者最大偏差在18%之内,说明与从计算单层板的热导率开始的方法相比较,采用这种计算方法较简单准确.文章分析表明,碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率可以通过铺层设计改变,以减少材料设计的盲目性,满足航天器的特殊需求.     

复合材料的激光全息无损检测

叙述了大型He-Ne激光全息无损检测系统对碳纤维复合材料和蜂窝夹层结构件的无损检测,采用热加载技术,一次照相检测面积可达1m~2;对碳纤维复合板可检出深度在1mm以内,直径5mm以上和深度为2mm,直径20mm以上的分层、气孔等缺陷;对面板厚度小于1mm的蜂窝夹层结构件可检出φ10mm以上的分离型缺陷和φ15mm以上的紧贴型缺陷。     

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。     

碳/氰酸酯复合材料原子氧效应试验研究

选取具有良好应用前景的M40/DFA-1、M40/DFA-N3(添加TiO2纳米颗粒)碳纤维增强氰酸酯基复合材料为研究对象,开展航天器在轨原子氧环境地面模拟试验,通过表面/断口形貌观察、质量损失测试、层间剪切强度测试以及表面成分分析等方式,分析探讨了上述2种碳/氰酸酯基复合材料的原子氧损伤效应。结果表明,在原子氧的作用下,2种材料表面树脂均受到了一定程度的剥蚀,添加纳米颗粒的M40/DFA-N3质损率及原子氧剥蚀率相对更高,但层间剪切强度下降幅度相对较小,这可能是由于其氧化反应更加剧烈,生成的碳氧双键比例更高的结果。     

纤维缠绕热塑性树脂基压力容器

本文讨论了耐高温热塑性树脂/碳纤维压力容器的缠绕成型工艺。对ASTMD—2585压力容器的制造设备及设计参数进行了描述。通过水压爆破试验,对环氧/碳纤维和热塑性基体/碳纤维二种复合材料的性能进行了比较,得到了水压爆破的试验数据,包括爆破压力、复合材料和纤维的拉伸强度以及容器的特性系数(PV/W)。另外,对纤维缠绕复合材料的固结成型以及容器的显微照片进行了研究和讨论。     

热塑性树脂增韧MBMI/DABPA复合材料效果研究

以韧性较高的4，4'－二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺／3，3'－二烯丙基双酚A共聚树脂（MBMI／DABPA）作为对象，研究了共混热塑性树脂对其纤维增强复合材料性能的影响。结果表明，分子链刚性大的酚酞聚芳醚砜（PES－C）比刚性较小的酚酞聚芳醚酮（PEK－C）的增韧效果差，含端羟基的PEK－C增韧复合材料的断裂韧性G1c并不比普通封端PEK－C增韧的高，PEK－C分子量和用量的适当增加，有利于复合材料韧性的提高。共混12．5％的PEK－C，改性树脂玻璃纤维复合材料G1c高达938J／m^2，碳纤维复合材料G1c为552J／m^2，比未增韧的T300／XU292提高163％。     

碳纤维增强耐湿热环氧树脂复合材料成型工艺研究

601耐湿热环氧树脂体系由AG-80环氧树脂和BNE耐湿热环氧树脂组成。该树脂体系具有固化反应平缓的优点,固化反应温度范围为168℃。在120℃～130℃时,T300/601碳纤维增强耐湿热环氧树脂复合材料预浸料处于最低粘度状态,凝胶时间为190～120min,是理想的加压区间。工艺试验表明,复合材料的预成型工艺,加压时机和固化工艺是保证结构件成型质量的关键,制备得到的T300/601复合材料单向板的空隙率低于0.1％,层问剪切强度达110MPa。601耐湿热环氢树脂体系适合于整体成型共固化碳/环氧结构件的制造,具有良好的应用前景。     

PAN基高模量碳纤维微观结构研究

采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光谱(Raman光谱)研究了3种自制PAN基高模量碳纤维(1#,2#,3#)的微观结构,并与M40J,M46J,M55J碳纤维进行了对比。结果表明:3种自制PAN基高模量碳纤维微晶尺寸的大小顺序为3#2#1#;1#到3#碳纤维表面和截面Raman光谱所获得的R值(D峰和G峰的积分强度比)均减小,石墨化程度升高,结晶性变好;1#碳纤维的结晶性介于M40J碳纤维和M46J碳纤维之间,2#和3#介于M46J碳纤维和M55J碳纤维之间;三者的石墨化程度略高于M46J碳纤维。     

高模量碳纤维单向板压缩失稳破坏界面模式验证分析

鉴于高模量碳纤维复合材料压缩强度实测值和理论计算值的较大误差,为了更好地分析高模量复合材料的压缩性能,针对纤维含量为69%的国产高模量M40J环氧单向板的纵向受轴压破坏的试件,用台式扫描电镜拍摄了单向板受压断裂时断裂面的照片,通过观察分析可知单向板在受压时由于纤维屈曲失稳产生了破坏。随后建立了单向板细观力学有限元模型,分析得到了单向板的弹性模量,并将强度极限试验值与经典的以纤维的小波长微失稳为假设的伸长型压缩强度和剪切型压缩强度等理论值做了对比,最后得到了与实测结果比较吻合的细观力学模型。相比较于单向复合材料经典压缩强度理论,采用这种圆柱组合体单向板有限元模型分析得出的高模量复合材料压缩性能更接近试验实测值,对于高模量复合材料的设计和应用有一定的参考价值。     

双酚A二炔丙基醚/氰酸酯共混树脂固化反应与性能

环氧树脂/氰酸酯共混树脂已用作液氧贮箱复合材料的基体树脂。本文选用低吸水率的双酚A二炔丙基醚(DPEBA)与氰酸酯等摩尔共混,研究以不同催化剂对DPEBA与氰酸酯共混树脂体系固化反应的影响,并考察了催化固化的共混树脂体系的热稳定性和冲击性能。研究结果表明:过渡金属的乙酰丙酮盐和二丁基二月桂酸锡可降低双酚AF型氰酸酯(BAFDCy)的固化温度,质量分数为0.2%的乙酰丙酮铜可明显使BAFDCy的固化温度降至200℃以下。双酚A二炔丙基醚(DPEBA)预聚后与氰酸酯等摩尔共混,在0.3%的Cu(acac)_2催化下,可在200℃以下固化,与双酚E型氰酸酯、双酚A型氰酸酯和双酚AF型氰酸酯共混树脂的固化物在空气中600℃的残留率分别为38%、36%和0.7%,浇铸体的冲击强度分别为5、6和8 kJ·m~(-2)。     

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.     

一种航天器用外热防护涂层材料研究

研制了一种由环氧改性有机硅树脂、聚酰胺类固化剂为基体,以隔热及耐热填料为添加剂的室温固化耐高温外热防护涂料体系;该外热防护涂层材料的拉伸强度3.15MPa,断裂伸长率26%;热导率0.271W/(m.K),比热容2.689 J/(g.K),而且具有优良的隔热性能、耐热性能以及良好的附着力。该涂层材料可用于T700/4319复合材料壳体表面的外防护,并可在350℃温度条件下短期使用。     

国产芳纶纤维增强环氧复合材料的压缩性能

采用不同弹性模量的环氧树脂基体与国产芳纶Ⅲ纤维制备了复合材料,研究了复合材料压缩性能及其影响因素,分析了环氧树脂模量、芳纶纤维束张力、压缩测试方法等因素对复合材料压缩强度测试结果的影响规律。研究表明,环氧模量、纤维束张力的提高有利于压缩强度的提高,正交铺层的压缩测试方法有利于表征复合材料压缩本征性能。同时,探讨了芳纶纤维压缩失效的机理,提出了提高芳纶纤维复合材料压缩性能可能的途径。     

刚性太阳电池阵基板研制

文中介绍一种卫星太阳电池阵基板的研究成果。制品选用了碳/环氧面板一蜂窝夹层结构复合材料,可显著减轻结构重量和提高制品的刚度和稳定性。研究成果已应用于实际产品中,取得令人满意的结果。