改性热固性酚醛树脂热熔胶膜成膜工艺及其性能

针对低成本且环保的热熔预浸工艺,研制一种满足热熔工艺成膜性和高耐热性要求的改性热固性酚醛树脂(MPF)胶膜。采用流变仪和差示扫描量热仪,对MPF的固化反应特性和凝胶特性进行分析,利用粘度预测函数,建立粘度-温度-时间的函数关系模型,预测胶膜树脂的低粘度平台,可指导热熔MPF胶膜的制备及成膜性能研究。为保证树脂充分浸渍纤维,热熔预浸工艺树脂浸润纤维预制体的温度应在95~135℃(粘度小于1 000 mPa·s)。热熔法MPF胶膜的成膜温度在75~95℃(粘度范围在1 000~3 000 mPa·s),75℃条件下,MPF低粘度保持时间可达到120 min。固化后的MPF在1 200℃的氮气气氛中,残炭率可达到65%。此类新型热熔法MPF可为其在高性能树脂基复合材料领域的应用提供参考。     

HTPB推进剂温度及率效应的累积损伤模型研究

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单轴拉伸法研究了温度及应变率对HTPB推进剂力学性能的影响。运用单轴拉伸方法,研究了5组不同应变率(0. 000 333～0. 167 s-1)和不同环境温度(-50～35℃)下HTPB推进剂的恒速率单轴拉伸破坏试验。通过试验数据获取损伤模型参数,并最终建立了含应变率和温度因子的累积损伤模型。利用建立的累积损伤模型来预测HTPB推进剂在特定温度及应变率(0.000 333～0.167 s-1)条件下的失效情况,计算结果与试验结果吻合较好。此累积损伤模型可为固体推进剂装药结构完整性分析方法和HTPB推进剂损伤和破坏研究提供一定依据。     

T800碳纤维/PEEK热塑性复合材料的拉伸与剪切失效行为研究

采用T800碳纤维/聚醚醚酮(T800/PEEK)预浸料，以高温、模压方式制备了热塑性单向复合材料，通过拉伸、面内剪切试验方法对其模量和强度进行了测试分析，得到了不同载荷形式作用下的宏观失效破坏模式。针对T800/PEEK复合材料的微细观结构特点，建立了有限元代表性体积单元模型(RVE)和碳纤维、PEEK基体以及纤维/基体界面三种材料的本构关系，基于渐进损伤失效模型和内聚力模型得到了单轴拉伸/压缩、面内剪切载荷作用下单元模型的应力应变曲线和微细观失效模式。相比于试验测试结果，有限元模型预测得到的拉伸模量/强度相差最大为11%,剪切模量/强度相差最大为5%。     

针刺C/C复合材料高温力学性能试验及本构关系

为研究针刺C/C复合材料高温下力学性能,通过C/C材料试件不同温度下的拉伸、压缩及剪切性能试验,观察试件在高温和外载荷作用下的破坏模式,获得了材料不同温度下的应力-应变曲线。基于对Jones-Nelson-Morgan模型改进并引入温度系数,建立了C/C复合材料高温本构关系模型,并与试验结果进行了对比。结果表明,在温度≤1800℃,针刺C/C材料为线弹性本构关系,C/C材料拉伸、压缩及剪切强度均随温度的升高呈先升高、后降低趋势,在温度≥1600℃后,强度逐渐降低;建立的高温本构模型计算结果与试验结果吻合较好; C/C材料整体表现为脆性破坏,拉伸破坏纤维拔出尺寸较短,压缩破坏断口呈现45°豁口。     

T-700/聚三唑树脂复合材料性能研究(英文)

热固性聚三唑树脂(PTA)具有突出的力学、热学性能,分子可设计性强,工艺性好,可与多种增强纤维复合制成高性能复合材料。通过浇注体研究了一种热固性PTA树脂的力学、热学性能,固化体系玻璃化温度接近200℃。采用扫描电镜(SEM)、单向板、NOL环等方法,对T-700炭纤维/PTA树脂复合材料性能及粘接界面进行了系统研究。结果表明,复合材料的拉伸、压缩性能与T-700炭纤维/E-51环氧树脂复合材料相当,剪切性能低20%~40%。通过SEM对复合材料粘接界面分析,破坏断面"拔出"纤维表面光滑,挂胶较少,界面粘接相对薄弱是影响复合材料性能的主要因素。     

溶胶-凝胶Al2O3涂层石英纤维增强甲基硅树脂基复合材料的制备

采用溶胶-凝胶法在石英纤维的表面涂敷Al2O3涂层,用AFM对涂敷后纤维的表面形貌进行了研究,并通过束丝拉伸强度的测试优化了Al2O3涂层热处理工艺条件,着重分析了Al2O3涂层对石英纤维增强甲基硅树脂复合材料界面性能的影响。结果表明,Al2O3涂层在500℃下可有效隔绝石英纤维与树脂基体之间的反应,改善复合材料的界面强度,提高复合材料的层间剪切性能。经400、600℃热处理后的Al2O3涂敷石英纤维增强复合材料的层间剪切强度分别为8.2、5.4 MPa,分别是未涂敷复合材料的3.4倍和2.3倍。     

石墨／聚酰亚胺复合材料371℃机械性能

评价了以均苯四甲二酐为原料合成的一组缩聚型聚酰亚胺371℃时的应用潜力,研究了由均苯四甲酸的二甲基酯和2,2—双[4(4—氨基苯氧基)苯基]1,1,1,3,3,3—六氟丙烷制备的聚酰亚胺,这表明它是仅有的玻璃化温度高于371℃的树脂体系,采用PMDE/BDAF体系和未上胶的6K石墨纤维制成的单向复合材料试样,在常压下暴露200h后的质量损失为12%,371℃时ILSS的保持率为88%;暴露在0.52MPa压力下72h则表现出类似的质量损失,371℃时ILSS的保持率为71%,由此结果,虽以PMDE/BDAF聚酰亚胺体系作为连续暴露在371℃空气中、常压下持续200h的复合材料基体树脂是可能的,但在371℃和高压条件下的使用寿命却只能局限在48h～72h。     

考虑孔隙缺陷三维编织C/C复合材料渐进损伤及强度预测（英文）

为研究三维编织C/C复合材料单轴拉伸渐进损伤与失效强度,考虑了材料内部纤维增强相、基体相和界面随机孔隙缺陷,建立了三维编织C/C复合材料单胞有限元模型。基于Linde等人提出的破坏准则描述纤维束纵向拉伸剪切破坏和横向破坏,基体采用最大主应变破坏准则,界面采用双线性内聚力本构模型和二次应力破坏准则,建立了与单元特征尺度、局部应变以及断裂能相关的指数型损伤演化律。采用有限元法结合周期性边界条件模拟了材料细观损伤起始、演化与失效过程,并预测了材料轴向拉伸强度。结果表明;材料轴向拉伸强度主要由纤维棒纵向拉伸强度控制,与不考虑材料孔隙缺陷的模拟结果相比,考虑材料孔隙缺陷的强度预测值与实验值更加接近,此外,孔隙缺陷对材料拉伸强度的影响大于对拉伸模量的影响。     

湿热老化对高性能复合材料性能的影响

通过湿热老化试验(温度为85℃,湿度为95%),研究了T700纤维/环氧和F-12纤维/环氧两种复合材料力学性能、玻璃化转变温度、热失重随老化时间的变化。结果表明,经湿热老化后,两种复合材料的拉伸强度、拉伸模量和剪切强度具有不同的变化规律,复合材料的玻璃化转变温度有较明显地下降。两种复合材料湿热老化机理有明显的区别,T700纤维/环氧复合材料老化后的性能稳定性优于F-12纤维/环氧复合材料。     

碳-芳纶混杂正交三向复合材料疲劳性能实验研究

采用三维机织工艺结合树脂传递模塑(RTM)技术制备了两种碳-芳纶混杂正交三向复合材料,即z向纱均采用芳纶纤维,经纬纱分别为炭纤维和经纬纱间隔排列炭纤维和芳纶纤维的混杂正交三向复合材料,以恒定应力幅值、应力比和频率,开展了复合材料经向拉伸疲劳性能试验,通过与炭纤维复合材料的对比,分析了碳-芳纶混杂方式对复合材料拉伸疲劳性能(疲劳寿命、疲劳破坏特征和疲劳后强度/刚度)的影响。当z向纱选用芳纶纤维,面内经纬纱为炭纤维的混杂复合材料经向拉伸疲劳寿命表现出正混杂效应;当进一步混入芳纶纤维,面内经纬纱为炭纤维和芳纶纤维间隔排列正交三向复合材料疲劳寿命表现为负混杂效应,对疲劳刚度损失有一定的抑制作用。可见,炭纤维正交三向复合材料中引入芳纶纤维,对其复合材料拉伸疲劳性能有重要影响,通过设计纤维混杂方式和混杂比例可进一步提高复合材料疲劳性能。     

低温动态准双轴拉伸加载下HTPB推进剂的热老化性能

为分析热老化后三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在低温动态准双轴加载下的性能，开展了不同热加速老化时间、不同温度和应变率条件下推进剂的准双轴拉伸力学性能试验及扫描电镜(SEM)观察试验。试验结果表明：热加速老化前后，推进剂的拉伸曲线趋势、力学性能变化规律及细观损伤形式保持一致，改进型非线性模型能够更好地描述1~100 s -1 应变率范围内典型力学性能参数随热老化时间的非线性变化关系。随温度降低，老化后推进剂的断面形貌由“脱湿”变为AP颗粒断裂，热老化、低温以及高应变率载荷的叠加使得推进剂的细观损伤变得更加严重，但准双轴拉伸时损伤程度相比单轴拉伸时有所减弱。热老化32 d、74 d和98 d后-50 ℃、 14.29 s -1 加载条件下的最大伸长率分别为未老化时室温、0.40 s -1 条件下数值的28.79%、27.58%和25.63%，该参数定义可为分析长期贮存后战术导弹SRM药柱在低温点火条件下结构完整性失效的准则提供数据支持。     

可用于先进复合材料的一种中温固化环氧树脂

本文评价了一种可用于纤维缠绕先进复合材料的,以聚醚三胺进行固化的双酚F 环氧树脂。该树脂系统具有低粘度,长使用期,并能在中温下进行固化。使用这种树脂制造的复合材料,未发现明显的纤维微皱摺或分层现象,这意味着介于纤维和基体之间不同的热膨胀系数已不成为一个问题。该树脂系统浇注体典型力学性能(拉伸、压缩和剪切)已测得。拉伸:最大应力75.8兆帕(Mpa),最大应力下的应变为4.2%,模量为3171兆帕,断裂应力为71兆帕,断裂应变为5.8%。压缩:最大应力为87兆帕,最大应力下的应变为4.7%,模量为3150兆帕。剪切:断裂应力为52.2兆帕,冲击强度为32.6牛顿米/米。     

炭纤维/聚醚醚酮复合材料的激光原位成型工艺探究

为扩大热塑性树脂基复合材料在航空航天领域的应用,选择了一种具有优异力学性能和热性能的聚醚醚酮树脂作为基体,对激光原位成型技术在热塑性树脂基复合材料成型的可行性进行探索。采用溶液浸渍法制备T700炭纤维/聚醚醚酮预浸胶带(预浸带),通过激光原位成型方式缠绕制备T700炭纤维/聚醚醚酮复合材料NOL环(NOL环),探索不同成型工艺条件下NOL环的层间剪切性能,优化出适宜的激光原位成型工艺参数。结果表明,预浸胶带在含胶量为33.6%时韧性好,并且具有较好的拉伸性能;通过层间剪切性能测试,当缠绕速度为3 m/min、激光输出电流为40 A、芯模温度为290℃、压辊压力为150 N时,激光原位成型的NOL环层间剪切性能较为优异,这为激光原位成型热塑性树脂基复合材料在固体火箭发动机复合材料壳体上的应用提供了工艺参考。     

温度对甲基硅树脂基复合材料介电性能及力学性能的影响

研究了不同温度下甲基硅树脂基复合材料拉伸强度及介电性能变化,利用IR和TG分别对甲基硅树脂的耐热性和高温下的化学结构变化进行了分析,通过SEM、EDS对复合材料烧蚀前后表面化学成分和结构进行了表征。结果表明,在室温～1 200℃,复合材料的介电常数(ε)和损耗角正切值(tanδ)随着温度升高都增加;随着温度升高,硅树脂热分解的程度增加,化学结构发生了变化,复合材料拉伸强度下降;随温度升高,硅树脂产生了影响介电性能的游离碳,从而影响了电磁波在复合材料中的传输。     

穿刺结构参数对C/C复合材料拉伸性能的影响

采用不同间距、不同根数的纤维束穿刺成型炭纤维预制体,经进一步化学气相沉积、沥青浸渍-高压炭化致密制备穿刺C/C复合材料。拉伸性能测试结果表明,穿刺间距2.1mm、穿刺束纤维根数为12K的C/C复合材料获得高的拉伸强度,Z向拉伸强度131.4MPa,XY向拉伸强度111.3MPa;随着穿刺间距减小、穿刺丝束纤维根数增加,Z向纤维含量增加,Z向拉伸强度明显提高。穿刺C/C复合材料1800℃真空条件下的拉伸强度与室温相当,拉伸模量低于室温,延伸率高于室温;常温拉伸断口较平整,且纤维/基体间的裂纹明显,而高温拉伸断口参差不齐,纤维及基体断面粗糙,呈现出假塑性断裂特征。     

高硅氧纤维增强苯并噁嗪树脂复合材料的制备及性能

以苯并噁嗪为基体树脂,短切高硅氧纤维为增强材料,制备了一种模压用复合材料。研究了该树脂的热性能、固化动力学性能及力学性能。结果表明,苯并噁嗪增强高硅氧纤维混合物随固化温度升高工艺窗口未发生显著变化,利用Kissinger、Crane法得到固化反应活化能为69.619 kJ/mol,反应级数为0.95。复合材料拉伸强度为35.5 MPa,,压缩强度为196 MPa,线烧蚀率为0.14 mm /s.     

力热联合载荷下炭纤维缠绕壳体轴压稳定性分析

为了研究炭纤维缠绕壳体在力热联合载荷下的轴压稳定性,通过试验测试了炭纤维复合材料单层板在不同温度下的弹性常数,计算出炭纤维复合材料壳体在不同温度下的等效弹性常数。基于层合板理论计算了炭纤维复合材料壳体的临界轴压,设计了力热联合载荷下炭纤维缠绕壳体试验方案,测试了壳体在不同温度下的轴压破坏载荷。结果表明,炭纤维复合材料壳体的临界轴压随温度升高逐渐降低;当使用温度超过树脂玻璃化温度后,壳体轴压破坏载荷呈指数级下降;在临界轴压理论计算公式的基础上取修正系数为0.04,可准确预示炭纤维复合材料壳体的轴压破坏载荷。相关结论和方法可为固体发动机复合材料壳体和外防热结构设计提供依据。     

复合材料格栅结构的强度分析(英文)

复合材料格栅结构是由连续纤维缠绕的斜向及环向肋和蒙皮组成的结构。对ANSYS软件进行了二次开发,分别采用层合板和层合梁单元模拟复合材料格栅结构的蒙皮和肋。根据复合材料格栅结构的几何特征及其载荷分布特征,采用周期对称有限元模型,分别以最大应力准则、最大应变准则和蔡-吴准则和Chang刚度退化准则对轴压载荷作用下的复合材料格栅结构破坏过程进行了强度预测,计算结果表明采用蔡-吴准则预测并结合Chang刚度退化准则的计算结果与试验结果的一致性较好。     

热处理对高硅氧织物增强甲基硅树脂复合材料室温弯曲强度的影响

研究了不同热处理温度对高硅氧织物增强甲基硅树脂复合材料室温弯曲强度的影响。结果表明,复合材料室温弯曲强度随着热处理温度的升高而降低,且在200~300℃、400~500℃分别出现了2个降低最快的温度区间。采用扫描电镜对复合材料弯曲断口的表面形貌进行了观察,并通过热重分析仪分别对基体树脂及增强体的热稳定性进行了测量。综合分析结果表明,当热处理温度低于400℃时,复合材料弯曲强度的降低主要是由于基体树脂与增强体之间的界面失效所致;而当热处理温度高于400℃时,增强体与树脂之间发生反应,导致增强体失效,是致使复合材料室温弯曲性能进一步下降的主要原因。     

纤维长度对树脂基复合材料模压制品的影响

纤维长度及分布对树脂基热固性复合材料模压制品性能有重要影响。通过用不同长度的纤维制备复合材料,并制作试样进行力学性能试验,短切纤维在树脂基热固性复合材料中分布均匀,复合材料性能好,且质量稳定。而长纤维虽有助于提高制品的拉伸强度,但各向异性特点显著,性能数据离散度大,不利于产品整体性能的提高。