纤维/树脂浸润测试仪的研制与应用

针对复合材料成型工艺的特点,依据毛细原理,研制了浸润性能测试仪.该测试仪包括浸润质量测试系统与温度控制系统,能够定量测试在较宽的温度范围内发生浸润的速率和浸润程度.对该测试仪的准确性与稳定性进行了校准与标定,并运用该仪器研究了纤维种类、树脂粘度和纤维体积含量对树脂/纤维浸润性能的影响规律.研究结果表明该设备为研究各类复合材料中增强材料与基体间的浸润性能提供了方便的测试手段,对指导复合材料制备工艺具有较高的参考价值.     

成型压力等因素对UD66靶板弹道性能的影响

文中对Dyneema UD66超高分子量聚乙烯纤维复合材料在不同成型压力、面密度和弹击速度下的弹道吸能进行了研究.因此在优化成型压力的研究中,对UD66复合材料靶板的层间结合力、厚度与体密度做了研究.结果表明,成型压力在2.5MPa左右时吸能达到最大值.在UD66复合材料靶板弹道吸能规律的研究中,对UD66靶板弹击后变形和破坏做了分析.其研究结果对今后防弹复合材料的优化设计有很好的参考价值.      

新型树脂基复合材料引射因子测试

通过合理设计对比模型，提出一种新型树脂基复合材料引射因子测试方法，针对新型树脂基复合材料开展电弧风洞试验，获得树脂基材料有热解气体引射和无热解气体引射时壁面热流密度，研究树脂基材料在特定热环境条件下的引射效应，获取能够评价新型树脂基材料引射效应的引射因子。结果表明：试验状态下，石英酚醛复合材料炭化速度大于石英杂化酚醛复合材料；石英酚醛复合材料引射因子约为0.825，在实际设计中此类材料需要考虑引射效应对表面热流的影响；石英杂化酚醛复合材料引射因子约为1，热解气体引射产生的热阻塞效应基本可以忽略。     

预浸料贮存时间对MT700/603复合材料力学性能的影响

以碳纤维增强环氧树脂热熔预浸料MT700/603为研究对象,开展室温贮存时间与预固化度的关联性分析,研究预浸料预固化度对复合材料成型质量和关键力学性能的影响机制,建立预浸料贮存时间-预固化度-制品性能三者之间的内在联系。结果表明:随着室温贮存时间的延长,60 d后603环氧树脂的最低黏度增加了4.6倍,玻璃化转变温度增加了17.9 ℃,预固化度为11.2%;MT700/603预浸料贮存时间小于30 d时,制备的复合材料内部质量良好,纤维分布较为均匀,孔隙率较低,树脂的预固化度在5.3%以内,孔隙率低于0.03%;复合材料更倾向依赖于树脂基体破坏的纵向压缩强度和压缩模量对孔隙率的敏感度,要高于倾向依赖于纤维增强体破坏的纵向拉伸强度和拉伸模量;预浸料在室温贮存时树脂预固化度增加,黏度增大,加压时机与树脂黏度变化不匹配是导致复合材料构件关键力学性能下降的根本原因;根据产品的力学性能指标要求,结合不同贮存时间的关键力学性能数据,可反推出预浸料的最长室温贮存时间,实现了预浸料可用性的定量化评估。      

双酚A甲醛多环氧树脂的合成

双酚A甲醛多环氧树脂是一种用于制备高级复合材料的树脂基体。文中介绍这种树脂的合成方法是借助于助溶剂的作用,双酚A与甲醛水溶液呈均相体系,在催化剂的作用下制得线型双酚A甲醛树脂,该树脂再与环氧氯丙烷缩合而成双酚A甲醛多环氧树脂。并通过交换组份配比及反应条件,制备出不同软化点的双酚A甲醛多环氧树脂。由于大分子链为刚性链结构,因此树脂固化后具有良好的耐热性,玻璃化温度T(?)为280℃,而且热化学性能亦很好。     

辐射固化树脂体系合成原理研究

针对辐射固化复合材料树脂体系的原理,从引入具有辐敏性单体或基团入手,合成了活性稀释剂含硅丙烯酸酯和活性单体,如单官能、双官能的马来酰亚胺单体和芳香族酰亚胺单体,并对它们的结构进行了红外表征.实验结果表明,合成所得的树脂基体均可以实现辐射交联,且固化产物性能较优.      

碳纤维增强镁基复合材料的界面反应和拉伸性能研究

采用气压浸渗法, 制备了碳纤维增强镁基复合材料. 实验中分别选用了c.p.Mg, AZ31 和AZ91 三种基体材料进行研究. 分别采用了扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜(TEM) 分析了复合材料的拉伸断口和界面微区. 结果发现, 随着基体中Al 含量的增加, 界面处的化学反应逐渐加剧, 界面处不同程度的化学反应导致了不同的界面结合状态和界面结构.采用纯镁基体时, 界面呈现弱结合; 采用AZ31 和AZ91 为基体材料时,界面处出现针状反应产物, 且界面结合都较强.      

树脂基碳纤维复合材料的热物理性能之一——导热系数

本文讨论了树脂基碳纤维复合材料热导与各种纤维体积含量V_f及温度的关系,研究了树脂基碳纤维复合材料的传热机理,并给出了大量的导热系数数据。     

航空用国产碳纤维/双马树脂复合材料湿热特性

针对1种航空用国产T700级碳纤维和4种双马树脂（QY9611、5429、QY9512、QY8911-4）,采用3种湿热条件（100℃水煮、70℃水浸、70℃/85%相对湿度）对其复合材料单向层板进行湿热处理,通过研究吸湿量、扩散系数、显微结构、化学成分、耐热温度及力学性能,分析了复合材料的湿热特性。结果表明,4种复合材料在3种湿热条件下的吸湿行为均符合Fick第二扩散定律,100℃水煮时平衡吸湿量和扩散系数最大,70℃/85%相对湿度时两者最小。4种复合材料吸湿速度有明显区别,这与其原材料形式和成型工艺不同有关。湿热处理未导致复合材料内部产生损伤和化学变化,主要引起增塑效应,导致玻璃化转变温度降低。复合材料的90°拉伸性能测试结果表明,高温和吸湿耦合作用下复合材料力学性能衰减更为明显,破坏模式由基体开裂转变为界面脱黏和开裂。      

复合材料低速冲击损伤分析方法

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的分层损伤.模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现.层内使用三维实体单元,采用三维Hashin准则作为纤维与基体损伤的判据,并在用户子程序VUSDFLD中实现.将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)低速冲击与冲击后压缩的模拟分析中.结果表明:此方法能够准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的损伤,为复合材料低速冲击损伤分析提供了一种有效的方法.     

空心微珠用于环氧树脂抗原子氧剥蚀试验研究

提出一种新的航天器用树脂基材料抗原子氧剥蚀的方法,即在航天器用树脂基材料中添加与原子氧不反应的超细颗粒材料,用于提高其抗原子氧剥蚀的性能.在制备出超细空心微珠颗粒增强的环氧树脂复合材料的基础上通过原子氧暴露实验,发现空心微珠的加入可以有效地提高环氧树脂抗原子氧剥蚀的性能.同时,空心微珠的表面性态对制备的复合材料抗原子氧剥蚀性能具有重要的影响,经过表面改性处理可以进一步提高复合材料抗原子氧剥蚀的性能.      

微珠提高玻纤/环氧树脂抗原子氧剥蚀的研究

采用一种新的抗原子氧剥蚀技术来提高航天器用玻璃纤维/环氧树脂复合材料抗原子氧剥蚀的性能,即在玻璃纤维/环氧树脂中加入不与原子氧反应的超细空心微珠颗粒制备出能抗原子氧剥蚀的复合材料.通过对空心微珠/玻璃纤维/环氧树脂复合材料的制备和原子氧剥蚀效应地面模拟试验,发现空心微珠的加入可以有效提高玻璃纤维/环氧树脂抗原子氧剥蚀的性能,在60 h的原子氧试验中,加有空心微珠的复合材料的原子氧剥蚀率可以减小到未添加空心微珠材料时的11％.      

不同通道中气泡的形态变化及运动条件分析

孔隙是影响复合材料性能的主要因素之一,为了消除孔隙,提高产品质量,对复合材料成型过程中气泡运动特性的研究是十分必要的.利用预浸料片层模拟系统,考察了气泡在不同运动通道中穿出的形态变化过程;分析了外加压力、树脂粘度、气泡大小、网格面积等因素对气泡穿出行为的影响;同时提出了气泡穿出的约束条件.研究结果表明,随着树脂粘度的增加,气泡体积和空隙面积的减少,气泡穿出所需的临界压力将逐渐增大.该研究结果将为热压成型过程中气泡运动模型的建立提供实验依据.      

循环湿热环境下碳纤维复合材料的界面性能

针对CCF300/5428复合材料在循环湿热环境下的吸湿-脱湿行为和层间剪切性能进行了研究,并结合扫描电镜观察了循环湿热处理的不同阶段纤维/基体界面结合状态.研究结果表明:经过反复吸湿后,水分的初始扩散速率和饱和吸湿率增加;脱湿后水对复合材料层间剪切性能的影响大部分可以消除;复合材料吸湿后室温环境下性能下降较少,但在高温高湿环境下,复合材料的性能会显著降低.     

纳米改性环氧树脂固化反应及表面与摩擦性能

利用纳米粉末橡胶结合无机纳米氧化铝以改善环氧树脂的表面强度性能和摩擦性能.采用差示扫描量热法(DSC,Differential Scanning Calorimeter)研究了纳米改性环氧树脂的固化反应动力学; 采用动态超微硬度表征了纳米复合材料的表面强度; 评价了纳米改性环氧树脂复合材料的摩擦系数.结果表明, 纳米复合材料与环氧树脂具有相同的固化反应机理, 单一纳米粒子的加入降低了固化反应的表观活化能, 两种纳米粒子的复配使用增加了固化反应的表观活化能.纳米粒子使固化反应程度下降, 导致固化反应热显著下降.复配使用纳米氧化铝和纳米粉末橡胶能够改善环氧树脂复合材料的摩擦系数、表面硬度和弹性模量, 实现了对表面强度性能和摩擦性能的优化.     

环氧树脂基复合材料加筋板结构吸湿行为研究

环氧树脂基复合材料的性能对湿热环境敏感,掌握该材料所组成结构的吸湿行为对其实际应用具有重要意义。通过以碳纤维环氧树脂基复合材料层合板的non-Fickian吸湿模型为基础,建立环氧树脂基复合材料加筋板结构的non-Fickian吸湿模型,在70℃/85% RH湿热条件下开展加筋板结构的吸湿实验,对所建立模型进行验证,并与已有的加筋板吸湿模型进行对比,通过所建立模型给出了加筋板沿厚度方向的吸湿量分布规律。结果表明:所建立加筋板non-Fickian吸湿模型的计算结果与实验结果吻合良好,在整个吸湿阶段相对误差小于5%,模型的预测精度高于传统Fick模型。所建立的加筋板non-Fickian吸湿模型可用于环氧树脂基复合材料加筋板层合结构吸湿量的准确预测。      

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

不确定条件下高超声速俯冲弹道鲁棒优化

针对俯冲段不确定性因素所导致的弹道偏差和落点精度问题,研究了一种增强弹道抗干扰能力的高超声速滑翔飞行器俯冲攻击鲁棒弹道优化方法。首先建立了考虑模型偏差、阵风干扰等不确定性因素的滑翔飞行器俯冲段运动数学模型;其次,推导了不确定条件下滑翔飞行器运动模型的雅各比矩阵解析表达式,得到了基于线性协方差分析法的系统误差传播方程;最后,建立了不确定性条件下的俯冲段弹道优化模型,并应用高斯伪谱法对该弹道优化问题进行求解。仿真结果表明,与不考虑不确定性因素影响的弹道优化方法相比,本文方法可有效提高高超滑翔飞行器俯冲弹道抗干扰能力,且抗干扰能力随着权重系数值的增大而增强。