T800HB碳纤维复合材料壳体定量化等强度补强技术

文摘T800HB碳纤维性脆,制备的复合材料壳体易在封头部位低压破坏。为克服传统补强方式给筒段纵向带来的冗余质量,采用等强度补强理念,以Φ150 mm壳体为研究对象,借鉴复合材料壳体应力平衡系数,通过应变分析与试验验证,定量化得出等强度增强所需材料的厚度。研究结果表明,定量化等强度补强技术可行、可靠,制备的T800HB碳纤维壳体的爆破压力均达到设计值,筒段纵向材料强度不再富余,特别对提高大长径比壳体的PV/W值有积极作用。     

碳纤维/ 环氧复合材料壳体补强新工艺及方法对比研究

为了降低复合材料壳体封头区域的应力集中,提高壳体整体性能,对复合材料壳体薄弱区进行补强以及采用何种方法进行补强是关键问题.本文以碳纤维Ф150 mm复合材料壳体为研究对象,以理论分析和有限元分析为依据,分别采用碳布补强和纤维缠绕补强对壳体前后封头及赤道附近位置进行补强.试验结果表明:纤维缠绕补强效果明显好于碳布补强,壳体特性系数由40.3 km提高到48.5 km,应力平衡系数提高到0.95,纤维发挥强度由3 378.1 MPa提高到4 058.4 MPa.     

碳纤维复合材料壳体用环氧改性有机硅涂料的研制

研制了一种室温固化环氧改性有机硅树脂涂料。研究结果显示,涂料热导率为0.266W/(m.K),比热容为1.993kJ/kg.K;拉伸强度为3.15MPa;断裂伸长率为30%;并具有较好的耐烧蚀性能以及良好的附着力;该涂层短时可耐450℃的高温,并且与碳纤维/环氧复合材料之间具有良好的界面相容性;涂料采用丙酮和二甲苯作为混合溶剂,可用于碳纤维/环氧复合材料壳体表面的外热防护。     

Cf / E-TiO2 复合材料的制备与性能

采用复合分散工艺将纳米TiO_2均匀分散于环氧树脂中,制备了环氧-纳米TiO_2树脂浇铸体,并采用湿法缠绕工艺制备了T700碳纤维增强环氧复合材料(C_f/E)以及T700碳纤维增强环氧-纳米TiO_2(C_f/ETiO_2)复合材料NOL环与Φ150 mm容器,研究了纳米TiO_2对环氧树脂浇铸体、复合材料NOL环和Φ150 mm容器性能的影响。结果表明,纳米TiO_2的加入对环氧基体和C_f/E复合材料均有不同程度的增强、增韧效果,其中环氧基体的拉伸强度提高了9.2%,弯曲强度提高了9.8%,冲击强度提高了52.9%;C_f/E-TiO_2复合材料NOL环层剪强度达到87.7 MPa,提高了22.3%;Φ150 mm容器特性系数达到43.4 km,纤维强度发挥率达到94.3%,分别提高了9.9%和3.3%。     

OoA成型T800/607复合材料制备及性能

采用非等温DSC对非热压罐(OoA)成型环氧树脂基体607进行了固化动力学研究,确定了树脂的固化动力学方程。制备了T800/607热熔预浸料和复合材料单向板,并比较了热压罐和OoA成型工艺下T800/607复合材料的性能。结果表明:该类预浸料室温储存期大于30 d,OoA成型质量优异,复合材料孔隙率远低于1%。OoA成型复合材料的弯曲强度为1 480 MPa,层剪强度为96.7 MPa,与在热压罐条件下固化的复合材料性能相当。     

5229D/T700导电环氧复合材料空间环境适应性研究

对5229D/T700导电环氧复合材料力学、电学、耐热特性进行了系统表征,通过真空出气、温度循环和总剂量辐照等环境试验考察了5229D/T700导电环氧复合材料空间环境适应性。结果表明,5229D/T700导电环氧复合材料Tg为236℃,150℃弯曲强度保持率为85%,150℃真空总质损为0.44%,可凝挥发物为0.05%,具有很好耐热性和极低的真空污染特性。同时发现5229D/T700导电环氧复合材料力学性能几乎不受温度循环和总剂量辐照的影响,而电性能在总剂量辐照试验后略有增加,表现出非常优异空间环境适应性。     

缠绕复合材料壳体低速冲击后剩余强度影响因素分析

为探索不同因素对缠绕复合材料壳体低速冲击后剩余强度的影响规律,开展了不同冲击能量、不同冲击部位下壳体的低速落锤试验和水压爆破试验,采用改进的Hashin准则和牵引分离准则模拟复合材料层内和层间损伤,建立了壳体冲击后剩余强度有限元模型,实现了冲击后剩余强度的一体化仿真分析。利用该模型计算得到的缠绕复合材料壳体低速冲击后剩余强度与试验结果一致性较好。最后研究了冲击部位、初始内压、冲头尺寸等因素对壳体冲击后剩余强度的影响规律。研究结果表明:封头赤道圆处为壳体的最薄弱冲击部位,冲击能量为25J时壳体剩余强度降低了约60%;壳体冲击后剩余强度随内压增加而增大,但当内压大于16MPa时,壳体冲击后剩余强度随内压增大而迅速降低;冲头直径在8~16mm变化时,壳体冲击后剩余强度随着冲头直径的减小而降低。     

环氧涂层处理高模量碳纤维/ 氰酸酯复合材料

采用表面预涂环氧E51树脂的方法制备了具有层间柔性缓冲层的M40增强双酚A型二氰酸酯(BADCy)复合材料单向板。FT-IR、SEM及力学性能分析表明,高温下(180℃)环氧E51与BADCy反应形成柔性好且线胀系数(CTE)较低的五元噁唑烷酮环能有效地松弛复合材料界面间的层间应力。当E51处理液的浓度为10%时,M40/BADCy复合材料的层间剪切和弯曲强度分别由原来的69.8和1 080 MPa增加到78.1和1 110 MPa,提高了约12%和3%。     

异形截面碳纤维及其对复合材料力学性能的影响

介绍一种异形截面碳纤维,并对其环氧复合材料的力学性能进行研究.对该碳纤维表面特性和本体结构及碳纤维/环氧复合材料的常规力学性能、破坏模式和纤维堆砌方式进行初步分析,并与T300碳纤维及其环氧复合材料进行比较.结果表明,与T300相比该异形截面碳纤维的截面为"腰"形,表面光滑,化学活性差,石墨化程度低,但其比表面积大,对液体的浸润性能好;异形截面碳纤维/环氧复合材料的力学性能达到或者接近T300环氧复合材料;异形截面碳纤维与树脂基体的界面结合较弱,纤维在材料中的分布均匀性差.     

国产T800级碳纤维/环氧树脂复合材料湿热性能

采用扫描电镜、红外图谱分析三种国产T800级碳纤维的物理形貌以及表面上浆剂的化学结构。针对三种国产T800级碳纤维(CCF800)/环氧树脂复合材料在湿热环境下的吸湿行为,研究经不同时间湿热和高温环境下处理后的层间剪切性能,并通过扫描电镜观察湿热处理后的复合材料界面结合状态。结果表明:三种国产T800级碳纤维表面物理形貌相同,而表面化学结构存在一定差异;三种碳纤维环氧复合材料的"饱和"吸湿周期相同,约为54 d,95%饱和吸湿周期也相同,约为30 d;而饱和吸湿量存在明显差异,其中3号纤维上浆剂中由于羟基含量最高,导致其环氧树脂基复合材料吸湿率最高,在高温高湿作用下,层间剪切强度下降最为明显。     

碳-环氧复合材料壳体受力端框及其连接设计研究

受力端框连接问题是碳-环氧复合材料壳体结构工程应用中的一个重要问题。本文较系统地总结了过去研制工作中的经验教训,对全碳-环氧复合材料壳体结构的端框连接进行了强度分析,指出了存在的问题。为了解决受力端框的连接问题,本文提出了铝合金端框及其胶铆连接设计方案。较详细地论述了它的优点及解决热匹配和刚度匹配的具体措施。两个截锥壳试件常温和高温(130～135℃)外压试验结果表明,本文提出的方案及措施已成功地解决了碳-环氧复合材料壳体结构受力端框及其连接设计问题。     

复合材料在美国空军导弹上的应用

复合材料在美国空军导弹上的应用石文复合材料在固体导弹发动机壳体以及弹翼上的应用已有２０多年的历史。发动机壳体主要用的是碳／环氧复合材料；弹翼主要用的是玻璃纤维增强复合材料。前者的强度高，后者的成本低。采用复合材料可使导弹的结构重量比降低，例如，发动机...     

碳纤维表面特征对碳/环氧复合材料界面性能的影响

为了研究碳纤维表面特征与碳/环氧复合材料界面剪切强度的定量关系.采用扫描电子显微镜、比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪对T800级碳纤维表面形貌、比表面积和表面化学特征进行了测试表征,并使用微珠脱粘法测试了复合材料的界面剪切强度(IFSS).基于碳纤维比表面积测试结果,引入真实界面面积的概念,重点分析了界面面积和化学特...     

适合航空航天用SiCp/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了Φ300 mm的15%(体积分数)SiCp/A l复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点。结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250~290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa.m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2。与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象。挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度。     

T800/5228A 复合材料层间增韧改性

针对T800/5228A复合材料体系,采用改性聚芳醚酮(PAEK)增韧膜进行层间韧化,设计T800/5228E材料体系。冷场发射扫描电镜显示,T800/5228E层间具有富5228A/富PAEK双连续相结构。张开(Ⅰ)型与剪切(Ⅱ)型韧性试验表明,相比于T800/522A,T800/5228E的GIC与GIIC数值分别提高了68.01%与30.97%,破坏断面显示"钉铆"效应,大量微裂纹以及富PAEK相塑性变形可能主导了上述增韧效果,而张开(Ⅰ)型相比于剪切(Ⅱ)型破坏模式更有利于提供富PAEK组分塑性变形空间则可能是GIC改善效果更佳的缘由。     

可溶性改性双马来酰亚胺树脂基体的研究

在双马来酰亚胺/二元胺/改性剂A预聚体系中加入环氧丙烯酸树脂,制备了一种可用作耐热复合材料基体的改性双马来酰亚胺树脂。用DSC研究了该树脂基体的反应特性,并制定出了合适的固化工艺参数:改性树脂基体经140℃/1 h 160℃/1 h 180℃/2 h初固化,于220℃/8 h后固化处理,其热变形温度(HDT)为245℃;该树脂与玻璃纤维制备的单向复合材料层压板的室温拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度分别为1 030 MPa、1 600 MPa和92．1 MPa;180℃下测得弯曲强度保持率为67．8%,层间剪切强度保持率为63．2%,用DMA法测得T_g为273℃。     

碳纤维增强SiBCN 陶瓷基复合材料的制备及性能

以自制的聚硼硅氮烷(P-SiBCN)为基体聚合物利用前驱体浸渍裂解技术(PIP)制备了二维碳纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料,并对其力学性能进行了初步研究.经8次浸渍-裂解,所得复合材料室温弯曲强度为334 MPa,800℃/氩气条件下弯曲强度367 MPa.该复合材料未经抗氧化防护处理情况下,800℃静态空气中氧化3h后,强度保留率约为60％.     

硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度的测试与研究

设计了一种单纤维拔出试样制备方法,分析了单根硼纤维拔出特性;同时采用该方法分别测试了四种硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度。固化剂采用异佛尔酮二胺(IPDA)的硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度比采用二乙烯三胺(DETA)的提高了44.7%;采用液体丁腈橡胶(LNBR)改性环氧树脂的硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度提高了97.7%~135%。     

M21/T800复合材料层压板拉脱性能研究

通过对M21/T800复合材料层压板进行拉脱试验,对其拉脱性能进行研究。比较了不同层压板厚度、不同环境以及不同紧固件类型(共10种构型)下的层压板拉脱试验结果,总结了对层压板的拉脱强度和破坏模式。研究表明,M21/T800复合材料在湿热环境下的拉脱强度低于常温环境,湿热环境下拉脱强度降低约4%～23%,对板厚的变化比较敏感,对钉类型的选型影响不大。     

碳纤维表面特征对碳/环氧复合材料界面性能影响研究

为了研究碳纤维表面特征与碳/环氧复合材料界面剪切强度的定量关系。采用扫描电子显微镜、比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪对T800级碳纤维表面形貌、比表面积和表面化学特征进行了测试表征,并使用微珠脱粘法测试了复合材料的界面剪切强度（IFSS）。基于碳纤维比表面积测试结果,引入真实界面面积的概念,重点分析了界面面积和化学特征对IFSS的影响机理和规律。结果表明,不同表面状态的T800级碳纤维比表面积存在明显差异,两种除浆方法处理的碳纤维比表面积相差25.4%。消除界面面积影响的真实界面剪切强度（IFSS’）与碳纤维表面氧碳比呈现出较好的线性相关性,R2达到了0.94。反映出提高碳纤维比表面积和表面氧碳比是改善复合材料界面性能的有效手段。同时,也为定量研究碳纤维表面物理和化学特征对复合材料界面性能的影响提供了一种新的分析思路。