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。     

工艺条件对粉末浸渍CF/PEEK预浸料层压板力学性能的影响

为获得浸渍效果良好、力学性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮耐高温热塑性复合材料(CF/PEEK),分别采用粉末浸渍槽法(方法1)、二次粉末涂覆法(方法2)、二次粉末涂覆+熔融浸渍法(方法3),制备了3种CF/PEEK预浸带。在380℃,20MPa条件下,通过模压成型制备了CF/PEEK复合材料层压板,并研究了其力学性能。结果表明:碳纤维含量均为61%时,通过方法3制备的CF/PEEK层压板综合性能最高。采用该工艺制备的单向层压板拉伸强度为2 238.41 MPa,拉伸模量为104.80GPa,弯曲强度为2 157.50 MPa,弯曲模量为142.01GPa,层间剪切强度为116.22MPa。双向层压板拉伸强度为1 114.17MPa,拉伸模量为62.84GPa,弯曲强度为1 317.34MPa,弯曲模量为70.82GPa,层间剪切强度为96.74 MPa。测试了CF/PEEK层压板的耐高温性能,150℃条件下的弯曲强度保持率为73%。     

碳—高硅氧／酚醛带缠复合结构成型及其应用

介绍了碳／酚醛、高硅氧／酚醛带缠复合材料的复合结构成型工艺，以及在固体火箭发动机喷管上的应用。采用复合结构能达到简化喷管设计、降低成本和提高可靠性。     

低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究

以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm~3和1.211 g/cm~3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m·K)和0.476 W/(m·K),200℃热导率分别为0.340 W/(m·K)和0.599 W/(m·K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。     

603树脂体系及其热熔预浸料室温储存期性能研究

制备了炭纤维增强耐高温环氧树脂体系热熔预浸料(TGT800-12K/603),研究了不同室温储存期的603树脂粘度、凝胶时间、未固化树脂玻璃化转变温度(T_g)、固化反应特性以及TGT800-12K/603预浸料的挥发物含量、树脂流动度及预浸料粘性。结果表明,随着室温储存期延长,35 d后603树脂最低粘度由初始的2.24 Pa·s上升到9.48 Pa·s,上升了4.2倍,T_g增加了9.6℃,固化度增大为11%,TGT800-12K/603预浸料树脂流动度由初始的20%下降到14%,粘性变差,失去操作工艺性。建立了603树脂的T_g和树脂固化度α的关系,因此TGT800-12K/603预浸料树脂的固化度α可以通过DSC测试预浸料的T_g来进行高效准确的评估。     

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.     

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。     

固体火箭发动机喷管用聚丙烯腈原丝材料的研制

本文介绍了聚丙烯腈原丝碳布酚醛复合材料的研制和鉴定.研究结果表明,这种材料是比人造纤维原丝碳布酚醛复合材料性能更好的一种烧蚀材料,可用它作为固体火箭发动机喷管的主要烧蚀材料.     

高硅氧/酚醛复合材料热变形实验测试及表面烧蚀形貌分析

通过非接触式高温变形测量系统,对高硅氧/酚醛防/隔热复合材料在单侧热流载荷作用下的温度和全场高温变形进行了精确测量,并对试样体积烧蚀后的表面微观形貌进行分析。实验结果表明,利用陶瓷板在1 000℃左右对高硅氧/酚醛复合材料试件辐射加热200 s后,通过测量发现距离加热面12.62 mm处热电偶温度峰值为259℃,从而说明高硅氧/酚醛复合材料具有优良的防/隔热性能。通过DIC方法测得试样加热200 s后沿加热方向的最大位移为0.18 mm,且沿着试样加热方向位移呈现出逐渐递减的规律。通过对材料烧蚀后表面形貌微观观测和分析,发现在试样加热面上出现了凹凸不平的烧蚀坑,并出现了一层很薄的高硅氧纤维高温熔融后的硅氧化合物颗粒结晶状物质。     

连续纤维增强PEK-C复合材料缠绕成型工艺及性能研究

利用在线溶液浸渍法制备预浸带,采用原位固结的方式进行连续玻璃纤维增强PEK-C复合材料的缠绕成型工艺研究.分析了缠绕速度、加工温度及树脂含量等因素对NOL环层间剪切强度的影响,研究发现在一定的缠绕速度和加工温度范围内,可制得性能良好的NOL环缠绕构件.SEM断口形貌分析表明,树脂和纤维分布均匀,界面粘接良好.该方法的研...     

用近红外光谱在线监测炭布/酚醛预浸料的质量指标

用近红外漫反射法对炭布/酚醛预浸料的树脂含量、可溶树脂含量和挥发分含量进行在线监测,通过偏最小二乘法分别建立标准模型,并选择了光谱预处理方法和PLS的因子数。用近红外方法和标准方法对未知样品进行分析,通过t检验结果显示2种方法没有显著差别,利用近红外方法可同时预测3项指标,1 m in内就可分析1个样品,在生产过程中可利用近红外分析的结果调解工艺参数。研究表明,近红外分析是控制炭布/酚醛预浸料质量的有效和准确的方法。     

C/C材料-高硅氧布/酚醛树脂复合缠绕制品工艺研究

随着固体发动机推进剂性能的提高,对发动机喷管绝热扩散段抗冲刷性能的要求也不断提高。通过对C/C-高硅氧布/酚醛复合材料制品缠绕成型的工艺研究,即在C/C材料外型面补缠高硅氧布/酚醛材料,了解不同材料的复合成型方法,选择一种适合绝热扩散段的工艺方法,提高材料的烧蚀性能和抗冲刷性能。     

高温石墨／聚酰亚胺复合材料的应用

杜邦公司和空军航天试验室联合研制了用IM7石墨纤维增强AvimidN预浸料带缠绕的Φ150mm压力容器,证实了纤维转换强度达4137MPa以上,水压试验结果与常规聚酰亚胺基复合材料压力容器相一致.该预浸料所用的氟化芳香族聚酰亚胺树脂(T_R>350℃),具有优良的高温力学性能和氧化稳定性.     

低温固化磷酸铝基体的制备及过早硬化研究

采用85%磷酸和氧化铝制备了低温固化的烧蚀基体——磷酸铝溶液。通过Brookfield流变仪监测体系的粘度变化;借助X射线衍射分析研究影响磷酸铝基体组成的两个主要因素,即Al/P比例和反应温度。结果表明,A l/P比例控制在1.3∶3~1.4∶3之间,反应温度不高于110℃时可获得性能良好的磷酸铝基体。XRD研究结果表明,磷酸铝溶液的过早硬化主要是由于AlPO4.xH2O沉淀引起的。使用螯合剂可有效抑制过早硬化,加入约2%草酸,2个月左右后溶液中可溶性磷酸盐百分含量为84%,基本满足使用需求。草酸的引入对高硅氧布/磷酸铝复合材料的强度基本没有影响。     

近红外漫反射光谱技术在预浸布质量指标在线测定中的应用

采用近红外漫反射光谱技术对高硅氧/酚醛预浸布的树脂含量、挥发分含量和预固化度等质量指标进行了在线测定。利用偏最小二乘法所建立的树脂含量、挥发分含量和预固化度模型的决定系数R2分别为99.20、99.14和99.11,交叉验证均方差RMSECV分别为0.298、0.144和0.124。利用外部验证集,对模型进行t-检验,在给定显著性水平0.05的情况下,近红外的测定结果和标准方法的测定结果对比,两者不存在显著性差异。该方法在预浸布生产线的应用,为其生产过程中的质量控制提供了一种有效的分析手段。     

硼酚醛烧蚀材料的研究

介绍了炭布增强硼酚醛烧蚀材料（２Ｄ Ｃ／ＦＢ）的制备，研究了工艺对复合材料力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明，硼酚醛ＦＢ树脂９００℃残炭率高达７０％，高于普通酚醛树脂（钡酚醛），采用优化工艺制备的２Ｄ Ｃ／ＦＢ材料力学性能和烧蚀性能优异，剪切强度高达３９．７ＭＰａ。     

快速成型模压制品工艺及性能研究

对模压用某快速固化镁酚醛/高硅氧玻璃纤维树脂体系成型工艺及制品性能进行了研究。通过工艺试验及树脂差热分析(DTA)测试,摸索出合适的固化制度,并在此固化制度指导下,压制了性能试样和产品毛坯。     

添加树脂碳对针刺C/C-SiC材料熔渗行为及性能的影响

以2.5D无纬布/网胎叠层针刺预制体为增强体，采用化学气相渗透和树脂浸渍裂解法制备了密度约1.35 g/cm³的热解碳C/C、热解碳+树脂碳C/C两种坯体，再经反应熔渗获得C/C-SiC复合材料，分析了不同碳基体组分C/C材料的熔渗特性及其微结构、拉伸性能及氧乙炔烧蚀性能的变化规律。结果表明：相比热解碳的“薄壳”型孔隙结构，树脂碳的“狭缝”型孔结构增大了液Si与碳基体的接触面积，提高了熔渗动力，获得致密度和SiC含量高的C/C-SiC复合材料，提升抗烧蚀性能，在氧乙炔火焰下经400～600 s烧蚀的线烧蚀率降低24%,但树脂碳对液Si的诱导渗透增加了骨架承载体的损伤，使树脂碳+热解碳基C/C-SiC复合材料室温拉伸强度(104±3)MPa低于热解碳基C/C-SiC的(118±3)MPa。     

制造复合材料管件的工艺方法

美国研究了制造复合材料管件的新方法。在管子芯轴上套一个模压成的低熔点金属套管,套管外径即欲制成管子的内径。在套管外直接缠绕含有热固性树脂的预浸料,该预浸料树     

固化压力对炭纤维复合材料层压板的孔隙和力学性能的影响

孔隙的存在是炭纤维复合材料层压板加工过程中不可避免的缺陷,并且会对炭纤维复合材料结构的性能产生很大的损害.针对[(±45°)/(0,90°)_2/ (±45°)]_S炭纤维复合材料层压板,详细分析了层压板内孔隙的尺寸、形状及分布特征.通过施加不同的固化压力制备了不同孔隙率含量的试件.采用显微图像分析技术和性能测试对炭纤维复合材料层压板内孔隙的形态及其对炭纤维复合材料层压板力学性能的影响进行了研究,采用图像分析软件对孔隙的形状和尺寸进行了定量的表征.结果表明,对于铺层为[(±45°)/(0,90°)_2/ (±45°)]_S层压板,孔隙主要分布于层间,且都沿着平行于铺层的方向发展.随着固化压力的减小,孔隙率增大、层间剪切强度和压缩强度下降.