芳纶纤维及其复合材料的最新进展

芳纶纤维具有密度小、抗拉强度高、抗拉模量较高、耐曲折、耐疲劳等性能。自70年代初,美国杜邦公司开发了凯夫拉-29和凯夫拉-49纤维以来,荷兰、日本、前苏联和我国也开发了这种有机纤维。近年来,新品种相继问世。如超高强型凯夫拉-129的抗拉强度比29型提高20％,更具有韧性,主要用于航天工业制作结构复合材料构件;高模型凯夫拉-149的抗拉模量比49型提高40％,而吸水率只有49型的25％～30％,适用于直     

PBO纤维缠绕复合材料的初步应用研究

分别进行了PBO纤维缠绕成型的单向复合材料力学性能试验和150mm压力容器试验,与Kevlar-49和F-12纤维的单向复合材料力学性能及150mm压力容器性能进行了对比,初步的应用研究结果表明,缠绕成型的PBO/环氧150mm压力容器的容器特性系数PV/W和纤维强度转化率都达到最高,其值分别达到了60km和90%,但其容器的环向变形较F-12纤维复合材料容器的大。     

碳纤维/凯夫拉纤维混合复合材料的性能

为了全面研究碳纤维/凯夫拉纤维混合复合材料的性能,日本东丽公司系统地对不同混合配比的复合材料的抗拉强度和模量、抗压强度和模量、抗弯强度和模量以及层间剪切强度进行了测定。碳纤维采用 T300-3000-50A,凯夫拉纤维采用 Kevlar49 T968-14200,采用8H 缎纹编织,经向与纬向每25毫米各有25束,     

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%。     

缠绕复合材料壳体爆破压强的预测

针对缠绕复合材料壳体在内压作用下的破坏问题,基于连续损伤介质力学方法,建立了一种缠绕复合材料渐进损伤破坏分析模型。模型中考虑了纤维破坏、基体损伤和纤维/基体开裂3种破坏模式,并针对缠绕复合材料面内剪切非线性的实际,建立了面内剪切非线性模型。通过子程序UMAT将模型嵌入ABAQUS/Standard中,对含缺口缠绕复合材料试件拉伸过程进行了仿真计算,验证了模型的正确性。采用该模型对缠绕复合材料壳体的水压破坏过程进行了仿真分析,结果表明:内压作用下缠绕复合材料的最终破坏是由于纤维断裂导致的,且纤维破坏主要出现在环向层,基体破坏主要出现在纵向层。      

基于累积线性法的一种柔性蒙皮设计

变体飞机的机翼需要能够光滑连续变形的柔性蒙皮,借鉴自然界蜜蜂筑巢的蜂窝,针对柔性蜂窝力学特性,采用CAD与CAE相结合的策略,以累积线性法为建模与计算手段,开展柔性结构几何大变形的非线性分析。对凯夫拉29、凯夫拉49两种柔性蜂窝和硅橡胶在不同组合的柔性蒙皮以及在不同蜂窝厚度的情况下,分别进行了数值计算对比工作。结果表明:单纯的硅橡胶,以及单纯的蜂窝式结构都不能满足变体飞机中柔性蒙皮的高承载、大变形和轻重量的需求;分别采用凯夫拉29和凯夫拉49与硅橡胶结合时,凯夫拉49材料的柔性蜂窝结构的法向承载能力要高于凯夫拉29蜂窝;另外,柔性蜂窝高度5 mm和壁厚1 mm时,法向承载能力很弱,增加高度的柔性蜂窝法向刚度有所改善。可以推知,在变体飞机特殊部位,用柔性蜂窝蒙皮代替传统硬蒙皮具有一定的可行性。     

碳纤维复合材料的胶接工艺与性能

研究了不同的胶接工艺对于复合材料胶接性能的影响.对于已经固化的复合材料,对比了使用SY-D15表面处理剂前后胶接性能的变化.结果表明:SY-D15表面处理剂不仅能够显著提高胶接试样的剪切强度,而且对于提高复合材料胶接体系的剥离性能也有明显的作用.复合材料的树脂基体对胶接性能具有显著的影响,增韧的环氧基复合材料和环氧胶黏剂之间的粘接效果最好.碳纤维预浸料和胶黏剂之间的共固化取得了极好的胶接性能.     

超声切割技术在复合材料加工领域的应用

超声切割技术是近十几年内在国际上发展起来的一项工艺技术,目的在于更有效和精确地加工越来越广泛地应用于航空航天制造领域的复合材料(如玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、纸基或铝基蜂窝材料、预浸纤维材料、各种泡沫材料等).     

高性能PBO纤维复合材料成型工艺参数研究

研究了PBO纤维与环氧树脂复合成型工艺参数如树脂配方、浸渍张力、缠绕张力对PBO纤维缠绕成型复合材料力学性能的影响,同时优化了这些工艺参数。研究结果表明,PBO纤维复合材料的拉伸性能很好,但其纤维表面呈惰性,对树脂系统的拉伸性能、韧性和弯曲性能均要求较高,缠绕张力大约占其股纱强力的3 5%左右时,PBO纤维的NOL环层间剪切强度达到最高（29MPa）,才能发挥PBO纤维的高强特性。     

S玻璃-环氧复合材料在持久拉伸载荷下的寿命估算

设计长期使用的纤维复合材料结构件时,估算其寿命是很重要的。为研究这一课题,在1969年,开始对 S 玻璃、芳香族(1971)纤维和一些石墨纤维制成的简单的环氧复合材料进行了实验研究工作。其办法是将这些经过预浸的纤维束在拉伸状态下进行寿命试验(也称应力破坏或静态疲劳试验)。选取纤维束做试样是因为它们真正代表着复合材料的基本结构坯料。当获得这些数据后,就用不同的方法对它们进行分析,并已在过去10年间陆续予以发表。1980年1月,加利福尼亚州北部的一次大地震破坏了大部份试验试样。因而实际上终     

取向非连续碳纤维复合材料制备与性能

将传统的连续纤维预浸料通过机械高频切割的方法制成取向非连续碳纤维预浸料,并固化得到取向非连续复合材料,研究复合材料的内部质量与力学性能,并与连续碳纤维复合材料和随机取向碳纤维复合材料的相关力学性能进行对比分析。结果表明:与连续纤维复合材料相比,纤维被切断后制得的取向非连续碳纤维复合材料内部质量良好,并保持了较好的力学性能,0°拉伸强度保持率在63%以上,弹性模量基本保持不变,0°弯曲强度保持率在85%以上,弹性模量保持率在78%以上,且远远优于随机取向碳纤维复合材料的力学性能。     

碳-环氧卫星天线材料性能研究

本文介绍碳-环氧抛物面反射器天线材料性能研究。包括的项目有材料微波反射性能和其他物理力学性能试验。为此对T300、M40碳纤维增强环氧648复合材料的上述各项性能进行测定。并对T300纤维增强四种环氧树脂(环氧648、644、618及AFG-90)复合材料进行微波反射性能测定。试验结果表明在确定的微波反射试验条件下,试样的微波反射系数值与试样表面纤维方向有关.当纤维方向与微波反射在表面形成电流线方向成平行时,反射系数最大,成90°时反射系数值最小,树脂基体对碳-环氧复合材料表面微波反射系数没有显著的影响。     

Kevlar织物NH_3等离子体表面改性研究

采用NH3等离子体对Kevlar-49 S500织物进行了表面改性,处理工艺条件为74.9Pa/113W/14.3分钟.研究结果表明改性后的Kevlar-49 S500织物增强的3234环氧树脂复合材料层间剪切强度提高了26.6%,T型剥离强度提高了22.9%;改性后的纤维表面粗糙度明显增大,与水的接触角降低;T-剥离试样断口的微观分析发现Kevlar纤维/3234环氧界面的破坏方式为纤维本体破坏.     

国产芳纶纤维复合材料用环氧树脂体系

研制了一种环氧/ 芳香胺体系,采用DSC、固化反应动力学分析等方法对树脂体系进行了表征,并
对其浇注体、复合材料NOL 环以及Φ150 mm 压力容器性能进行了研究。结果表明,该树脂体系具有优良的浇
注体力学及热性能,其拉伸强度为101 MPa,断裂伸长率达4. 1%,弯曲强度为177 MPa,马丁耐热温度为
142． 2℃;与国产芳纶纤维的界面粘接性能良好,其NOL 环层间剪切强度可以达到52. 1 MPa,制备的复合材料
Φ150 mm 压力容器PV / W 值可达38. 44 km。     

碳纤维/环氧树脂复合材料微波固化试验

采用微波固化技术,对碳纤维/环氧树脂复合材料NOL环试样进行固化试验研究。通过开展力学性能测试、电镜扫描及CT扫描,对比分析了热固化与微波固化试样宏观力学性能及微细观形态。结果表明:微波固化与热固化的固化机理不同,微波固化提高了固化反应速率,固化周期缩短了57%;微波固化试样的拉伸强度和层间剪切强度与热固化试样基本相当,但微波固化试样力学性能离散系数更小,碳纤维表面有更多的树脂基体粘附,这是由于微波固化的选择性加热造成的;微波固化试样孔隙率为0.78%～1.05%,稍低于热固化试样。     

纤维吸水对F-12环氧复合材料性能影响

采用ＮＯＬ环拉伸与剪切实验,研究了纤维吸水对Ｆ－１２／胺环氧体系性能影响,结果表明,纤维吸水后,ＮＯＬ环拉伸强度和模量分别下降了７．２％和２．５％,而剪切强度提高了３６．４％,ＳＥＭ照片显示,干态纤维复合材料和湿态纤维材料破坏模式有一定的差别。     

玄武岩纤维表面涂层改性研究

采用溶胶-凝胶技术制备有机/无机纳米杂化涂层材料,通过红外光谱和原子力显微镜技术对该材料进行表征分析,结果表明合成了环氧/SiO2纳米杂化材料.采用合成的纳米杂化浆料对玄武岩纤维进行表面改性,通过纤维表面形貌、纤维复丝拉伸强度和复合材料层间剪切强度分析,研究玄武岩纤维表面涂层改性效果.试验结果表明:采用适当浓度的涂层溶液对玄武岩纤维进行表面改性可以有效的增加纤维表面粗糙度,提高纤维复丝拉伸强度,改善复合材料界面粘接强度,说明玄武岩纤维表面涂敷有机/无机纳米杂化涂层的改性方法是确实有效的.     

高性能玻璃纤维增强树脂基复合材料拉-压疲劳行为

对LTX1240玻璃纤维/环氧复合材料开展拉-压疲劳试验,绘制S-N曲线进行疲劳寿命预测,利用扫描电镜观察疲劳试样断口形貌,分析其在拉-压循环载荷作用下的失效模式。结果表明:LTX1240玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的条件疲劳极限为278 MPa;失效过程为树脂基体最先破坏,接着界面分层乃至纤维拉伸、剪切破坏,它们相互作用形成了弥散损伤区并据此扩展发生材料断裂。     

超声切割技术在复合材料加工领域的应用

由于超声切割技术的切割质量优异,具有无毛刺、无刀具磨损、无炭化材料、侧向切割力小、加工速度快、加工精度高、无粉尘污染、可切割凯夫拉和UD纤维等优势,在国外已得到了广泛的应用。     

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%。