T700/PEEK热塑性自动铺放预浸纱制备质量控制及性能研究

为满足高性能热塑性复合材料自动铺丝（AFP）成型工艺的原材料需求,研究了粉末悬浮法浸渍制备T700/PEEK预浸纱关键工艺参数及预浸料性能,分析聚醚醚酮PEEK浸渍连续碳纤维过程中不同工艺参数（悬浊液浓度、超声功率、张力、牵引速率、浸渍温度、辊压温度及压辊间隙）对预浸纱质量的影响规律,利用扫描电子显微镜（SEM）观察T700/PEEK预浸纱内部孔隙率及界面结合状态,将粉末悬浮法制备的T700/PEEK预浸纱模压制备了热塑性复合材料单向层合板试样,并测试了其热塑性复合材料层间剪切强度和拉伸强度。研究结果表明：预浸纱含胶量与粉末悬浮液浓度变化线性正相关,且随超声功率的增大而升高;浸渍过程中伴随温度的升高以及牵引速率的减小,预浸纱宽度变小、孔隙率降低,随着张力的增大,预浸纱宽度增大、孔隙率降低;辊压成型过程中随着温度的提高以及压辊间隙的减小,预浸纱宽度增大、孔隙率降低。综合考虑各工艺参数的影响规律,获得优化的热塑性预浸纱制备工艺参数：浸渍温度为360~370℃,辊压温度为330℃,压辊间隙为0.1 mm,牵引速率为15~20 mm/s,张力为7 N。扫描电镜结果显示树脂与纤维界面结合紧密,复合材料的孔隙率可降低至1.8%,复合材料层间剪切强度为73.43 MPa,纵向拉伸强度达1.71 GPa。     

新型SiBCN杂化树脂的固化及裂解机理

以硅乙烯基1,7-碳硼烷为B源与含乙烯基硅氮烷反应生成了一种新型的SiBCN杂化树脂。采用FT-IR、DSC、TGA和Py GC-MS对树脂的结构、固化行为、热稳定性、热裂解反应和过程进行了研究,并用Kissinger方程和FWO法计算出了固化反应和热裂解的表观活化能,分析了树脂的裂解过程及机理。结果表明:这种杂化树脂在固化过程中存在一个放热峰,固化表观活化能为113.55 k J/mol,具有较好的热稳定性,N_2气氛下,T_d~5为459℃,900℃下的残碳率为73.1%。随着裂解反应程度的增加,树脂裂解的表观活化能增加,动力学热稳定性增强。当裂解温度为300℃时,树脂主要发生转氨基反应,裂解产生NH_3;500℃时,有机基团脱除,树脂裂解产生NH_3、CH_4和CH_2=CH_2等烯烃;650℃时,裂解气体种类进一步增加,生成一系列烷烃和烯烃。     

Static Pull and Push Bending Properties of RTM-made TWF Composite Tee-joints

This paper deals with static pull and push bending tests on two-dimensional (2D) orthogonal EW220/5284 twill weave fabric (TWF) composite tee-joints processed with the resin transfer moulding (RTM) technique. Static pull and push bending properties are determined and failure initiation mechanism is deduced from experimental observations. The experiments show that the failure initiation load, on average, is greater for push bending than for pull bending, whereas the scatter is smaller for push bending than for pull bending. The failure mode of RTM-made tee-joints in pull bending tests can be reckoned to be characteristic of debonding of resin matrix at the interface between the triangular resin-rich zone and the curved web of tee-joint until complete separation of the curved web from the bottom plate. In contrast, as distinct from the products subject to pull bending loading, the RTM tee-joints in push bending tests experience matrix cracking and fibre fracture from outer layers to inner layers of the bottom plate until catastrophic collapse resulting from the bending. Three-dimensional finite element (FE) models are presented to simulate the load transfer path and failure initiation mechanism of RTM-made TWF composite tee-joint based on the maximum stress criterion. Good correlation between experimental and numerical results is achieved.     

有机-无机Nano-SiO2/DCPDCE杂化材料的性能

为解决传统商用nano-SiO2粒子在双环戊二烯型氰酸酯(DCPDCE)树脂基体中容易团聚的问题,利用Sol-Gel法制备的有机-无机nano-SiO2为填料对DCPDCED进行改性。研究了有机-无机nano-SiO2含量对nano-SiO2/DCPDCE杂化材料力学性能、介电常数、介电损耗因子的影响。结果表明:有机-无机nano-SiO2较商用nano-SiO2在DCPDCE中分散更优;当有机-无机纳米SiO2含量为3.0wt%时,杂化材料的综合性能最优。     

面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料铺放适应性

为了研究面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料的铺放适应性,测试了3种T700级碳纤维/双马树脂材料的T型剥离强度及悬垂性,进行了曲率铺放性能对比研究,确定了最佳的T700级碳纤维/双马树脂材料。针对该材料,研究了不同工艺参数（铺放温度、铺放压力、铺放速度）在不同转向半径下对铺放质量的影响,并提出一种新的铺放质量评定方法。材料对比实验结果表明,在一定范围内,适当提高材料的刚性和层间黏结力对材料的铺放性能有明显改善,其中提高层间黏结力效果更加显著,并最终选用T700级碳纤维/双马树脂材料3作为复杂回转体的铺放材料。工艺优化实验发现,当铺放速度小于32 mm/s时,极限转向半径降低至1 000 mm。结合铺放效率,获得复杂回转体的最佳铺放工艺参数为F=800 N、T=40 ℃、v=32 mm/s,且在2 h内进行下层铺放,从而提高铺放质量及铺放效率,解决工程化应用问题。     

基于碳纳米管薄膜的新型电热防除冰系统设计及其应用性能

对新型化学气相沉积法（CVD法）制备的碳纳米管薄膜（CNTF）的相结构和微观形貌进行了表征。根据CNTF内的碳纳米管杂乱交错,排列无规则,但孔隙率较高的微观结构特点,提出了基于这种CNTF的飞机电热防除冰系统的设计方案及其制备工艺流程。该方案采用了CNTF和环氧树脂等轻质材料,对样件制备工艺进行了探讨和优化。通过电发热特性测试及防除冰功能测试对此种新型电热防除冰系统样件的电热性能进行了研究。试验结果表明,此种新型电热防除冰系统结构简单,质量小,易于与飞机铝合金蒙皮相结合,有利于减小飞机空重,降低飞行成本;在电热过程中获得的有效平均温度为47℃,可有效地加快冰层融化,在实际应用中具有良好的前景。     

树脂基复合材料固化过程中温度场的数值模拟

树脂基复合材料的热固化成型是一个力、热与化学反应相互耦合的过程。文中就其热固化过程中温度场分布的数学模型进行了研究,在此基础上利用有限元方法并结合OOP(Objectoriented program m ing)技术实现了对复合材料固化过程中温度场的数值模拟,讨论了板厚、升温率等因素对温度分布的影响。计算结果表明,固化过程的升温速率应根据复合材料层板的厚度加以合理地选择,以保证温度的均匀分布     

用数值模型研究树脂传递成型工艺中的树脂流动和温度变化

用控制体／有限元方法建立了树脂传递成型工艺过程中树脂流动和温度变化的数学模型。考虑到热传导效应和树脂放热反应对温度变化的影响，对树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化的数值求解方法及相应的精度和收敛性进行了分析，最后对两种不同树脂传递成型工艺过程中的温度变化进行了计算，并与相应实验结果作了对比。结果表明，本建立的数学模型能有效地确定树脂传递成型工艺过程中树脂流动和温度变化，且与试验结果吻合的较好。     

基于热熔法的铺丝用预浸纱含胶量控制

针对轨道飞行器用高模量碳纤维复合材料品种多、批量小、质量要求高的特点,研究自动铺丝用预浸纱制备的质量控制方法。研究了直接热熔法中不同工艺参数对预浸纱含胶量的影响规律,运用正交试验定量分析了诸因素的影响程度,研究结果表明：限位辊与擦胶辊间隙对含胶量的影响最大,其次分别为收卷速率、树脂温度、差速比、放纱张力;制备HS40/CY-10W高模量碳纤维/氰酸酯预浸纱的最优工艺参数为：两辊间隙0.15 mm、收卷速率12.56 m/min、树脂温度100 ℃、差速比60%、放纱张力13 N。制备的预浸纱宽度稳定、含胶量为34.0±1.0%、离散系数≤0.79%,满足铺丝用精密预浸纱要求。     

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。