柔性混编预浸料制造热塑性复合材料加筋结构

PEEK树脂基复合材料具有突出的韧性和高损伤容限,但因成型工艺条件较为苛刻,且铺覆性能差,影响了曲面成型能力。利用柔性混编预浸料技术则可解决这一难题,高质量、高效率地实现复杂曲面结构件的制备。分别带有“L”型加强筋和帽型材的加筋口盖的制造,对此进行了充分的验证。

兼具增韧剂和定型剂功能的ES-Fabric织物及制造技术

在蓬勃发展的同时,RTM技术仍然面临着若干问题的困扰,其中最突出的就是复合材料的增韧问题。在复合材料及构件RTM制造技术中,首先要将各种增强织物通过定型剂粘结或缝纫等技术制备成预成型体,然后通过树脂注射或渗透使树脂充分填充浸润预成型体,最后加热固化成为复合材料构件。

先进复合材料国防科技重点实验室的航空树脂基复合材料研发进展

归纳先进复合材料国防科技重点实验室在航空先进树脂基复合材料方面的应用和研究进展。研制出超薄热塑性无纺织物层间增韧技术以实现提高复合材料的CAI性能。设计出的多夹层结构具有多层吸收拓展频带的作用,使多夹层隐身复合材料的吸收频宽达1～18GHz。高韧性树脂基复合材料和耐高温复合材料技术得到发展,并形成预浸料-热压灌成型、液态成型和自动化制造技术体系。发展复合材料固化、树脂流动、固化变形等模拟优化技术,并建立复合材料数据库技术。建立先进复合材料国防科技重点实验室可在支撑航空装备研制,在航空复合材料创新引领、体系主导、基础支撑和保障应用方面发挥作用。

纳米粒子改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究

通过机械共混法制备了Al2O3纳米粒子改性环氧树脂基体,研究了纳米粒子含量对改性树脂基体力学性能的影响,并采用紧凑拉伸实验研究了纳米粒子改性环氧树脂的断裂韧性。利用改性树脂制备了玻璃纤维增强复合材料,研究了改性复合材料的力学性能与纳米粒子含量之间的关系。结果表明:纳米粒子的加入明显改善了环氧树脂基体的断裂韧性并且有助于提高树脂与纤维之间的界面粘接强度,因而使改性复合材料的层间性能明显提高而其他力学性能基本不变。

先进航空树脂基复合材料研究与应用进展

综述了国外先进航空复合材料在民用机和军用机上的研究与应用进展,指出了先进复合材料在航空领域发展的方向和趋势,简述了先进复合材料国防科技重点实验室在以上方向上的研究进展。

高性能双组份环氧树脂固化动力学研究和TTT图绘制

用全动态DSC研究了先进复合材料用高性能双组份环氧树脂的固化反应动力学,获得了固化反应的动力学参数,并建立了固化动力学的唯象模型。用恒温DSC和动态DSC结合DiBenedetto方程研究了树脂玻璃化转变温度和固化度之间的关系,并给出了玻璃化转变温度Tg和时间t及温度T之间的数学关系。通过DMA研究了树脂恒温下的凝胶过程,给出了凝胶时间tgel和凝胶温度T之间的关系,回归得到凝胶时的固化度为αgel=0.4539,并以此计算出了Tg,gel=70.18℃,为工艺选择提供了依据。并在此基础上绘制出了该树脂体系的TTT图,提出了将TTT图用于工艺优化的思路,并做了初步验证。

增韧环氧树脂相结构

用SEM分别对不同配比的热塑/热固(TP/TS)原位共混增韧体系和“离位”增韧体系的浇注体固化后的相形貌进行了观察。结果显示:对于共混增韧体系,当热塑性树脂含量为16.7%-20.0%时体系发生相反转。通过对发生相反转体系的热固性颗粒尺寸的统计分析可知,随着TP含量的增加,热固性颗粒的粒子直径越来越小,且粒子直径的分散性也越来越小;在统计分析结果的基础上由数学分析给出了粒子直径与TP含量的经验关系式,由该经验式可知,热固性粒子直径的上下限分别是1.838μm和0.925μm,对应的质量分数分别约为16.0%和39.0%。对“离位”增韧的相形貌进行了分析,“离位”增韧体系形成了增韧层过渡层本体层的复合结构。TP含量在增韧层保持较高水平,在过渡层中迅速降低,在本体层中几乎不存在;同时为达到较好的增韧效果,过渡层厚度不应超过增韧层厚度。

航空树脂基复合材料的高韧性化研究进展

航空飞行器的损伤容限设计,要求其复合材料具有高的韧性。目前广泛采用的是整体增韧树脂基体或插层改性。本文以双马来酰亚胺复合材料为例,报道"离位"增韧改性的概念、技术、方法和实验验证。"离位"技术不仅可较大幅度地提升复合材料层压板的所有层间韧性而保持其面内性质基本不变,而且在应用上具广谱适用性。"离位"复合材料拥有中国自主知识产权。

RTM用环氧3266树脂体系化学流变特性的研究

本研究在基本的黏度实验和DSC热分析实验的基础上,采用双阿累尼乌斯方程研究了RTM用环氧3266树脂体系的化学流变特性,建立了相应的化学流变模型,模型与实验结果具有良好的一致性。模型揭示了该树脂体系在不同工艺条件下的黏度变化规律,定量预报了该体系的低黏度工艺窗口平台,为合理制定RTM工艺参数保证产品质量和实现工艺参数的全局性优化提供了必要的科学依据。

复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究

通过对低速冲击试验和准静态压痕试验进行对比,获得了冲击能量(准静态压痕力)与层压板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度的三组对应关系。分析表明,损伤面积、损伤宽度和凹坑深度均可作为损伤参数来建立低速冲击和准静态压痕损伤的等效性。当冲击能量或准静态压痕力达到一定值后,三组对应关系曲线上出现拐点,两类试验的拐点相差很小,且两类试验的变化趋势相同,初步说明了用准静态压痕试验替代低速冲击试验是可行的,同时在较低冲击能量(拐点值之前)下准静态压痕力近似等于相对应的冲击能量下冲击过程的最大接触力。对两类试验过程进行分析,准静态压痕试验的初始分层载荷较冲击试验稍低,但两类试验过程中载荷的变化趋势相同,进一步说明了低速冲击试验和准静态压痕试验损伤的等效性。

含氟聚醚醚酮增韧环氧树脂相形貌与性能研究

采用SEM观察了热塑性含氟结构聚醚醚酮(6FPEEK)共混增韧环氧树脂的浇铸体脆断断口相形貌,测试了浇铸体的力学性能及动态机械性能,通过统计和数学分析建立了冲击韧性(αk)、热塑颗粒粒径(d)和粒间距(D)间的半定量关系。结果表明,该体系可得到连续相为环氧树脂而分散相为热塑颗粒的相结构,热塑相颗粒尺寸较为统一,且随热塑性树脂含量的增加而增大;6FPEEK含量增加对拉伸强度的影响不大,环氧树脂和热塑性塑料的结合界面差导致了冲击韧性在6FPEEK质量分数达到9.09%时出现峰值而后下降;该增韧体系的增韧机理可能为刚性粒子增韧。

含氟聚醚醚酮改性环氧树脂的形状记忆性质研究

制备了一种新型的具有形状记忆性质的含氟聚醚醚酮改性环氧树脂。材料在150℃下可实现30°左右的弯曲角度,将材料冷却到室温并撤去外力后,其形状固定率为96%～100%。当再次升温到150℃时,材料又回复到初始状态,其形状回复率为100%,回复时间在2min之内。本体系中,改型的含氟聚醚醚酮的在材料中充当可形变的可逆相,固化后的环氧树脂充当固定相。

单壁碳纳米管无纺布/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽性能

采用一种导电材料预制体-单壁碳纳米管(Single-wall carbon nanotube,SWCNT)无纺布与环氧树脂复合制备了电磁屏蔽复合材料,并对所制复合材料的电磁屏蔽性能进行了表征。结果表明:所制复合材料对电磁波的屏蔽效率随SWCNT无纺布厚度的增加而增加。在较低的SWCNT无纺布填加量下所制复合材料可以实现对低频电磁波较高的屏蔽效率。不同于填加粉体导电材料所制电磁屏蔽复合材料,作为导电材料预制体使用的SWCNT无纺布是一个独立的整体导电薄膜,可以直接引入到基体当中,不存在分散问题。并且通过简单的导电预制体多层叠加的方式即可实现复合材料更高的屏蔽效率。

含氟聚醚醚酮改性环氧树脂形状记忆性质的动态热力学机理研究

使用动态力学分析仪(DMA)、扫描电子显微镜(SEM)对具有形状记忆的含氟聚醚醚酮(6F-PEEK)改性环氧树脂的动态热力学行为和组分之间的相分离形貌进行了研究。动态力学-温度谱图表明,在130℃和223℃存在两个内耗峰,分别对应6F-PEEK和环氧树脂的玻璃化转变温度。具有较低玻璃化转变温度的6F-PEEK充当可逆相,具有较高玻璃化转变温度的环氧树脂充当固定相。材料在变形时,6F-PEEK的能量变化主要是熵的变化,而环氧树脂主要是内聚能的变化。熵值增大和内聚能的释放是材料完成形状记忆过程的驱动力。随6F-PEEK含量的增加,动态力学-温度谱图上的内耗峰的强度增加,表明在变形温度下有更多的6F-PEEK分子链段发生运动,材料的弯曲变形幅度增大。

环氧树脂基形状记忆复合材料的制备与性能

以自制的形状记忆环氧树脂为基体,CCF300级碳纤维U-3160织物为增强材料,采用真空袋成型工艺制备形状记忆复合材料,分析碳纤维含量对复合材料的形状记忆性能的影响.结果表明,当碳纤维含量为0％ ～ 50％时,随着增强体碳纤维含量的增加,复合材料的形状固定率由98％降至91％,形状回复率也由98％降至91％.在有限次的循环实验中,循环次数对形状固定率和形状回复率没有明显的影响.

纳米粒子改性环氧树脂玻璃化转变温度的研究

采用示差扫描量热分析(DSC)研究了纳米A l2O3粒子改性的环氧树脂基体玻璃化转变温度与纳米粒子含量之间的关系以及纳米粒子含量对改性体系固化剂用量的影响。结果表明,随着纳米粒子含量的提高,改性树脂的玻璃化转变温度逐渐下降,由纯树脂的224℃下降到182.5℃(纳米粒子用量30%,固化剂添加量70%)。并且纳米粒子的加入会影响树脂基体的固化反应。达到玻璃化转变温度峰值时的固化剂用量并非按照改性体系中环氧树脂含量等当量比加入,而是与纳米粒子含量有关,纳米粒子含量越高,达到玻璃化转变温度峰值时固化剂用量越少。

RTM用ES-Fabric增强织物的制备及其复合材料性能研究

基于"离位"增韧技术,将"离位"增韧剂聚醚砜均匀地附载在增强织物上,制备具有增韧功能的ES-Fabric增强织物。以ES-Fabric增强织物作为增强体,采用垂直流动RTM工艺制备了"离位"增韧的不同树脂基(6421、3266和5284树脂)复合材料,并进行了性能研究,结果表明:垂直流动RTM工艺缩短了注胶时间,改善了"离位"增韧的RTM工艺,"离位"增韧的复合材料不仅提高了复合材料层压板的冲击损伤阻抗(用分层的投影面积超声C扫描来评价),也提高了层压板的冲击后压缩强度(用CAI值来评价),并且增韧后的复合材料的基本力学性能并没有降低。

航空级复合材料层板的定域相变控制与增韧研究进展

航空飞行器要求损伤容限设计,因此要求其复合材料具有高的韧性。与目前国内外广泛采用的整体增韧树脂基体或插层改性所进行的研究不同,主要介绍了在"离位"增韧的概念下,以时间-温度-转变(Time-Temperature-Transition,TTT)图为手段开展的复合材料层板层间定域相结构控制和增韧研究进展,给出了典型"离位"增韧复合材料的层板的层间相结构和韧性性能,证明了"离位"增韧可普适地将各种树脂基体的航空级复合材料层板层间定域的相形貌调控为相反转、双连续的相结构,从而达到大幅提高复合材料韧性的目的。

PAEK/BMI共混体系分相机理及其层状体系相形态的初步研究

采用原子力显微镜研究了PAEK/双马来酰亚胺共混体系的分相机理和层状体系固化后的相形态结构。通过AFM可以清楚地观察到,PAEK含量较低时,分相机理是成核-增长机理(Nuc leation and G rowth m echan ism,简称NG),形成典型的海岛分相结构;随着PAEK含量的增加,分相机理变成旋节线相分离机理(Sp inodal Decomposition,简称SD),形成了典型的双连续结构,随着PAEK的含量进一步增大,形成典型的相反转结构,SEM观察证实了AFM观察的相分离机理。同时共混物的冲击强度在PAEK含量为20phr时出现了一个峰值,此时共混体系的冲击强度提高了近2倍。通过SEM研究PAEK/双马来酰亚胺层状体系,发现PAEK膜与BM I相互接触的区域,由于相互扩散出现了类似共混体系的相形态结构,其中由于BM I的扩散能力较PAEK较强,发现在PAEK相出现大量BM I颗粒,这种结构对于提高双马来酰亚胺树脂的韧性非常有利,通过研究PAEK/双马来酰亚胺共混体系的分相机理及其层状结构的相形态结构,从而为PAEK膜"离位"增韧BM I树脂基复合材料打下基础。

泡沫夹层结构复合材料准静态压痕实验

研究了两种芯材高度的泡沫夹层结构复合材料在准静态压痕力下的损伤过程与形式,通过控制压头位移得到位移与接触力的关系曲线以及不同位移下的损伤形貌,比较了两种芯材的损伤过程。结果表明:损伤过程为泡沫塌陷、泡沫芯材出现裂纹、夹层板上蒙皮分层和芯材与下蒙皮脱粘;损伤形式为:厚芯材时裂纹与泡沫厚度方向成±45,°薄芯材时裂纹与泡沫厚度方向成90°。