三维编织碳纤维/环氧复合材料的吸湿特性及外应力的影响

采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。结果表明,与环氧树脂不同,C3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。

原位反应法制备的碳化硅涂层/三维编织碳纤维的氧化性能研究

采用原位反应法在三维编织碳纤维(原纤维)表面制得β-SiC涂层,通过XRD,SEM,等温氧化失重和非等温热重分析等测试手段研究了制备方法对涂层性能的影响。结果表明:利用此法可得到均匀、完整,界面结合良好的涂层,涂层厚度增加,涂层/三维编织碳纤维(复合纤维)抗氧化性能增强。并对复合纤维氧化反应的机理进行了研究。

纤维表面处理对三维编织碳纤维增强尼龙性能的影响

分别考察了几种纤维表面处理方法对碳纤维表面和复合材料性能的影响。结果表明,纤维表面处理使碳纤维的表面更粗糙;经过处理后的碳纤维表面含氧量明显提高,改善了碳纤维与基体的浸润性;空气氧化处理方法的综合效果比较理想;γ射线辐照处理除冲击强度稍低于空气氧化处理外,其弯曲强度、弯曲弹性模量尤其是剪切强度均高于空气氧化法;空气氧化与偶联剂复合处理的复合材料剪切强度最高。

SiO_2,SiC涂层/三维编织碳纤维的制备及其氧化性能

采用溶胶-浸渍法,成功地在三维编织碳纤维的纤维表面涂覆SiO2,并通过碳热还原反应制得厚度约为0.55μm的SiC涂层。研究了涂层/编织碳纤维(复合纤维)氧化反应的动力学和反应机理。结果表明:涂层能明显提高编织碳纤维的抗氧化性能;复合纤维的氧化反应过程可以分为2个阶段:第1阶段为反应控制;第2阶段为扩散和反应共同控制。

三维编织碳纤维复合材料超声辅助车削可行性分析

根据三维编织碳纤维复合材料非均质性和各向异性的特点,将其车削加工表面分为四类典型表面。分别采用三种不同刀具对三维编织碳纤维复合材料进行了超声辅助车削和普通车削加工试验,分析了四类典型表面的粗糙度的变化规律,建立了三维编织碳纤维复合材料表面质量评价方案,并对超声辅助车削和普通车削加工过程中的切削力和刀具磨损进行了研究。结果表明,超声辅助车削加工三维编织碳纤维复合材料相对于普通车削,可以有效地提高工件表面质量,降低切削力,延长刀具寿命。

三维编织碳纤维复合材料剪切性能研究

本文采用短梁三点弯曲试验法,研究三维四向、五向编织碳纤维复合材料的剪切性能、剪切破坏过程及其破坏模式。结果表明:三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好;三维编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增加;切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近侧表面裂缝沿纱线走向分布,上下两表面发生弯曲破坏,离开侧表面2 mm后内部纵向截面上下表层发生弯曲破坏,其它部位未发生剪切破坏。

三维编织碳纤维增强尼龙6热机械性能研究

根据碱催化阴离子聚合原理制备了单体浇铸(MC)尼龙6(PA6)、长碳纤维增强尼龙6(PA6/C_L)复合材料和三维编织碳纤维增强尼龙6(PA6/C_(3D))复合材料,分析了工艺影响因素,并通过动态热机械分析仪对材料的热机械性能进行了研究。结果表明,PA6/C_(3D)复合材料比PA6的热强度高4.37倍,而玻璃化转变温度却基本未发生变化,PA6/C_(3D)复合材料的综合性能优于PA6/C_L复合材料。

复合材料中三维编织碳纤维增强体的性能特点

作者对复合材料中的碳纤维增强方式进行了论述,三维编织碳纤维增强体具有整体性和可适应构件多种外形的特点,由其复合成的材料避免了方向性,使复合材料具有优良的综合性能。

三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料横向压缩性质的温度效应

采用实验和有限元方法,研究了三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料在低温场(20、0、-50、-100℃)中横向压缩性质温度效应。研究结果表明:温度对碳纤维/环氧树脂横向压缩模量、屈服应力及切向模量均有不同程度影响。三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料横向压缩后,试样表面形貌受温度影响显著。低温场中,表面鳞纹现象减弱,且纱线-树脂间界面出现开裂。温度降低导致碳纤维/环氧树脂内部产生热应力。热应力对碳纤维/环氧树脂力学性能影响有限,不是温度效应的主导因素。基体性质随温度变化是三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料横向压缩性质温度效应的主要机制。

SiO_2涂层制备工艺对三维碳纤维编织体抗氧化性能的影响

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体的纤维表面涂覆SiO_2涂层。实验研究了涂层制备工艺对编织体抗氧化性能的影响。结果表明,纤维经丙酮、硝酸处理后,再采用粘度为0.01～0.012(Pa·s)、分子生长模式为线性的溶胶浸渍,当涂层厚度为0.5μm左右时,浸渍试样抗氧化性能好,完全氧化失重温度为900℃,较之原始编织体提高300℃。涂层过厚或过薄,编织体抗氧化性能下降,这是由于涂层在纤维表面分布不均匀或与纤维表面结合性较差引起的。

SiC涂层/三维碳纤维编织体的氧化动力学和机理研究

采用原位反应法在三维碳纤维编织体(简称:RB)的纤维表面制得SiC涂层,通过 XRD、SEM、等温氧化失重和非等温热重分析等测试手段研究了制备方法对SiC涂层均匀性 的影响,并对SiC涂层／碳纤维编织体(简称:CB)材料在等温和非等温条件下,氧化反应的 动力学和反应机理进行了研究.结果表明:SiC涂层均匀、完整地涂覆于编织体内外各纤维表 面;材料等温氧化反应的机理为第一阶段反应控制,第二阶段扩散和反应共同控制;材料的非 等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为:lgA=9.615min-1; Ea=201.73kJ·mol-1.

ZrO_2-SiO_2复合涂层/三维碳纤维编织体材料的氧化动力学研究

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体(简称:RB)的纤维表面涂覆ZrO2-SiO2复合涂层,通过XRD、SEM、等温氧化失重和非等温TG-DSC等手段研究了制备方法对涂层完整性的影响,并对涂层/编织体材料(简称:CB)氧化反应的动力学进行了系统研究。结果表明:采用该方法所得到的涂层均匀完整,与纤维表面结合良好,能显著提高编织体材料的抗氧化性能;等温条件下,材料失重低于70%时,其失重率与氧化时间呈线性关系,反应速率常数随温度的升高而增大,材料失重高于70%时,其失重率与氧化时间呈抛物线关系;非等温条件下,材料的氧化过程呈现自催化特征。

SiO_2涂层/三维碳纤维编织体材料的氧化动力学和机理研究

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体的纤维表面涂覆SiO2涂层,通过XRD、SEM、等温氧化失重和非等温TG-DTG等测试手段研究了制备方法对涂层完整性的影响,并对涂层/编织体材料(CB)氧化反应的动力学和机理进行了系统研究。结果表明:采用该方法所得到的涂层均匀完整,与纤维表面结合良好;等温条件下,材料失重低于70%时,定温下,其失重率与氧化时间呈线性关系,反应速率常数随温度的升高而增大。材料的氧化过程随温度升高可分为2个阶段:第1阶段为反应控制,第2阶段为扩散和反应共同控制,分界点为600℃;非等温条件下,材料的氧化过程呈现自催化特征。

碳纤维三维编织复合材料预制件厚度的测量

提出了一种利用电涡流传感器进行碳纤维三维编织复合材料预制件厚度测量的研究方法,给出了测量系统的测量原理、硬件组成及软件设计框图,并对测得的厚度值进行了分析.实验证明,使用该系统测量的数据准确,精度高.

SiC-SiO2涂层/三维碳/玻纤维编织体的制备及其抗氧化性能

为获得具有抗氧化性能的三维碳/玻纤维编织体,以三维碳/玻纤维编织体为预制体,通过原位浸渍法-惰性气氛热处理在纤维表面形成SiC-SiO2涂层。利用SEM、FTIR、XRD、氧化失重等对涂层试样的组成、形貌、抗氧化性能进行表征。结果表明:通过溶胶-凝胶法成功在三维碳/玻纤维编织体的纤维表面制备出SiC-SiO2涂层,当水、正硅酸乙酯(TEOS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)和无水乙醇溶液比例为7∶7∶0.5∶11,溶胶粘度范围为3.17~4.20 mPa·s,溶胶与编织体的浸渍时间大约为35 min时,试样(碳纤维与玻璃纤维涂层厚度分别约为0.50、0.76μm)的抗氧化性能较好;涂层/三维碳/玻纤维编织体相较于初始试样的氧化转变温度提高了100℃。涂层不仅可改善编织体的抗氧化性,其力学性能比初始试样提高约65%,具备作为高温抗氧化材料的前景。

碳纤维增强镁基复合材料的制备及微观结构分析

采用溶胶-凝胶方法,经过水解、浸渍及干燥烧结,在纤维表面涂覆上一层均匀光亮、无裂纹且厚度适中的二氧化硅涂层。在惰性气体保护下实现三维编织碳纤维增强镁基复合材料的压力浸渗制备。通过SEM和XRD等分析碳纤维表面二氧化硅涂层的形貌、成分及其结构以及复合材料中碳纤维与镁基体界面的微观结构。结果表明,二氧化硅涂层厚度适当的碳纤维与镁合金基体之间通过轻微的界面反应,改善了二者间的润湿性,有效促进了镁合金熔液在三维编织碳纤维中的浸渗过程。

Sol-Gel工艺制备三维碳纤维增强Al_2O_3-SiO_2基复合材料研究

以三维五向碳纤维编织件为增强体,以铝硅比为1:2的高固含量的Al2O3-SiO2溶胶为先驱体,制备出3D-Cf/（Al2O3-SiO2）复合材料。研究了溶胶的莫来石化行为,探讨了热处理温度对复合材料微观结构、力学性能、抗氧化性能的影响。结果表明,双相溶胶在1200℃时发生明显的莫来石化反应,1300℃时莫来石化反应基本完成。经18个周期的浸渍-干燥-热处理制备出抗弯曲强度可达220240MPa,并具有良好韧性的3D-Cf/（Al2O3-SiO2）复合材料。经10001600℃空气中氧化30min后,除了1000℃热处理制备的复合材料,1200和1400℃下制备的复合材料均表现出很好的抗氧化效果。热处理温度通过影响基体的致密化状态而影响复合材料的力学性能和抗氧化性能。

热模压辅助先驱体浸渍裂解制备C_f/SiC复合材料研究

以聚碳硅烷为先驱体,采用热模压辅助先驱体浸渍裂解工艺制备3D-BCf/SiC复合材料,研究了热模压辅助对3D-BCf/SiC复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明:先驱体浸渍裂解制备陶瓷基复合材料第一次浸渍后引入高温热模压工艺可以改善材料微观结构,显著提高材料的致密度和力学性能。其中1600℃,10MPa,1h下热模压辅助先驱体浸渍裂解6次制备的3D-BCf/SiC复合材料的密度为1.79g/cm3,弯曲强度高达672MPa,断裂韧性达18.9MPa·m1/2,剪切强度接近50MPa,且具有较好的抗热震性和高温抗氧化性。

氧化处理对MC尼龙/C_(3D)复合材料摩擦磨损性能的影响

以己内酰胺单体和经氧化处理的碳纤维三维编织物(C3D)为原料,采用原位聚合方法制备了C3D增强浇铸尼龙(MC尼龙/C3D)复合材料。在磨损试验机上进行了滑动摩擦试验,采用扫描电子显微镜对磨痕和磨屑形貌进行观察和分析,研究了氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,C3D经过氧化处理后所制MC尼龙/C3D复合材料的摩擦系数明显小于C3D未经氧化处理的MC尼龙/C3D复合材料。随着载荷的增加,材料的摩擦系数增大,而磨损率减小;在较高滑动速度下,摩擦系数和磨损率均较小;从磨痕和磨屑形貌观察到,C3D经氧化处理后与基体结合好,而未经氧化处理的C3D与基体剥离,但是C3D经氧化处理的复合材料的磨损率在较高载荷下略有增大。表明,C3D的氧化处理提高了碳纤维与基体间的结合强度,同时在一定程度上提高了复合材料的摩擦学性能。

热压辅助先驱体裂解制备C_f/SiC复合材料的研究

以聚碳硅烷为先驱体 ,采用先驱体转化法制备三维编织Cf SiC复合材料。研究发现 ,第一次裂解时采用热压辅助可以明显提高材料的致密度和力学性能。第一次在 160 0℃、10MP的条件下热压裂解 60min ,后续真空浸渍—常压裂解处理五个周期所制得的材料具有较高的力学性能 ,其弯曲强度和断裂韧性分别为 5 64MPa、16MPa·m1 2 。