超低温用碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究

根据低温液氧贮箱的缠绕工艺与特殊使用环境要求,分别针对3种自制的环氧树脂体系进行系统的工艺特性与低温抗裂纹性能研究。在此基础上以T700纤维复合材料为研究对象,详细考察其在超低温和高低温循环条件下的力学性能稳定性,并对其液氧相容性进行测试。最终以小型碳纤维复合材料筒体进行综合性能验证。研究结果表明,SFC-3环氧树脂具有较好的缠绕工艺特性,且在超低温和高低温交变条件下具有优异的抗裂纹特性。T700/SFC-3环氧复合材料分别经过高低温交变和超低温处理后,拉伸性能保留率在92%以上,且该复合材料具有良好的液氧相容性。T700/SFC-3环氧树脂复合材料筒体具有极好的耐高低温稳定性和气密性。

纤维增强树脂基复合材料表面金属化研究进展

对纤维增强树脂基复合材料表面金属化研究进行综述,分别介绍了纤维与树脂在复合前的表面金属化方法,纤维与树脂复合后固化前的表面金属化方法以及纤维与树脂固化后表面金属化方法;并且对复合材料在不同阶段的金属化方法优缺点进行分析介绍,结合航空航天领域在复合材料表面金属化的需求,分析了不同的金属化方法在航天复合材料结构件上的适用性。

全缠绕碳纤维树脂基复合材料方杆的工艺研究

传统的碳纤维复合材料方杆成型是采用预浸料铺层加缠绕方式,为改善其工艺性,采用小角度缠绕实现全缠绕的方式代替传统方法成型。通过全缠绕制备方杆的工艺方法和辅助工装设计,测试了全缠绕法和传统方法制备的方杆的力学性能。工艺研究表明:全缠绕的方杆力学性能和离散系数均优于传统方法的方杆,特别是采用4°缠绕的方杆拉伸强度和模量分别为899.74 MPa和235.22 GPa,弯曲强度和模量分别为823.57 MPa和220.22 GPa,离散系数为2.8%,是代替0°铺层的最佳选择。

碳纤维复合材料天线框架竖直状态加工工艺研究

天线阵面的平面度是与天线性能相关的最重要的技术指标,为了达到安装要求,介绍了碳纤维复合材料天线框架的结构特点、使用要求和制造技术难点,研究并分析了重力对框架平面度及其稳定性的影响,提出了竖直状态补偿、平放状态加工的机加工方案,进行了天线框架消除重力影响状态下加工的验证试验。试验结果表明,按此方案加工的天线框架在竖直悬挂状态下的有源安装面和波导安装面平面度均达标,满足天线框架地面展开试验及在轨失重状态下的使用要求。

型面检测修整技术在高精度复合材料反射面加工中的应用

为满足宇航等领域对探测技术的发展要求,研究采用型面检测修整技术实现复合材料反射面的高精度加工。针对型面检测修整技术的技术特点进行原理分析,研究满足复合材料高精度加工要求的技术参数和工艺路径。探究了压强、转速和进给速度等加工参数对不同型面去除效率以及去除稳定性的影响,并提出了相应解决方案。在已有型面精度数据及云图分布基础上,开展截取误差云图法进行碳纤维复合材料磨削加工,经过多次迭代,使反射面型面精度RMS由初始状态的33.4μm收敛到2.9μm。实现了全碳纤维复合材料反射面的高效高精度加工。

复合材料支承舱桁条先进拉挤技术研究

为了提高产品的成型效率、降低产品的制造成本,采用先进拉挤技术制备支承舱桁条。针对桁条产品的结构特点,设计了相应的成型装置,进行了成型工艺方案制定与工艺试验,并对产品本体取样进行测试。结果表明:采用先进拉挤技术代替传统工艺制备支承舱桁条能够明显提高产品成型效率,并能够满足指标要求;通过预处理工艺,能够明显改善产品表观质量。

高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料树脂含量的灼烧法因素研究

高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的树脂含量对复合材料的性能具有重要影响,检测树脂含量的多种测试方法中,灼烧法是一种重要方法。本研究针对灼烧法,采用正交实验和方差分析法,研究烧失温度、烧失时间、预处理温度、预处理时间各因素,对高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的树脂含量测试的影响。测试结果表明:影响灼烧法的4个因素中,烧失温度对测定树脂含量的影响相当显著,烧失时间次之,预处理温度、预处理时间因素的影响不太显著,并验证了直观分析与方差分析结果的一致性。

纤维增强热塑性复合材料3D打印研究进展

3D打印(3DP),又称为增材制造(AM),是一种通过连续分层切片与材料层层沉积构建三维物体的新兴技术。近年来,关于3D打印技术的研究在全球范围内呈指数级增长。3D打印技术在航空航天、轨道交通、电子和生物医学等领域有着广泛的应用。纤维作为增强体在热塑性聚合物3D打印中的应用,极大地提高了复合材料的综合力学性能。本文在简要介绍纤维增强复合材料3D打印的发展历史基础上,评述了纤维增强复合材料3D打印的制件性能优化方式、存在问题与未来发展趋势。

复合材料杆件接头的结构设计与力学研究

复合材料杆件接头一般采用胶接连接。为了进一步提高杆件与接头的连接强度,对复合材料杆件接头的结构形式进行设计,提出了三种结构设计方案。为了比较三种方案的优劣,根据当前需求,开展了有限元分析,并制作了拉伸试样,进行了拉伸试验。试验结果表明,与前两种设计方案相比,第三种结构设计方案的工艺稳定性较高,拉伸承载能力最高,拉伸性能稳定,设计方案最优。三种结构设计方案的有限元分析结果与试验结果基本一致,有限元分析方法合理有效,提高了研究效率。有限元分析和试验结果为后续的研究工作提供了依据。

复合材料异型构件成型技术

以H-弯波导为典型构件,对复合材料异型构件成型进行了研究。选用138℃低熔点合金作为芯模材料进行模具设计与芯模模压参数摸索,成型前应用DELMIA对铺层过程进行了虚拟仿真,省去预装环节。结果表明:低熔点合金芯模较化学溶解芯模提高了脱模效率,使批量化生产成为可能,为此类异型构件的成型提供了技术保障。

复合材料胶接用金属喷砂工艺研究

对复合材料胶接用金属材料及表面处理方式进行简述,并对TC4钛合金、5052铝合金、304不锈钢、4J36殷钢的喷砂工艺参数进行实验研究。以喷砂时间为变量,以金属材料喷砂后与复合材料试件的胶接拉剪强度表征金属材料喷砂后的表面状态。实验表明:在喷砂材料为40目石英砂,喷砂距离约为150 mm,喷砂角度为45°,喷砂压力为0. 5 MPa的条件下,TC4钛合金的合理喷砂参数为30 s±5 s/15 cm2,5052铝合金的合理喷砂参数为20 s±5 s/15 cm2,304不锈钢的合理喷砂参数为45 s±5 s/15 cm2,4J36殷钢的合理喷砂参数为25 s±5 s/15 cm2。

石墨烯的制备及其在陶瓷基复合材料中的应用

石墨烯以其优异的力学、光学、电学、热学性能和独特的二维结构成为材料领域的研究热点。本文主要介绍了石墨烯特性、石墨烯制备方法及其在陶瓷基复合材料中的应用。其中,其制备方法包括机械剥离法、化学还原法、化学气相沉积法及晶体外延生长法等;石墨烯在陶瓷复合材料中的应用可显著提高其物理性能。

聚醚酰亚胺对T700/环氧复合材料的增韧技术

采用聚醚酰亚胺(PEI)对T700/环氧复合材料进行增韧改性。实验结果表明,PEI改性后环氧树脂复合材料的韧性得到显著提高,力学性能和Tg都稍有下降;在强度满足要求的前提下,PEI含量在20wt%时,所得复合材料的韧性最好,GIC达到593.6 J/m2。

复合材料框架胶接接头超声检测研究

针对碳纤维复合材料框架胶接接头的胶接质量问题,提出了使用0.5~10 MHz的宽带窄脉冲探头单侧进行脉冲回波法快速检测。采取试验与理论相结合的方法,采集11种常用接头结构超声波,对其传播特性和检测信号特性进行分析。研究结果表明:试验提出的方法实现了对复合材料框架胶接接头的胶接质量检测,对实际工程检测具有较强的指导意义。

复合材料蒙皮双真空固化工艺研究

复合材料已在航天领域得到广泛使用,目前采用湿法预浸料制备大壁厚复合材料蒙皮的成型周期长,产品内部孔隙率相对更高,对航天器可靠性、稳定性不利。本文以双真空固化工艺为例,对复合材料蒙皮的制备过程进行优化,通过无损探伤、截面微观质量与孔隙率三个方面对产品内部质量进行评价,结果表明,经过双真空固化工艺试验,4 mm壁厚蒙皮产品孔隙率能够控制到1.65%,内部质量得到提升。

复合材料卫星反射器机器人喷涂过程分析及工艺参数研究

使碳纤维复合材料反射器的表面金属化可以有效降低电磁波在反射器表面的能量消耗,采用机器人进行喷涂可以有效解决人工喷涂产品质量不稳定以及效率低下的问题。基于机器人的喷涂过程,分析了喷涂过程的影响因素:一是机器人轨迹,包含机器人行走路径模式和相邻行走路径的间距;二是喷枪单元参数,包含各路气压值、喷涂丝材的走丝速度、喷枪的行走速度以及喷枪距离基体表面的相对高度。以某反射器为基础,确定了合适的自动喷涂参数,制备了某含有金属涂层的复合材料卫星天线反射器,孔隙率检测结果为0.162%,粗糙度结果为Ra=1.417μm,均优于常规要求,为后续的优化使用打下了基础。

不同工艺参数和界面改性对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响

本文研究了不同工艺参数(温度、压力、降温速率)和界面改性对碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)航空热塑性复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响。试验发现较高成型温度(340℃)、较快降温速率(32℃/min)和经过界面改性的CF/PPS复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(G_(IC))更高。这是因为较高的温度有利于聚苯硫醚(PPS)分子链发生缠结;较快的降温速率抑制了PPS结晶,使基体韧性更好。利用课题组自制的上浆剂对碳纤维(CF)进行改性,发现经过界面改性的CF/PPS复合材料界面相互作用加强,强界面性能有利于应力和能量传递,因此G_(IC)值较未改性的CF/PPS复合材料更高。成型压力对CF/PPS复合材料的G_(IC)影响不明显,较高的成型压力反而会导致树脂对纤维的浸渍减弱,大量树脂从模具边缘间隙溢出,不利于复合材料韧性的提高。

碳纤维复合材料格栅反射面研制进展

为了满足某太赫兹天线高精度、高稳定的需求,采用线膨胀系数极低的全碳纤维格栅结构制备半径为1.2m的反射面。文章首先运用有限元法计算了全碳纤维格栅结构反射面的热变形情况,以验证格栅结构设计的合理性;其次,选择殷钢作为模具材料、M55J/氰酸脂复合材料作为反射面材料,采用热压罐成型工艺,在中温条件下分别固化内、外蒙皮与格栅板;再次,采用数控铣削加工形状各异的格栅筋板,并在筋板上开槽以实现格栅结构的拼装;最后,在常温条件下,利用重物加压的方式实现低应力胶接,并采用高精度摄影测量技术检测反射面的初始面型精度及热变形后精度。结果表明,采用有限元法模拟反射面降温70℃条件下的热变形为1.2μm;采用摄影测量检测30℃初始面型精度(RMS)为5.5μm,-40℃环境下面型精度(RMS)为7.8μm。文中所述工艺方法对制备高精度、高稳定复合材料天线反射面具有重要的指导意义。

碳纤维增强复合材料车削表面质量分析

以PCD刀具车削加工短切碳纤维/酚醛复合材料的表观质量为研究对象,通过开展正交试验,采用三维测量技术,研究切削三要素和刀尖圆弧半径对工件加工质量的影响;通过Design Expert软件,对加工因素的显著性进行分析。结果表明,随着切削速度v和进给量f的增大,表面粗糙度Ra逐渐增大,随着切削深度a_(p)和刀尖圆弧半径r的增大,R_(a)逐渐变小;试验显著因素为刀尖圆弧和进给量;最佳加工参数为:v=160 r/min、f=0.15 mm/r、ap=0.6 mm、r=0.6 mm;通过加工试验和建模分析验证,结论可靠。

高精度碳纤维复合材料副反射面天线制备工艺

文摘分析了模具选材、装配工艺过程及机加工工艺对高精度CFC副反射面天线制备的影响,研究了高精度CFC副反射面制备工艺的关键技术,进行了模具材料比较、装配工艺优化及机加工验证试验。结果表明,殷钢是制备高精度CFC副反射面天线的较理想模具材料;在夹层结构装配时采用外蒙皮原位装配技术并单独适配过渡区的蜂窝可有效避免天线型面精度超差;机加工辅助工装与三维摄影测量系统相结合的措施可有效确保装配基准点的高形位精度并大幅缩短天线加工周期。