短切CF/PEEK复合材料的制备及抗紫外老化性能

CF/PEEK复合材料因轻质高强、耐腐蚀抗老化等特点,在各领域中被广泛应用,而其在成型过程中不可避免地会产生边料、废料,因此针对CF/PEEK回收再利用的研究很有意义。由于PEEK熔点高、溶体粘度大等特点,此类材料回收再利用困难,本工作通过添加一定量的PEEK树脂粉末的方法,改善短切预浸料的热压工艺性,通过紫外线加速老化实验,研究紫外老化对复合材料微观形貌、力学性能等的影响,并结合主成分分析法综合评价短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能,为热塑性预浸料和热塑性复合材料制品的回收再利用提供参考。研究结果表明:添加了树脂粉末的复合材料表面质量和力学性能得到明显的提高。试样表面的树脂基体在紫外老化作用下会出现粉化开裂并逐渐脱落的现象,在表面形成孔洞、裂纹等缺陷,紫外老化时间越长,复合材料表面受损越严重,力学性能下降越明显。通过主成分分析法得到,树脂添加量对短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能影响不大。

吸波预浸料树脂及其复合材料的综合性能研究

将羰基铁粉(CIP)和乙炔炭黑(CB)作为吸波剂引入到中温固化预浸料树脂体系中,通过测试吸波预浸料树脂的流变性能、凝胶时间、固化特征温度、热失重性能等确定吸波剂的加入对预浸料树脂性能的影响。结果表明,CIP和CB吸波粒子的加入对预浸料树脂的凝胶时间、固化特征温度的影响较小,对预浸料树脂的流变特性影响较大。为满足工艺性能要求,CIP吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~2.5,CB吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~0.03。相比于单层结构吸波复合材料,双层结构吸波复合材料的吸波性能更为优异,综合考虑其成型工艺性能和吸波性能等,以C3C为透波层、Fe250C为损耗层的材料组合综合性能最佳,其最大有效吸波带宽为3.85 GHz,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.9 mm和1.5 mm,最小电磁波的反射损耗RL值为-35.46 dB,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.5 mm和1.4 mm。

基于Fibersim的半球曲面铺层优化及性能评估

Fibersim是全球领先的复合材料设计软件,可为复合材料产品开发提供有效的分析结果,指导实际生产设计。采用平面拉伸法对平纹和斜纹碳纤维/环氧树脂预浸料的形变参数(极限角度(limit angle))进行表征,在此基础上,利用Fibersim软件对半球壳制件的铺层方案进行优化和实际验证。结果发现平面拉伸评价方案仅适用于平纹预浸料。提出斜纹预浸料形变参数的新定义,并验证了其有效性和合理性,得到的平纹织物预浸料的极限角度为19.30°、斜纹织物预浸料的极限角度为51.90°。此外,通过Fibersim仿真和实际铺覆验证实现了平纹和斜纹预浸料对球壳曲面的无褶皱铺覆,同时还制备了具有剪口和褶皱结构的样条并进行了性能测试,证明由Fibersim得到的预浸料剪口优化方案不仅能够优化制件外观,而且能够提高制件的力学性能。

高强中模碳纤维增强高耐热双马树脂复合材料性能

研究了一种耐高温改性双马来酰亚胺树脂(805)的工艺特性、流变特性和耐热性能,在此基础上制备了TG800/805国产高强中模碳纤维复合材料,并对高温及室温的力学性能和断裂微观形貌进行了表征。结果表明:805树脂的最低黏度为1.6 Pa·s,具有良好的工艺性;TG800/805复合材料具有优异的力学性能,经280℃热处理后,其弯曲强度和层间剪切强度在280℃的保持率分别为68%和52%,其玻璃化转变温度(Tg)为356℃,说明研制的TG800/805材料体系可以在280℃高温下较长时间使用。

基于碳纤维的层合结构双极化电磁吸波及其弯曲性能设计

针对现有飞行器复合材料蒙皮难以兼顾承载性能和吸波性能的问题,利用碳纤维预浸料独特的力电特性构造了碳纤维双极化吸波层合结构(carbon fiber dual⁃polarized absorbing laminated structure,CFDALS).通过在玻璃纤维层合结构中引入双向碳纤维阵列结构,赋予层合结构双极化电磁波吸收特性,同时利用碳纤维反射层优异的承载性能来增强结构力学性能.电磁仿真结果表明,该结构对TE极化电磁波在8~18 GHz频带、0°~45°入射角,同时对TM极化电磁波在5~18 GHz频带、0°~60°入射角下平均吸收率均达到90%以上.三点弯曲仿真结果表明,结构在实现双极化电磁吸波的同时,在碳纤维阵列两个排列方向上表现出较高的比弯曲强度、比弯曲刚度.通过在玻璃纤维预浸料中引入双向排列的碳纤维预浸料并进行一体化设计,在结构具备双向优异承载性能的同时实现了双极化电磁吸波性能的显著增强,为飞行器蒙皮隐身承载一体化设计提供了一种新的解决方案.

壁板类复合材料零件成型质量缺陷工艺改进

本文以解决航空产品中常见的壁板类复合材料零件在制造过程中存在的质量缺陷为出发点,研究了多种工艺方法手段,优化了包括0°纤维制备及填充方法、工装结构、热隔膜预成型工艺、胶膜及预浸料的固化工艺等技术。通过对工艺方法的一系列改进,验证原材料树脂的流动度,改善了零件内部分层、空隙和脱粘等一系列壁板制造过程中的缺陷问题及零件表面质量。最终,达到了提高复合材料壁板制造质量,符合检测要求,满足装配使用需求的目的。

混压多层板隔层半固化片相互影响的研究

印制电路板(PCB)行业面临着性能提升和成本降低的挑战,因此混压PCB的应用越来越广泛。但混压结构的多层PCB如果存在基板材料之间不兼容问题,则有可能导致分层爆板、翘曲超标等品质缺陷。以一款高速材料与FR-4材料的混压板为研究对象,该混压板在耐热性测试后FR-4半固化片(PP)层出现玻璃纱裂,通过材料特性分析、不同叠层设计下PP固化反应研究,证明了不同材料的PP之间虽然隔着芯板层,但PP在层压过程中释放出的物质依然可以穿透芯板层去影响另一层PP的反应。

民用飞机M21E预浸料复合材料帽型长桁压缩性能研究

为了给复合材料飞机长桁结构选型提供试验数据支持,对民用飞机M21E预浸料复合材料帽型长桁压缩性能进行了研究。研究了不带包覆层、一半带包覆层和全部带包覆层3种不同工艺构型长桁的压缩特性,试验结果表明包覆层工艺对长桁的承载能力有很大的提升;对3种工艺构型的试验件分别引入了冲击损伤,试验结果表明帽型长桁底部蒙皮中心的初始损伤大大降低了整个结构的屈曲载荷和压损性能。最后通过试验与帽型长桁工程算法分析、有限元分析的对比,验证了复合材料帽型长桁压缩强度分析方法的准确性。

高刚度混杂碳纤维复合材料的制备与性能

以国产高强中模CCF800H碳纤维为基础增强材料,以CCM40J及CCM55J高模量碳纤维为混杂增强体、AC631高温双马来酰亚胺树脂为基体,制备不同纤维比例的面内混杂预浸料。结合热压罐成型工艺,制备并表征五组不同碳纤维混杂比例的复合材料的力学性能。根据测试结果,分析了不同混杂复合材料体系的力学性能变化,得到CCF800H/CCM40J(5∶5),CCF800H/CCM40J(4∶6),CCF800H/CCM55J(5∶5)三组典型混杂配比的复合材料体系,均表现出较好的力学性能。这可为飞机复合材料结构件的研制提供参考的基础材料性能数据。

热固性碳纤维预浸料单/双隔膜预成型对比及数值模拟

热隔膜成型工艺是一种快速成型预成型体的方法。为了对比单/双隔膜预成型工艺预成型体质量的差异,利用热隔膜成型装置成型具有双曲特征的C形预成型体,通过观察试验件褶皱产生的大小和位置评估成型温度、铺层顺序、铺层数、预成型体尺寸和成型工艺对预浸料成型质量的影响,同时建立了热隔膜成型仿真模型,并对仿真结果与试验结果进行对比。研究表明:铺层顺序对褶皱的产生有很大的影响,减少[45°/0°]铺层组合可以有效地减少褶皱产生,0°铺层在受压时容易诱导褶皱产生;预成型体越厚越容易产生成型缺陷;对于C形预成型体,采用双隔膜成型比单隔膜成型具有更好的成型质量,尤其对缘条位置褶皱的产生具有显著的抑制作用;基于ABAQUS建立的热隔膜成型仿真模型能较为准确地预测褶皱。

民机用碳纤维预浸料多余物的预防与控制

针对民机用碳纤维预浸料多余物的定义与分类作详细介绍,对产品与工艺设计、采购、生产、检测、装运等过程的多余物防控措施进行详细说明,对多余物的调查流程进行概述。

玻璃纤维/环氧树脂预浸料固化全过程的比热容和热导率研究

通过调制温度式差示扫描量热技术(MDSC)测定了玻璃纤维/环氧树脂预浸料在固化全过程不同方向上的比热容和热导率,并建立模型来描述比热容和热导率随温度和固化度的变化。未固化和完全固化时,预浸料的比热容和热导率随着温度的增大线性增加;在固化过程中受温度和固化度的双重影响,在固化反应前期,比热容和热导率有一个突变,在温度和固化度的作用下表现出先增大后减小的趋势。此外,通过混合定律和分段线性关系来描述比热容和热导率随温度和固化度的变化关系,结果有助于提高数值模拟中参数的准确性。

国产T800级碳纤维环氧预浸料室温储存性能

预浸料在室温下的老化会导致预浸料理化性能与工艺性能的变化,甚至对复合材料构件的质量产生不利影响。为研究新一代国产T800级高韧性AC531环氧预浸料的室温储存性能,考察了室温储存时间对单向带与织物预浸料的树脂流动度、挥发份含量、固化反应程度以及黏性的影响,并且使用不同储存时间的预浸料制备了大厚度、大曲率L型复合材料构件,对复合材料构件的内部质量、单层固化厚度以及力学性能进行了测试。结果表明,室温储存30 d后,预浸料的树脂流动度略有降低,挥发份含量略有升高,固化度上升,单向带预浸料黏性等级变为4级,织物预浸料黏性等级变为3级,预浸料的工艺性降低,织物预浸料的黏性保持期优于单向带预浸料。储存30 d后的预浸料制备的大厚度大曲率L型复合材料构件,仍具有较高的内部质量,单层固化厚度满足要求,复合材料的弯曲强度与层间剪切强度几乎保持不变。

电子控制器内预浸盐雾介质腐蚀效应分析

为了分析盐雾侵入电子控制器内部而引起的材料和元器件腐蚀效应,通过在控制器内部引入盐雾介质,并在此基础上进一步开展交变湿热试验,分析控制器在上述环境应力下的环境影响效应。研究发现,经2h盐雾浸入后,控制器内部电路板与元器件表面有氯化钠沉积,未发现明显腐蚀,控制器功能性能正常;进一步开展交变湿热试验,试验4天后,控制器内多个电子元器件表面出现明显腐蚀,控制器功能性能正常;试验至8天,控制器内部元器件腐蚀数量增加,并且控制器出现上电和模拟量参数显示异常。对失效控制器进行故障定位分析,通过排故确定失效元器件为晶体振荡器和场效应晶体管,更换上述失效器件后,控制器功能性能正常。

碳纤维增强热固性织物预浸料压实行为的试验研究

以万能试验机为平台设计了一种表征预浸料压实行为的试验方法,探究了国内外两种型号碳纤维/环氧树脂织物预浸料在不同温度、压力及铺层数下的受压响应变化规律,以此研究了在热压罐成型过程中预浸料未发生固化反应前的压实行为。结果表明:在阶梯式加压试验条件下,预浸料压实过程包括受压起始突变阶段、力保载蠕变阶段和加载后期厚度趋近阶段;压实应变随温度升高而增加,但达到一定温度后应变开始趋近于一个极限应变,18层铺层下,Cycom970预浸料在85℃之后达到极限应变0.186,国产预浸料在105℃之后达到极限应变0.301;不同压力、铺层数也会对预浸料压实行为产生影响,但两种预浸料表现出不同的变化规律。

连续碳纤维增强热固性预浸料层间滑移行为的研究

复合材料热压罐成型过程中,预浸料的层间滑移性能是影响带曲率构件成型质量的一项重要指标。利用自行设计的测试装置探究了两种不同型号碳纤维/环氧树脂预浸料在不同温度、不同压强及连续升温滑移下的层间滑移行为。结果表明:温度是影响预浸料层间滑移行为的重要因素,温度的改变使树脂黏度产生变化,同时改变了树脂在预浸料表面的分布,导致层间滑移阻力发生变化;预浸料层间滑移阻力随压强的增加而增大,600 kPa压强下预浸料的树脂层仍能起到润滑作用,摩擦机制不发生改变;两种预浸料层间滑移行为随温度升高变化趋势不同,Cycom970和国产预浸料分别在65℃左右、145℃左右时被加压可使预浸料层受到较小的滑移阻力。

中温环氧MF6052高模碳纤维织物复合材料性能研究

以中温环氧树脂为基体,以MF6052高模碳纤维织物为增强材料,通过热熔两步法成功制备了一种预浸料,制备出的预浸料具有良好的物理和工艺性能。并采用模压成型工艺制备了复合材料层压板,复合材料表现出良好的室温力学性能、较高的拉伸模量和优异的疲劳性能,拉伸模量达94.0 GPa,拉伸疲劳强度达353 MPa。相比中温T300级和T800级碳纤维织物预浸料复合材料,拉伸模量分别高出44%和34%,疲劳性能与T800级碳纤维织物预浸料复合材料相当,同时面内剪切性能和层间剪切性能良好,表明研制中温环氧树脂与MF6052高模碳纤维织物界面结合良好,成功实现了中温环氧高模碳纤维织物预浸料的国产化研制。

基于C形梁质量控制的国产T300级碳纤维匹配性研究

以大长径比C形梁为研究对象,针对其表面质量、厚度、外形轮廓、金相分析等问题,制定工艺研究路线。通过比对国产T300级碳纤维织物及单向带预浸料的制造效果,明确了与大长径比、小R结构C形梁相匹配的国产T300级碳纤维预浸料的类型。通过设计直观的研究目标及高效的比对方案,阐明了国产T300级碳纤维单向带预浸料与大长径比C形梁构型的工艺匹配性强,为国产复合材料后续的研究方向提供借鉴,缩短了国产复合材料研究应用的周期。

中温环氧/S6级高强玻璃纤维薄层织物预浸料制备及其复合材料性能研究

研制了一种新型中温环氧增韧树脂体系ACTECH■1213,研究其流变性能、固化反应特性及耐热性能。以国产S6级高强玻璃纤维薄层织物为增强材料,通过热熔两步法成功制备了薄层织物预浸料,制备出的预浸料具有良好的工艺性能,显示出该树脂体系与S6级高强玻璃纤维薄层织物有较好的匹配性。采用热压罐法成型工艺制备了复合材料层压板,复合材料层压板固化后单层厚度可达0.048mm。此外,对复合材料层压板的力学性能进行研究,复合材料表现出良好的室温力学性能和冲击后压缩性能,经向拉伸强度达705 MPa,冲击后压缩强度达275 MPa,相比现有中温环氧无碱玻璃纤维薄层织物预浸料复合材料的静强度高出60%以上,成功实现了中温环氧/S6级高强玻璃纤维薄层织物预浸料的国产化研制。

吸湿及烘干对复合材料共胶接断裂韧性的影响

已固化的复合材料层板在存放过程中会吸收环境中的水分,继而对复合材料的胶接性能造成影响。通过I型断裂韧性表征共胶接性能,针对两种T800级碳纤维增强环氧树脂基复合材料待胶接层板进行吸湿及烘干处理,接着采用两种胶膜材料(M型及E型)制备共胶接试验件,开展I型断裂韧性测试,得到待胶接层板的吸湿曲线,待胶接层板吸湿后的胶接性能变化规律,以及烘干后胶接性能的恢复情况。试验结果表明:随着吸湿时间的延长,待胶接层板的吸湿率增加,层板1的最大吸湿率和吸湿速率都明显高于层板2;同时随着吸湿率增加,共胶接层板的断裂韧性降低,且M型胶膜的胶接性能始终强于E型胶膜的胶接性能;通过将待胶接层板进行烘干处理可以较大程度恢复复合材料的胶接性能,因此可选择合适的烘干工艺以解决吸湿后胶接性能下降的问题,但烘干处理无法使吸湿后的层板1与E胶膜胶接的试验件胶接性能恢复。