芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。为了对比纤维表面改性和树脂基体改性技术对芳纶纤维复合材料层间剪切性能的影响,文中结合光学和力学测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了深入研究。结果表明,乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后表面粗糙度显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,纤维内部结构就会受到损伤,导致复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3%时,树脂分子间的过度交联导致复合材料层间剪切性能下降。研究结果为提高芳纶复合材料浸润性能和界面强度提供了理论依据,对航空航天、电力系统中芳纶复合材料设计及制造研究具有参考价值。

碳纤维复合材料基体改性/铜网组合雷击防护性能的研究

传统碳纤维复合材料(CFRP)树脂基体导电性差易遭受雷击损伤,本文使用石墨烯-镀镍碳纤维粉作为导电填料,对树脂基体进行电导率改性,并在表面铺设铜网,进行模拟雷电流冲击试验,检验基体改性/铜网组合雷击防护效果。试验结果表明,树脂基体改性后CFRP层压板在0°、90°纤维方向及厚度方向电导率分别为1.1571×10^(4)、1.0871×10^(4)、204.2 S/m,分别提高1.54倍、1.16倍、433.47倍。200 kA模拟雷电流A波冲击下,无防护试件雷击附着后明火燃烧,次生效应持续,而单一铜网防护和组合防护则能抑制次生效应;无防护表面最大损伤直径14.62 cm,此能量下铜网被击穿,单一铜网防护表面最大损伤直径19.05 cm,而组合防护表面最大损伤直径8.93 cm,下降53.12%;相比无防护试件,单一铜网和组合防护内部损伤面积分别下降66.2%和96.7%。单一铜网击穿后,树脂烧蚀后产生汽化反冲,增大损伤铜网脱落面积;组合防护铜网击穿后,改性树脂迅速导走电流,减小铜网脱落和内部烧蚀面积。

国内C/C复合材料基体改性研究进展

碳/碳(C/C)复合材料在高温含氧气氛下的氧化烧蚀问题严重制约该材料在航空航天领域的推广应用,基体改性技术是提高该材料高温抗氧化抗烧蚀能力的有效手段。介绍了目前发展的化学气相渗透、先驱体转化、反应熔体浸渗、化学气相反应等基体改性技术的主要方法,综述了SiC,ZrC,TaC,HfC,ZrB2,WC,Cu等抗氧化和抗烧蚀组元改性C/C复合材料的研究现状。指出难熔金属碳化物和硼化物,如HfC,ZrC,TaC,HfB2,ZrB2等,具有熔点高、高温性能稳定、抗烧蚀性能优良等特点,是提高C/C复合材料高温抗氧化抗烧蚀的理想基体改性材料,并提出了C/C复合材料基体改性研究中存在的问题和今后潜在的发展方向。

人工神经网络建模在抗烧蚀炭/炭复合材料基体改性研究中的应用

基体改性是防止炭 炭复合材料氧化的主要手段。通过将人工神经网络引入炭 炭复合材料的基体改性研究,借助Levenberg Marquardt算法对不同添加剂组成改性试样所具有的氧化烧蚀率学习,建立了炭 炭复合材料改性添加剂组成—氧化烧蚀率的BP网络模型。研究结果表明:所建模型可以较好地反映添加剂含量与试样氧化烧蚀率间的内在规律,网络模型的输出值和实验验证值间的误差<0.5%,将模型筛选出的最优配方用于基体改性,试样的氧化烧蚀率下降了49.5%,说明将人工神经网络用于炭 炭复合材料基体改性是可行和有效的。

基体改性对碳纤维增韧碳化硅复合材料结构与性能的影响

采用化学气相浸渗法对2DC/SiC复合材料进行基体改性,制备了二维碳纤维增韧碳–碳化硅二元基复合材料(twodimensionalcarbonfiberreinforcedC–SiCbinarymatrixcomposites,2DC/C–SiC)。2DC/C–SiC复合材料的基体为热解碳和碳化硅交替叠层的多层基体。研究了2DC/C–SiC复合材料的微观结构,比较了2DC/SiC复合材料和2DC/C–SiC复合材料的力学性能及断口形貌。结果表明:2DC/C–SiC复合材料可在基本保持2DC/SiC复合材料抗弯强度的基础上,其断裂韧性得到显著提高。基体改性的效果明显。纤维的逐级拔出是断裂韧性提高的原因。

CVI B-C基体改性2D C/SiC在低温湿氧中的自愈合行为

针对C/SiC低温氧化易失效的不足,研究了CVI B-C基体改性2D C/SiC在700℃湿氧中100MPa下加载至60h的氧化行为,利用SEM和TEM观察了改性材料不同服役时间的微结构特征,揭示了演变规律.研究表明,CVI B-C基体改性使C/SiC低温抗氧化能力显著提升.基体裂纹及其在应力加载下的开裂均为氧化气体提供进入通道,而后可被B-C氧化产物B2O3封填,抑制内部C消耗.CVI B-C与其氧化产物一同参与缺陷愈合.在60h内,B-C改性层愈合能力尚未完全发挥,可服役更长时间.

C/C复合材料基体改性研究现状

基体改性是对C/C复合材料进行氧化防护的主要措施之一。综合国内外近几年的研究报道,重点介绍了3种基体改性方法,指出基体置换法将是今后的研究重点,而SiC陶瓷是比较理想的置换炭基体的材料。综述了化学气相渗透法(CVI)、先驱体转化法(PIP)和液相渗硅法(LSI)制备C/C-SiC复合材料的优点及其不足。对C/C复合材料的抗氧化研究方向提出了一些见解。

基体改性的C/C复合材料高温下的氧化行为

对基体改性的C/C复合材料在高温下的氧化行为进行了探讨 ,分析了基体改性的C/C复合材料在高温下的氧化质量损失与时间的关系。结果表明 ,这种关系可分为三个阶段 :(1)质量损失率0～15 %的线性阶段 ;(2)质量损失率15 %～26 %的指数阶段 ;(3)质量损失率26 %以上的线性阶段 ,硼玻璃改性剂的加入使得C/C复合材料的抗氧化能力大大提高。

基体改性C/C复合材料在高温下的热膨胀规律

对基体改性前后C/C复合材料在高温下的热膨胀系数随温度的变化规律进行了研究。结果表明,基体改性前C/C复合材料在高温下的热膨胀系数随温度的变化完全符合碳素材料的一般线性变化规律,而基体改性后C/C复合材料在高温下热膨胀系数随温度的变化在900℃以前为线性关系,在900～1500℃之间为指数关系。通过数学推导与实验验证,证实了这种关系的合理性与可靠性,这对于改善C/C复合材料与其抗氧化涂层之间热膨胀系数的匹配程度,全面提高C/C复合材料的高温抗氧化性具有一定的指导意义。

基体改性C／C复合材料在高温下的氧化规律

对基体改性Ｃ／Ｃ复合材料在高温下的氧化规律进行了探讨，分析了基体改性Ｃ／Ｃ复合材料在恒温下的氧化失重与氧化时间的变化关系结果表明，这种关系可分为三个阶段：（１）失重率为０—６０％的线性阶段；（２）失重申为６０—８０％的指数阶段；（３）失重率为８０—１００％的线性阶段．其次又分析了基体改性Ｃ／Ｃ复合材料在恒定时间下的氧化失重与氧化温度的变化关系结果表明，这种关系也可分为三个阶段：（１）室温一失重开始温度的恒重阶段；（２）失重开始温度一重量保持率为７０％的指数阶段；（３）重量保持率为７０％—０的线性阶段．并通过数学推导，证实了所提出的“基体改性Ｃ／Ｃ复合材料的氧化三段论”，对于进一步研究提高Ｃ／Ｃ复合材料的高温抗氧化性及Ｃ／Ｃ复合材料的使用性能，有一定的指导意义．

基体改性对碳/碳复合材料烧蚀率影响的神经网络模拟

将人工神经网络的典型模型———误差后传播 (BP)算法用于改性的碳 /碳复合材料氧化烧蚀率的研究 ,建立了碳 /碳复合材料改性添加剂组成 氧化烧蚀率BP网络模型 .研究结果表明 ,所建模型较好地反映了添加剂含量与试样氧化烧蚀率间的内在规律 ,预测的氧化烧蚀率与实验值间的误差小于 0 3 2 % .将模型筛选出的最优添加剂配方用于基体改性 ,试样的氧化烧蚀率下降 49 3 % ,说明将人工神经网络用于基体改性是可行和有效的 .

碳纤维增强复合刹车材料的基体改性

刹车材料的成分和结构设计影响其性能及服役寿命。从碳纤维增强复合刹车材料的性能要求出发,对基体改性的应用现状、改性填料的引入方法进行系统详细的论述,并展望了新型复合刹车材料的发展思路及浆料法浸渗三维纤维预制体引入改性填料的发展方向。

基体改性剂含量对C/C复合材料抗氧化性能的影响

采用氧化烧蚀试验研究了改性剂硼玻璃含量对Ｃ／Ｃ复合材料抗氧化性能的影响，通过扫描电镜（ＳＥＭ）观察分析了其抗氧化机理。结果表明：随着改性剂硼玻璃含量的增加，基体改性Ｃ／Ｃ复合材料的显气孔率逐渐降低，抗氧化能力逐渐增强，当硼玻璃的含量超高９．０ｗｔ％后，Ｃ／Ｃ复合材料抗氧化能力的提高趋于平缓；在基体改性Ｃ／Ｃ复合材料的氧化过程中，改性剂硼玻璃起到了内外涂层的作用，使其抗氧化能力大大提高。

基体改性抗氧化碳材料的高温氧化性能研究

目的研究ZrB_2-SiC复相组元改性碳材料在1800℃以上氧化气氛中的氧化性能。方法利用感应加热高温氧化测试装置测试抗烧蚀性能,通过SEM,XRD等手段对氧化产物的组成、氧化层的微观结构进行分析。结果ZrB_2-SiC复相组元的引入可以大大降低碳材料的氧化速率,在1800℃和2100℃高温氧化条件下,C-ZrB_2-SiC材料和纯碳材料的氧化动力学均遵循线性规律。结论基体改性抗氧化碳材料具有良好的高温抗氧化性能。

PIP-SiC基体改性C/SiC复合材料的微观结构与强韧性

采用先驱体浸渍裂解(PIP)和化学气相浸渗(CVI)相结合的方法对纤维束复合材料C/SiC进行基体改性。观察PIP制备的SiC基体(PIP-SiC)的微观结构以及改性前后复合材料的断口形貌,同时测试改性前后复合材料的拉伸性能。结果表明:PIP-SiC基体改性改善了C/SiC中纤维与基体之间的模量匹配,并且有效地改善了复合材料的强韧性以及强韧性的稳定性。改性C/SiC的拉伸强度比未改性C/SiC的略有升高,其Weibull模数、伸长率和断裂功分别比未改性C/SiC的提高22%、28%和20%;同时,其拉伸强度、伸长率和断裂功的变异系数(CV)分别比未改性C/SiC的降低15%、12%和5%。

碳纳米管基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

为研究碳纳米管(CNTs)对碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP复合材料)性能的影响,采用超声共混的方式将CNTs引入到CF/EP复合材料基体体系中,制备CNTs基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP-CNTs复合材料)。对两种复合材料的黏弹性能、热稳定性能、弯曲性能和耐疲劳性能进行测试。结果表明40.0℃时CF/EP-CNTs复合材料的储能模量E′值较CF/EP复合材料提高了16.1 GPa,Tg值略有降低;CF/EP-CNTs复合材料开始热降解的温度较CF/EP复合材料低,热稳定性略有下降;CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度和弯曲模量比CF/EP复合材料分别提高了6.3%和15.9%;经40000次弯曲疲劳后,CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度保持率和弯曲模量保持率高达90.7%和93.8%。

自愈合基体改性SiC/SiC复合材料的制备与性能研究

为了提高SiC/SiC复合材料的自愈合性能,借助扫描电镜、X射线衍射及抗氧化性能测试等手段分别对硼硅酸盐改性SiC/SiC复合材料进行微观形貌、相组成分析及抗氧化性能分析。研究结果表明:在1100℃下氧化30h后,通过ZnO:B_2O_3:SiO_2含量比为4:2:4的硼硅酸盐改性后试样失重率由未改性的2.41%降为0.89%,硼硅酸盐玻璃表面出现明显的裂纹自愈合现象,基体内部也存在自愈合基体包裹纤维的现象,但其弯曲强度由未改性的240 MPa降为225 MPa。

缠绕成型复合材料壳体及基体改性研究

文摘介绍了缠绕法成型复合材料壳体件的技术,对其原材料选择、缠绕线型的确定、缠绕模设计、制造壳体件成型工艺参数的控制做了说明;因采用的树脂基体制造壳体件时易暴聚,对其改性形成新树脂基体。讨论了新树脂基体配方筛选、黏度特征、凝胶时间随温度变化的特点、浇注体的性能等。最终研制出一种适用于湿法缠绕的新树脂基体,制成的复合材料结构件性能得到进一步提高。

基体改性对SiC/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响

采用先驱体浸渍-裂解工艺结合三种基体改性方式制备了SiC/SiC复合材料,通过形貌分析和力学性能测试,分析了基体改性对Si C/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响。研究表明,经1200℃静态空气氧化100h后,三种基体改性的复合材料弯曲强度几乎没有下降,氧化200h后,弯曲强度保留率均可达到80%;氧化300h后,复合材料内部结构没有氧化现象,表面区域界面层的氧化程度降低。改性基体中的B元素氧化生成液相封填SiC涂层表面,延缓了SiC涂层的氧化进程,并阻止氧化介质进入复合材料内部,保护纤维和界面层,从而使SiC/SiC复合材料的长时静态高温抗氧化性能明显提高。

C/C-SiC复合材料的组合工艺制备及基体改性研究进展

C/C-SiC复合材料是一种耐磨性好、抗烧蚀的高温热结构材料,被广泛应用于航空航天、摩擦制动、热防护等领域,然而几种制备C/C-SiC复合材料的单一工艺方法均存在着局限性与不足之处。本文重点介绍了几种制备C/C-SiC复合材料的组合工艺,并分析了组合工艺各自的优缺点。综述了C/C-SiC陶瓷基复合材料基体改性的相关进展,并对组合工艺的优化方向进行了展望。