单侧加热条件下带石墨膜热防护复合材料力学性能的试验研究

聚酰亚胺基体碳纤维复合材料具备高温下轻质高强的力学特性,在飞机发动机机匣及外调节片等结构上有广泛的应用前景。这类薄壁结构两侧温度通常有显著差异,目前对这种单侧高温下复合材料力学特性方面的研究相对较少。本文以耐高温的聚酰亚胺树脂基碳纤维增强复合材料层合板为研究对象,单侧制备石墨膜作为复合材料的热防护体系。制备了[0]8和[45/-45/0/90]2s两种铺层角度的复合材料试验件,并开展了在25℃(室温)和高温单侧面热源加热下的纵向拉伸与开孔拉伸试验。试验结果表明,高温下纵向拉伸破坏模式和开孔拉伸破坏模式与常温下的破坏模式相比没有差别,纵向拉伸破坏模式为纤维断裂,开孔拉伸破坏模式呈现基体断裂、纤维断裂及拔出的混合特征;在相同温度载荷下,有石墨膜试验件的非加热面温度略低;相比不带石墨膜的复合材料,石墨膜的热防护特性对主要依赖纤维承载的纵向拉伸强度并不产生显著的增强效果,而对于同时依赖纤维及基体的开孔拉伸强度在较高温度区间时其承载能力有显著提高。