基于变活化能模型的T800/环氧树脂预浸料固化反应动力学研究

为了深入了解某新型高温固化T800/环氧树脂预浸料的固化行为,借助差示扫描量热仪(DSC),采用非等温DSC法研究了T800/环氧树脂预浸料的固化反应过程。基于唯象模型,系统研究了该预浸料的固化反应特征温度及固化动力学参数,确定该预浸料中环氧树脂的固化反应动力学模型为自催化模型。采用等转化率法,分析了预浸料中环氧树脂的反应活化能随固化度的变化情况,结果表明在整个固化反应过程中,树脂固化反应活化能变化较大,传统模型法基于全固化过程活化能不变的假设无法准确描述该固化反应。采用变活化能自催化模型,利用粒子群全局优化算法,得到了T800/环氧树脂预浸料的固化动力学方程,结果表明该模型能较好地描述实验现象,可为进一步研究该预浸料的热力学性能及其成型过程中的质量控制提供理论基础。

碳纤维/环氧树脂预浸料固化动力学建模研究

采用动态及等温的差示扫描量热法(DSC)对碳纤维/环氧树脂预浸料体系的固化过程进行了研究,分别建立了预浸料的玻璃化转变温度方程和固化动力学方程。通过n级反应动力学模型、自催化模型以及改进后的Kamal模型3种方法对预浸料体系固化动力学方程进行建模和对比,并通过等温DSC试验数据对模型进行验证。最终结果表明,预浸料的固化过程可以分为两个子反应,改进后的Kamal模型能够更为准确的描述该固化过程,拟合数据与动态和等温试验数据均能很好的吻合。

单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热响应行为

实验探究单向碳纤维/环氧树脂预浸料在不同高温环境及不同方向的热响应行为。研究表明,单向碳纤维/环氧树脂预浸料在低于230℃的高温环境下,热响应温度、导热系数随热响应时间的增加而增大,其后趋于平稳;在高于230℃的高温环境下,热响应温度出现峰值,材料逐渐受损,热响应行为复杂。此外,研究得到单向碳纤维/环氧树脂预浸料在平面及厚度方向导热系数,发现平面方向导热系数始终大于厚度方向。

模拟雷电流作用下单向碳纤维/环氧树脂预浸料的电阻特性

为探究碳纤维/环氧树脂预浸料在雷电流作用下的电阻特性,采用10/350μs波形的低峰值模拟雷电流对单向碳纤维/环氧树脂预浸料进行模拟雷击试验,并采用四电极法测量试验前后碳纤维/环氧树脂预浸料的直流(DC)电阻,利用SEM和拉曼光谱对雷击前后碳纤维/环氧树脂预浸料微观形态、物相结构进行表征,系统研究了受雷击后单向碳纤维/环氧树脂预浸料的DC电阻变化的原因。结果表明:单向碳纤维/环氧树脂预浸料DC电阻不随雷电流峰值的增加单调变化,而是呈先减小后增大的趋势,这是碳纤维石墨化、环氧树脂绝缘性能劣化、碳纤维断裂、隧道效应等因素综合作用的结果。

复合材料结构垂尾翼尖损伤挖补修复技术研究

复合材料结构垂尾翼尖在服役过程中会受到强气流冲击或沙粒等外来物撞击,易发生风蚀、纤维断裂、掉块、凹坑和分层等损伤,若损伤未及时采取正确的方法进行修理,将会影响飞行安全。文中以某型飞机垂尾翼尖为研究对象,针对修理材料、结构特性及损伤类型进行分析,研究适用垂尾翼尖损伤维修工艺技术。采用胶接挖补干法和湿法修理,对修理前后试样的拉伸强度、剪切强度进行测试,结果表明:干法和湿法修理试样的拉伸强度分别为465.6 MPa和405 MPa,拉伸强度恢复达到完好试样的91.69%和79.76%;剪切强度为413.2 MPa和356 MPa,弯曲强度恢复达到完好试样的80.80%和69.61%,根据维修结构强度要求干法修理可有效恢复垂尾翼尖强度指标。

碳纤维、玻璃纤维/环氧树脂热解及燃烧特性对比

民用飞机内饰壁板材料主要是纤维/树脂复合材料,该类复合材料具有一定的火灾危险性,因此研究其热稳定性和燃烧特性对于飞机防火具有重要意义。采用热重分析仪研究了不同升温速率对碳纤维/环氧树脂和玻璃纤维/环氧树脂两种典型飞机壁板材料热解的影响,并使用Kissinger法得到了分解阶段的表观活化能和指前因子;采用锥形量热仪研究了两种预浸料在不同火灾环境下的燃烧特性,并选取火势蔓延指数(δFGI)、火险潜在指数(δFPI)、放热指数(δTHRI)、发烟指数(δTSPI)4种评价指标评估其火灾危险性;进而分析两种纤维在树脂复合材料热解、燃烧过程中的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率对两种预浸料的热解影响都较大,碳纤维在556℃以上发生分解,玻璃纤维未发生分解。在热解时玻璃纤维预浸料前两阶段的活化能明显高于碳纤维预浸料,表明玻璃纤维预浸料具有更高的热稳定性。碳纤维预浸料的热释放速率、产烟速率、总产热量、总产烟量均大于玻璃纤维预浸料,随着热辐射强度的增加,两种预浸料这些参数之间的差值都不断变大,碳纤维预浸料的δFGI、δTHRI、δTSPI均大于玻璃纤维预浸料,δFPI值则相反。分析发现,两种纤维都对复合材料的热解有一定的抑制作用,但玻璃纤维抑制作用更明显,碳纤维/环氧复合材料火灾危险性更大。

碳纳米管加入方式对碳纤维/环氧树脂复合材料层间性能的影响

针对碳纤维/环氧树脂预浸料,对比了直接在树脂中加入碳纳米管(CNTs)后制备预浸料以及将CNTs喷涂在预浸料表面2种CNTs加入方式对CNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料层合板I型与II型层间断裂韧性及层间剪切强度的影响。通过对树脂黏度、固化反应以及玻璃化转变温度的考察,分析了CNTs含量对树脂性能的影响,考察了添加方法对CNTs长度与形态的影响。分析了2种CNTs加入方式对CNTs-碳纤维/环氧树脂层合板断裂韧性及层间剪切强度的改善效果与作用规律。结果表明:CNTs的加入使树脂的黏度提高,固化反应程度下降;2种分散方法对CNTs的长度与形态无明显影响;直接在树脂中加入CNTs对CNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料I型与II型层间断裂韧性的提高效果低于在碳纤维/环氧树脂预浸料表面喷涂CNTs的方式,后者的CNTs利用率较高;由于CNTs团聚及对树脂固化反应的影响,CNTs含量过高会使得其对CNTs-碳纤维/环氧树脂层合板的增韧效果下降。

纬编双轴向织物/环氧树脂电加热复合材料电热及层间剪切性能

为开发一种可用于航空飞行器防/除冰防护的电加热复合材料,本文设计制备了三种纬编双轴向织物/环氧树脂复合材料,采用实验方法研究了纬编双轴向织物电阻丝排列密度对复合材料电热性能和层间剪切性能的影响。电加热复合材料上、下层均为玻璃纤维/环氧树脂预浸料,中间层为电加热纬编双轴向织物,织物衬经纱、捆绑纱和衬纬纱分别采用铜镍合金丝、涤纶和玻璃纤维。采用红外温度测试仪和材料万能试验机进行性能测试。结果表明:施加电压6 s后复合材料表面温度快速升高,在60 s左右温度达到最高平衡温度,复合材料表面最高平衡温度与施加电压成正比关系;当施加电压不变时,电阻丝排列密度越小,复合材料表面最高平衡温度越高;电阻丝排列密度越小,复合材料层间剪切强度越大。可见,纬编双轴向织物/环氧树脂电加热复合材料具有轻质高强、加热速率高、成型性好等特点,适合用于飞行器多个部位的防/除冰。