海军舰炮弹药用碳布增强环氧复合材料热老化寿命预测

研究了热老化对海军舰炮弹药用碳布增强环氧复合材料力学性能的影响,并利用回归分析方法对复合材料热老化寿命进行了预测。结果表明,碳布增强环氧复合材料分别在温度110,120,130,140℃热空气条件下老化2 000 h,材料的各项力学性能总体呈下降趋势,但降幅很小,甚至在整个试验过程中会出现性能升高的情况,说明材料具有优异的力学性能。以90%作为材料失效判据点,碳布增强环氧树脂基复合材料常温贮存条件下贮存寿命为20年。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

短切碳纤维增强环氧树脂形状记忆复合材料的制备与性能研究

为实现形状驱动能耗与复合材料力学性能的最佳配合,本文在热致环氧形状记忆聚合物基体中提高增韧剂新戊二醇二缩水醚(NGDE)含量来降低其玻璃化转变温度,同时添加短切碳纤维(SCF)来抵消由增韧剂引起的刚度降低负面效果。通过实验研究了不同NGDE、SCF含量对复合材料形状记忆转变温度、形状记忆性能和力学性能的影响。结果表明,增加NGDE含量可将环氧聚合物基体的形状记忆转变温度从90℃降至43℃,其储能模量和弯曲模量也随之降低。在11wt%NGDE上添加SCF后,复合材料的玻璃态储能模量、橡胶态储能模量、弯曲模量最高可提高至原始试样的1.9倍、7倍和2.4倍。

基于声弹效应的芳纶增强环氧复合材料残余应力检测技术研究

生产或加工过程中浸渍、固化工艺或外力等因素有可能使芳纶增强环氧复合绝缘件内部产生残余应力,交接或操作条件下的拉伸或压缩载荷会与残余应力叠加,当所受应力超过绝缘材料的耐受极限时,就会形成微裂纹等损伤,进而引发机械故障或绝缘击穿。该文采用超声纵波反射法对芳纶纤维增强环氧树脂试样标块进行检测,研究了试样所受垂直压应力与试样中超声纵波声速的关系,验证了声弹效应,并对标准试样超声传播方向垂直于应力的纵波声弹性系数进行计算。对比固化工艺条件对芳纶纤维增强环氧复合绝缘材料残余应力的影响规律发现,固化温度和固化时间的改变均会产生不同程度的残余应力。

碳纤维增强环氧复合材料的界面自组装

为了在分子水平上对增强体表面、界面相进行有目的的控制,采用一种新的碳纤维表面改性方法─分子自组装.表面增强拉曼散射光谱(SERS)分析证实了一系列不同链长的羟基取代烷基硫醇化学吸附在镀银的碳纤维表面,并形成了竖直取向的自组装膜结构.微脱粘界面性能测试表明,经组装改性后的碳纤维和环氧复合后界面粘结强度得到了不同程度的提高,揭示了界面区域组装分子链长和界面性能的关系.

树脂含量对碳布/环氧复合材料力学性能的影响

主要研究了不同树脂含量下 ,碳布 /环氧复合材料的经向拉伸和纬向压缩性能 ,并初步探讨了树脂含量对复合材料拉伸、压缩性能的影响机理。试验结果表明 :树脂含量对复合材料力学性能的影响较大 ,当树脂质量含量在 4 2 %～ 4 5 %之间时 ,拉伸、压缩性能较好。

碳布/环氧树脂复合材料层合板在升温过程中的电阻变化

通过对升温过程中[0/90]、[0/90/±45]、[±45]等不同铺层方式碳布增强环氧树脂复合材料电阻变化规律的研究表明:在-50℃～160℃温度范围内,不同铺层方式复合材料的电阻均逐渐下降,复合材料电阻表现出负温度系数效应。其中,[0/90/±45]8复合材料电阻下降幅度最大,降幅为9.59%。在-50℃～-20℃、-20℃～130℃1、30℃～160℃等不同温度区间,随着温度升高,复合材料电阻下降速率不同。其中,在-20℃～130℃区间,复合材料电阻下降速率最大。

短切碳纤维对GF-Fabric/EP夹层复合材料的增强作用研究

针对高速列车、新能源汽车等交通工具对高性能泡沫夹层复合材料的迫切需求,制备了玻璃纤维三维立体织物增强环氧树脂泡沫复合材料(下称GF-Fabric/EP复合材料)及其夹层结构,并重点探索短切碳纤维(Short carbon fiber,SCF)对其泡沫本身及夹层复合材料的增强作用。研究结果表明,SCF的填充通过受载时阻断环氧树脂泡沫内部裂纹的扩展,利用自身断裂及与基体脱粘等消耗能量,显著提升环氧树脂泡沫的力学性能,并可与玻璃纤维三维立体织物实现协同增强效果,在填充质量比为2%时复合材料力学性能最佳。同时,基于纤维的“桥联”作用,SCF的引入亦可有效改善铝合金面板与芯材的界面性能。

热塑性聚氨酯无纺布对玻纤增强环氧复合材料耐冲蚀磨损性能的影响

选用熔喷成型的热塑性聚氨酯(TPU)无纺布(TNF)作为复合材料表面保护层,选用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备TPU无纺布/玻璃纤维/环氧(TNF/GF/EP)复合材料,对TNF/GF/EP复合材料的耐冲蚀磨损性能进行了研究。结果表明:在冲蚀时间为90 s,气流压力0.345 MPa,冲蚀距离60 mm,冲蚀颗粒粒径300μm的条件下,TNF/GF/EP复合材料耐固体颗粒冲蚀磨损性能相对于传统玻璃纤维/环氧(GF/EP)复合材料在冲蚀角度为20°,30°,60°,90°的情况下,分别提高了99%,108%,205%,493%。这是由于TNF在复合材料表面形成的三维网络结构,可以有效地吸收和传递固体颗粒的冲击能量;同时无纺布纤维的网络结构也起到了“桥接”的作用,可以有效阻止裂纹产生和冲蚀碎块被冲蚀颗粒冲蚀掉。

三维四向编织碳/环氧复合材料实验研究

讨论了三维四向编织碳／环氧复合材料力学性能研究的实验方法。通过实验得到了弹性常数及反映材料非线性行为的力学性能指标随编织角的变化规律，并分析讨论了编织参数对该类材料破坏模式的影响作用。

碳纤维布增强聚苯硫醚复合材料的性能研究

研究碳纤维布的含量、表面处理方法及填料等对聚苯硫醚复合材料性能的影响。结果表明,随着碳纤维布含量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度提高;碳纤维布经过表面处理后与聚苯硫醚的粘接强度大大提高,其中用丙酮浸泡的效果好于高温热处理;填料硅灰石经偶联处理后加入复合材料中,可提高材料的力学性能和耐热性。

温度和应力对碳纤维环氧复合材料吸湿行为的影响

吸湿行为对复合材料的实际应用有很大的影响。本文研究了温度与外加应力因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料在NaCl水溶液中吸湿行为的影响规律。结果表明，升高温度可以提高复合材料在初始阶段的吸湿速率，增大饱和吸湿率。在35～70℃试验温度范围内，复合材料的吸湿特性遵从Fick定律。在35％温度下施加弯曲载荷增大了复合材料在初始阶段的吸湿速率和饱和吸湿率，并且施加的弯曲载荷越大，复合材料在初始阶段的吸湿速率和达到平衡时的饱和吸湿率越大。同时，吸湿对复合材料的承载能力有明显的影响作用。

湿热环境对碳纤维环氧树脂复合材料弯曲性能的影响

采用不同温度下的三点弯曲测试方法,研究了湿热环境对机织碳纤维环氧复合材料吸湿前后弯曲性能的影响,分析了复合材料的吸湿量、断口形貌、动态力学性能及其加载曲线。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。干态试样的断裂形式都为脆性断裂,湿态试样只有在高温下未发生断裂。吸湿后复合材料的玻璃化转变温度(DMA T_g)为125℃,比干态时下降了16℃。在弯曲变形的前期,载荷和位移曲线都成线性变化,干态试样在载荷达到峰值之前会出现小的波动。湿态试样的后期会有明显的弯折或塑变,而且随着温度的升高这种现象越明显。

碳纤维环氧复合材料对铝合金应力腐蚀性能的影响

研究了碳纤维环氧复合材料与LY12CZ,LC4CS铝合金相互偶接时,在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,以及所产生的电偶腐蚀对铝合金应力腐蚀性能的影响。测量了复合材料与铝合金在3.5%NaCl溶液中的电偶腐蚀电流及铝合金的腐蚀失重值,应用慢应变速率应力腐蚀(SSRT)、预制疲劳裂纹的双悬臂(DCB)试样应力腐蚀研究方法,研究在腐蚀介质和碳纤维环氧复合材料共同作用下,由于电偶腐蚀的存在,对铝合金应力腐蚀性能的影响。试验结果表明:碳纤维环氧复合材料增加LY12CZ铝合金的应力腐蚀敏感性,缩短断裂时间,而对LC4CS双悬臂(DCB)试样应力腐蚀的研究结果表明,电偶腐蚀对LC4CS铝合金KISCC值影响不大,对(da/dt) 稍有影响,但不十分明显。同时对电偶腐蚀影响铝合金的应力腐蚀机制和行为进行了一定的讨论。

三维四向碳/环氧编织复合材料剪切力学性能实验研究

讨论了编织复合材料剪切力学性能研究的实验方法，研制并分析了用于剪切力学性能研究的夹具。

纳米涂层在碳纤维/环氧基复合材料中的应用

该文研究纳米级氧化物涂层对碳纤维 /环氧基复合材料的界面性能和耐热性能的影响。采用溶胶 -凝胶法在碳纤维的表面涂覆了氧化铝和钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层 ,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为 1 0nm。通过比较氧化物涂层前后碳纤维 /环氧复合材料的力学性能发现 ,Al2 O3 和YSZ涂层后使复合材料的层间剪切强度分别提高了 1 7.7%和 52 .0 % ,拉伸强度和弯曲强度也均稍有提高。且在碳纤维表面形成的Al2 O3 或YSZ涂层在 350～ 70 0℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率。

超声F扫描检测碳/环氧复合材料层合板冲击损伤—电阻变化

利用超声F扫描方法检测了经不同能量冲击后的碳/环氧复合材料层合板,并测量了复合材料冲击前后电阻。结合冲击能量、电阻变化、超声F扫描图像综合分析了冲击后碳/环氧复合材料的状况。结果表明,超声F扫描能够确定碳/环氧复合材料冲击损伤能量阈值;不同能量的冲击都会使碳/环氧复合材料的电阻发生变化,但只有大于能量阈值的冲击才会在复合材料中产生损伤;超声F扫描提高了基于电阻变化判断复合材料是否损伤的准确性。

SiC微粉含量对先驱体转化制备碳纤维布增强碳化硅复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了碳纤维布增强碳化硅复合材料,考察了SiC微粉含量对材料结构与性能的影响。实验表明,SiC微粉含量过低,材料内部存在大的孔洞,容易造成应力集中,导致材料的力学性能较差;而当SiC微粉含量较高时,在制备过程中微粉对碳纤维机械损伤加大,同样导致材料力学性能下降。当SiC微粉含量为30%(质量分数)时,所制备的材料的力学性能较好,其弯曲强度和拉伸强度分别为246.4MPa和72.5MPa。

冷等离子体处理对碳纤维缝编织物/环氧复合材料界面性能的影响

采用冷等离子体对碳纤维缝编织物进行表面处理 ,并采用XRD对处理前后的碳纤维表面结构进行了分析 ,研究了冷等离子体处理对浸润性以及碳纤维缝编织物 /环氧复合材料的层间剪切强度的影响。实验结果表明 ,冷等离子体处理提高了碳纤维表面活性、浸润性 ,从而改善了碳纤维缝编织物 /环氧复合材料的界面粘结性能 ,进而改善了复合材料的界面性能。

超低温处理对T700碳纤维/环氧复合材料拉—压疲劳性能的影响

对T700碳纤维/环氧复合材料在超低温处理前后的拉—压疲劳性能进行了的研究。采用真空袋—热压罐成型工艺,制备了T700碳纤维/环氧复合材料单向板,在液氮中对试样进行超低温浸泡和超低温/室温循环处理,利用光学显微镜观测了试样在超低温处理过程中产生的微裂纹情况,并测试了超低温处理后试样的静强度和拉—压疲劳1000次、10000次及130000次后的剩余强度。对T700碳纤维/环氧复合材料超低温损伤机理进行了分析,并讨论了超低温处理和拉—压疲劳对复合材料剩余强度的影响。结果表明,超低温处理和拉—压疲劳处理都会使试样产生微裂纹,并引起试样内的残余应力释放和试样的剩余强度降低;经历不同的超低温处理之后,试样的剩余强度达到最高值时所对应的拉—压疲劳次数不同;随着超低温处理和拉—压疲劳的作用,试样的剩余强度会经历先升高—再降低的过程。