碳纤维/双马来酰亚胺复合材料构件分层及原因分析

对两件采用同种材料、同种成型工艺的碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料构件进行性能验证考核,结果两件均通过相关试验,但其中一件在热载联合作用下的静力试验后的无损检测时,调节板上壁板的面板产生了大面积分层。通过对分层构件进行微观形貌观察、成分分析以及动态力学性能分析,研究了构件的分层原因,提出改进构件可靠性的建议。

碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的拉-拉疲劳性能

复合材料的疲劳性能数据比一般金属材料都要更加分散,通常采用威布尔分布进行统计处理。金属材料的疲劳研究也已提出了许多有用的研究方法,得到许多广为采用的疲劳性能表达式。但这些方法和公式是否能用于任何复合材料的研究是引人注意的问题。

热循环对碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的影响

碳纤维/双马来酰亚胺复合材料比强度和比模量高,热稳定性良好,因此在航空航天飞行器中广泛应用。在低地球轨道空间,卫星和航天飞机穿梭于地球阴影内外,会受到外界温度的周期性影响。本文研究了高温环境（200℃）中和受到热循环老化（-120℃-200℃）的复合材料力学性能和微观形貌的变化。经过热循环处理之后,试样层间剪切强度降低;通过将横截面和侧面打磨抛光并使用扫描电镜进行观测,在横截面和侧面上均发现了细观微裂纹。大部分微裂纹萌生于基体及界面上,界面脱粘和碎屑明显可见,基体与界面处产生微裂纹是层间剪切强度下降的主要原因。因此,在复合材料的应用中应该关注热循环诱发微裂纹的现象。

国产T800碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的界面及力学性能

分别采用日本东丽T800H和国产T800碳纤维作为增强体,采用热压罐工艺制备双马来酰亚胺树脂基复合材料。研究了2种碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明:国产T800碳纤维表面沟槽分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。同时,国产T800碳纤维表面具有较多的含氧官能团,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用。因此,国产T800碳纤维的界面剪切强度较T800H碳纤维高约27%。国产T800/HT-280复合材料的力学性能均普遍高于T800H/HT-280复合材料,其中,90°拉伸强度高约25%,面内剪切强度、弯曲强度高约12%,层间剪切强度高约7%。

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料体系冲击后压缩强度研究

探讨了树脂基体、碳纤维增强体以及树脂基体 纤维的界面等对双马来酰亚胺 (简称双马 )树脂基复合材料冲击后压缩强度 (CAI)值的影响 ,指出降低树脂基体的交联密度和产生微观两相结构是提高碳纤维 /双马复合材料CAI值的两个典型方法。合适的树脂含量有利于保持复合材料体系较高的CAI值 ,采用高强高韧性的碳纤维可明显提高复合材料体系的CAI值。为获得较高的CAI值 ,保持合适的树脂基体

碳纳米管及炭纤维协同强韧双马来酰亚胺树脂复合材料

采用氨基化碳纳米管(CNTs)强韧双马来酰亚胺树脂(BMI)基体树脂,制备碳纳米管/炭纤维(CNT/CF)协同增强BMI的三相复合材料。结果表明,乙二胺以共价键的形式接枝到了MWCNTs表面,MWCNTs-NH2表面的N元素质量分数达3.53%;质量分数为0.5%MWCNTs-NH2的三相复合材料的弯曲模量、弯曲强度及冲击强度分别为43.85 GPa、1 160.62 MPa和28.50 kJ/m2,与CF/BMI复合材料相比,分别提高了49.56%、17.41%和19.65%。

高温老化对碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料力学性能的影响研究

本文对国产碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料进行了高温老化力学性能测试和分析,通过扫描电子显微镜分析了高温老化对碳纤维/双马复合材料力学性能的影响。结果表明,老化1 000h的力学性能未出现明显下降趋势,纤维与树脂基体粘接牢固,界面完好,该复合材料的高温老化性能优异。

聚四氟乙烯碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料的摩擦学性能

研究了不同含量PTFE碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能，并分析了在于摩擦和水润滑条件下的磨损表面形貌和磨损机制。结果表明：添加质量分数10％～15％PTFE的复合材料体系机械性能最佳，随FIFE含量的增加，复合材料的摩擦因数下降，而磨损率呈上升趋势。水润滑下，摩擦因数和磨损率比干摩擦下都有相应的降低。干摩擦下，材料的磨损主要以塑性变形、微观破裂及破碎为主；水润滑下，这一机制明显减弱，主要表现为微切削形态。

双马来酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料的电子束辅助固化研究

本文详细探讨了活性稀释剂、辐射剂量对双马树脂电子束固化的影响，分析了双马树脂进行电子束固化的机理，并比较了电子束辅助固化双马树脂碳纤维复合材料的机械性能与相应复合材料热固化的机械性能。

双马来酰亚胺树脂/T700碳纤维复合材料性能研究

以双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体,以T700碳纤维为主要的功能性填料,采用预浸料热压罐成型工艺制备了不同铺层方式的BMI/T700碳纤维复合材料,并对BMI/T700碳纤维复合材料进行高温老化试验,浸泡试验及力学性能、热学性能测试。结果表明,碳纤维均质化良好,可提高纤维表面的浸润性能,其表面的沟槽有助于提高碳纤维复合材料力学性能。三种BMI/T700碳纤维复合材料中,BMI/G–T700碳纤维复合材料的拉伸性能达到815 MPa,高于钢材的拉伸性能;在210℃时老化240 h后,BMI/G–T700复合材料拉伸强度达806 MPa,弯曲强度达752 MPa,表现出较优的力学性能,符合耐高温材料的性能要求。

碳纤维/铝粉/双马来酰亚胺复合材料的工艺研究

采用对辊挤塑机制备短碳纤维/铝粉/双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料,用扫描电镜(SEM)对材料断口、纤维分布进行了分析,测试了材料的冲击、弯曲性能。结果表明:在材料中,对辊混料的时间对纤维平均长度及分布没有太大的影响,碳纤维、铝粉的加入及后固化处理都使材料的力学性能得到提高。

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。

国产T700级碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能

分别以日本东丽T700S和国产T700级碳纤维作为增强体,采用热压罐成型工艺制备了双马来酰亚胺树脂基复合材料。对比研究了两种碳纤维表面物理、化学状态以及复合材料的微观界面性能、层间剪切性能。结果表明,国产T700级碳纤维表面沟槽结构分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。虽然两种碳纤维的含氧官能团相当,但国产T700级碳纤维表面元素氧碳比较高,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用,其界面剪切强度较T700S碳纤维复合材料高约14%,复合材料的层间剪切强度高约19%。

Kevlar缝线表面处理对炭纤维/双马来酰亚胺树脂缝合复合材料界面性能的影响

为了改善Kevlar缝线缝合复合材料的耐湿热性能,采用化学接枝烯丙基的方法对Kevlar缝合线进行表面改性处理。通过力学测试、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱分析(XPS)对表面改性的纤维进行表征。实验结果表明,化学处理的Kevlar缝线表面变得粗糙,缝线表面氧元素的含量提高23%,在合适的处理条件下,缝线的拉伸强度降低很小。同时通过测试干、湿态下炭纤维/双马来酰亚胺树脂缝合复合材料层压板的层间剪切强度,研究了化学表面处理的Kevlar缝线对缝合炭纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能的影响。测试结果显示,表面处理后Kevlar缝线缝合的复合材料的吸湿率降低约52%,湿态层间剪切强度保持率提高15%。

高性能碳纤维双马树脂复合材料在航空领域的应用

聚丙烯腈基碳纤维因其高强度、轻质、耐疲劳等优异性能,被用于制备高性能复合材料,成为先进复合材料的主要增强纤维材料之一,已广泛应用于航空、航天等尖端技术领域。高强中模碳纤维增强树脂基复合材料是当前及未来长期内主要的航空结构复合材料。综述了国内外高强中模碳纤维的发展现状,介绍了基于高强中模碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料的性能特点及其在航空领域的应用,并展望了我国高强中模碳纤维产业的发展前景。

含缺陷管道碳纤维复合材料补强数值模拟研究

当代石油、天然气等能源的主要运输方式为管道运输,管道在长期使用时会产生各种缺陷,这些缺陷将对管道的结构和强度产生影响。目前先进的管道修复技术为复合材料补强技术,其中碳纤维复合材料是较优的选择。为了测试有/无碳纤维补强管道缺陷处的效果,开展了不同层数碳纤维复合材料的拉伸实验研究,结合ANSYS数值模拟探究了修复前后不同缺陷管道在承载时的应力、应变分布,分析了修复补强效果的影响因素。结果表明:缺陷减薄厚度对管道的应力、应变状态影响较大,碳纤维复合材料修复技术能在减小管道缺陷处应力、应变的同时优化其应力、应变分布,可以通过增加碳纤维修复层数来提升修复效果,相关研究对于管道的修复补强有一定指导意义。

楔块耦合的碳纤维增强复合材料褶皱缺陷全聚焦成像

褶皱是碳纤维增强复合材料中最主要的缺陷类型之一,当使用超声相控阵对复合材料薄板进行检测时,由于采集系统非线性效应和电子串扰等干扰会引发盲区现象,掩盖了薄板内的褶皱信息。为削弱盲区影响,考虑在相控阵与复合材料薄板(小于10 mm)之间增加楔块,提出楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法。基于费马原理与斯涅耳定律,建立楔块耦合的多层介质超声波传播模型;制备含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样,搭建超声相控阵数据采集系统,采集全矩阵数据;将楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法和传统全聚焦方法的成像效果进行对比。结果表明,基于楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法能减小试样表面盲区深度,修正声时偏差,削弱盲区影响,恢复出试样内的褶皱缺陷。相比传统全聚焦方法,纤维褶皱长度、褶皱顶部高度、褶皱角度这3个参数表征的精准程度分别提高了5.9%、4.1%、4.2%。该文为碳纤维增强复合材料薄板褶皱缺陷的检测提供了新思路。

改进型密集阵列全聚焦成像算法的碳纤维复合材料板损伤定位研究

本文针对各向异性碳纤维复合材料板的损伤定位问题,提出改进型密集阵列全聚焦成像方法。首先,考虑碳纤维复合材料板的各向异性,通过实验分析超声导波在板中的传播特性,得到沿不同传播方向的群速度值。其次,对密集型传感器阵列的参数进行分析和优化研究,分别对不同阵列参数即阵元间距和阵元数量进行指向性函数的数值分析,优化阵列的参数,以保证阵列主瓣较窄、旁瓣较低且无栅瓣。然后,提出了一种考虑碳纤维复合材料板各向异性的改进型密集传感器阵列板结构缺陷定位算法。使用超声导波在碳纤维复合材料板中沿不同传播方向的群速度值,对全聚焦算法进行修正,并利用虚拟聚焦原理对板结构进行全聚焦成像。最后,通过布置碳纤维复合材料孔洞损伤实验,对基于密集阵列全聚焦成像方法的定位精度进行分析。实验结果表明,改进型密集阵列全聚焦成像算法的定位精度为1.00 mm,相较于使用单一群速度值,该方法在定位孔洞损伤缺陷时具有更高的精度。

新型双马来酰亚胺树脂的合成及其碳纤维复合材料性能的研究

本文介绍了以N,N＇—亚甲基二对亚苯基双马来酰亚胺(BMI)与活泼亚甲基化合物——丙二腈、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯进行Michacl加成反应制成一类新型双马来酰亚胺树脂BMI—1～4。用于碳纤维复合材料的树脂是在BMI:活泼亚甲基化合物=1:0.7摩尔比下合成的,这种树脂的碳纤维复合材料具有较好的加工性、力学性能和热性能。

阵列式碳纤维复合材料的制备与微波吸收机理研究

以碳纤维为代表的碳材料具有质轻、导电性好、化学稳定性强等突出的物理化学性质,将其作为吸波剂使用可以提升材料的吸波性能、使用寿命并有效降低重量。通过“电场取向优化+基体灌封固化”的工艺完成了不同组分阵列式碳纤维复合材料的制备,采用SEM、FT-IR等手段对材料的形貌和化学成分进行表征,利用矢量网络分析仪对材料在2~18 GHz频段内的复介电常数和复磁导率进行表征,分析了微观结构对材料电磁参数、界面阻抗匹配及电磁波吸收性能的影响规律,最后研究碳纤维空间排布形式、复配粉体成分对其吸波性能的影响机制。结果表明,材料的电磁损耗机制由电介质损耗、干涉相消、界面极化弛豫、磁损耗共同构成;当复合材料厚度为2.0 mm时,反射率<-10 dB(6.1~7.6 GHz),在6.5 GHz处最大衰减值为-15.2 dB,热导率达到3.2 W/(m·K);验证所制备的材料在满足电磁波吸收功能的同时还具有一定的导热性。