基于显微镜标尺法的碳纤维复合材料孔隙率测量不确定度评定

使用显微镜标尺法对碳纤维复合材料孔隙率试验结果进行测量不确定度评定,对不确定度来源进行分析,对各个不确定度分量进行计算。结果表明:影响不确定度的主要因素是孔隙格子数的测量重复性。

水压爆破法应用下碳纤维复合材料薄壁管模量测试研究

本研究采用水压爆破法对碳纤维复合材料薄壁管的模量进行了测试研究,通过实验设计,制备了具有不同纤维体积分数的碳纤维复合材料薄壁管。利用水压爆破法对薄壁管进行了压力加载和爆破实验,通过对压力和变形数据的分析,得到碳纤维复合材料薄壁管的拉伸强度、屈服强度和冲击性能的模量测试结果。测试结果表明:未改性的碳纤维拉伸强度约为372 GPA,而经过改性处理后,其强度得到增强;在界面剪切强度测试中,未改性的碳纤维在预释放阶段展现出的强度约为443 MPa,经过改性处理后,当转化层数为2时,剪切强度值最大;在冲击测试中,未改性的碳纤维复合材料的冲击形成功、裂纹扩展功和总冲击功分别为021 J、034 J和048 J,而经过转化后,这些数值均得到提高。说明应用了水压爆破法后,碳纤维复合材料薄壁管的拉伸强度、界面剪切强度以及抗冲击性能得到了显著的提升。

集成于碳纤维复合材料的fsFBG响应特性研究

针对航空航天碳纤维复合材料结构健康监测需求,研究了飞秒激光逐点直写光纤光栅传感器(fsFBG)和碳纤维复合材料集成时的传感特性。在碳纤维复合材料层合板表面及层间布置fsFBG,对碳纤维复合材料层合板进行静态载荷和低速冲击载荷加载实验,系统分析了表面和不同层间fsFBG对载荷响应的敏感性和差异性,得到了fsFBG中心波长偏移量与加载距离和加载角度的对应关系。实验表明,表面粘贴的fsFBG对动静载荷的敏感度更高,在动静态载荷作用下,fsFBG中心波长偏移量随加载载荷的增大呈线性递增,而随加载距离的增加而逐渐减小;fsFBG具有较好的载荷-方向敏感特性,传感器的响应灵敏度随加载夹角增大逐渐提高。

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料梁阻尼特性的细观力学分析

基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺序以及湿热效应对玻/碳纤维混杂复合材料层合梁阻尼性能的影响规律。结果表明:湿热环境导致材料产生湿热应变是影响阻尼特性的主要机理;玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的损耗因子均随温度及吸水浓度的增大而增大,且温度的影响远大于吸水浓度的影响;纤维体积分数越高,受湿热影响程度越大;铺层角度对损耗因子影响远高于湿热、混杂方式、纤维体积分数的影响。

碳纤维复合材料壳体湿法缠绕用高性能树脂基体的研究

树脂基体的低黏度和长适用期是大型固体火箭发动机复合材料壳体长周期湿法缠绕成型的基本保证。通过与高活性固化剂物理相容的活性溶剂的添加,研制出一种具有低黏度、长适用期、优异力学性能及耐热性能的环氧树脂基体。采用差式扫描量热法(DSC)、动态热机械仪(DMA)、万能材料试验机、水压爆破系统等对该树脂体系的固化行为、黏度、浇铸体力学及耐热性能和碳纤维增强复合材料力学性能、容器爆破性能进行了系统的研究。结果表明,该树脂基体黏度低,黏度变化平缓,适用期超过10h,满足大型发动机壳体湿法缠绕成型工艺要求;且该树脂基体以及碳纤维复合材料具有优异的力学性能,缠绕成型的Ф150mm容器的容器特性系数>50km,纤维强度发挥率>90%。

回收碳纤维/剑麻增强聚丙烯复合材料的力学性能

为提高回收碳纤维(RCF)的高值化应用,采用湿法非织造成型工艺制备了碳纤维(CF)复合材料预成型体(CFP)。同时为避免复合成型过程中,湿法预成型体中黏合剂在加热过程中对复合成型产生影响,采用剑麻纤维(SF)与RCF混杂成型,利用SF间氢键作用提高CFP的可成型性,从而获得了CF/SFP预成型体。另外,还制备了SF预成型体(SFP)。以聚丙烯(PP)为基体,湿法非织造织物为预成型体,采用模压成型方式制备了3种PP基复合材料(CFPC,SFPC,CF/SFPC),并对以不同纤维组分形成的预成型体结构性能及PP基复合材料的力学性能进行测试,分析SF与CF混杂对湿法预成型体结构性能及PP基复合材料力学性能的影响。结果表明,在无黏合剂的条件下,RCF可通过与SF混杂,形成具有稳定结构和力学性能的CF/SFP,且混杂工艺可改善预成型体的结构均匀性及湿法成型过程中CF的质量损失率;当以SF与RCF混杂质量比3∶1制备CF/SFP时,较制备CFP时的纤维损失率下降了33.63%,厚度不匀率下降了35.03%。以湿法非织造织物形式存在的CFPC具有较好的力学性能,特别是在改善韧性方面。CFPC的拉伸应变可达到7%左右,弯曲强度达到60.01MPa,冲击强度可达到10.12kJ/m^(2)。采用RCF与SF混杂制备的CF/SFPC的力学性能较SFPC的力学性能有较大改善,在增强纤维含量相同的情况下,CF/SFPC较SFPC弯曲强度和冲击强度分别提高了13.09%和18.42%。

碳纤维复合材料高效低碳加工综合实验设计

以碳纤维增强基复合材料(CFRP)为加工对象,设计了一种高效低碳钻削加工的综合实验项目。基于响应曲面法研究了机床主轴转速、进给速度和CFRP板材铺层顺序对CFRP构件加工质量的影响,建立了预测回归方程,最终得出最优孔口质量和最低功耗的工艺参数:最佳铺层顺序为[0°,90°,0°,90°],主轴转速在2000 r/min左右,进给速度设置在50 mm/min左右时功率最低;主轴转速在10000 r/min左右,进给速度设置在20 mm/min左右时分层因子最低。实验涉及新型材料加工、绿色加工和节能降碳等多个学科领域,能够增强学生的科研兴趣,提高实践动手能力和创新意识。

基于层次分析法的轨道车辆车体用碳纤维复合材料火灾危险性综合评价

为研究4种不同典型结构的轨道车辆车体用碳纤维复合材料的火灾危险性,引入多种测试方法,依据其在傅里叶变换红外烟气毒性测试系统、NBS烟密度箱、火焰蔓延测试仪和锥形量热仪中的试验数据,运用层次分析法,建立了以毒性指数作为毒性危险指标、烟密度峰值作为烟气危险指标、火焰蔓延最远距离作为火焰蔓延危险指标以及平均热释放速率峰值和热释放总量作为放热危险指标的火灾危险性综合评价模型,并依据该模型对碳纤维复合材料进行了火灾危险性综合评价。结果表明,多腔结构碳纤维复合材料的火灾危险性综合指数为0.342,聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层结构碳纤维复合材料的火灾危险性综合指数为0.312,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)泡沫夹层结构碳纤维复合材料的火灾危险性综合指数为0.250,层压板结构碳纤维复合材料的火灾危险性综合指数为0.169,火灾危险性排序为:多腔结构碳纤维复合材料>PMI泡沫夹层结构碳纤维复合材料>PET泡沫夹层结构碳纤维复合材料>层压板结构碳纤维复合材料,该评价方法弥补了单项指标评价的不足,可较为全面、合理地反映轨道车辆复合材料的火灾危险性。

建筑用碳纤维增强铝基复合材料的工艺优化与性能研究

采用真空热压法制备了建筑用碳纤维增强铝基复合材料,以抗拉强度和致密度为考核指标,通过三因素三水平正交试验法优化了复合材料的热压工艺参数,并对断口形貌进行了观察。结果表明,以抗拉强度为考核指标时,对抗拉强度影响最大的是因素B(热压时间),其次是因素A(热压温度),而影响最小的是因素C(热压压力);以致密度为考核指标时,对致密度影响最大的是因素A(热压温度),其次是因素C(热压压力),而影响最小的是因素B(热压时间)。采用综合平衡法优化建筑用碳纤维增强复合材料的热压工艺参数组合为A1B3C3,即热压温度为510℃、热压时间为180min、热压压力为15MPa时,碳纤维增强复合材料可以取得最大的致密度和抗拉强度,此时复合材料的抗拉强度为286.98MPa、致密度为99.92%。

溶解法是回收航空航天用生物复合材料的最佳方法

新的研究表明,溶解比热解对碳更友好。为了响应航空业通过使用生物复合材料来减轻其对环境影响的趋势,两个研究中心——西班牙的Aimplas和荷兰的TNO——合作进行了一项新的研究,研究这些生物复合材料的化学回收的不同方法。生物复合材料使用天然纤维和可再生树脂作为加固材料。然而,由于人们对这些热固性材料的不熟悉、它们的异质性以及它们缺乏具有高市场价值的碳纤维这一事实,使得很难找到一种有效的报废解决方案。

硅改性酚醛/碳纤维复合材料的制备及烧蚀性能

针对酚醛树脂(RF)耐热性不足、抗烧蚀性能差,且SiO_(2)粒子与酚醛树脂相容性的问题,采用共凝胶法制备纳米级的SiO_(2)/RF杂化气凝胶,通过构建凝胶网络互穿结构,增加两相相容性,探究SiO_(2)/RF杂化气凝胶的微观结构、化学结构和热物理性能。制备得到硅改性酚醛/碳纤维复合材料,并对改性前后复合材料的烧蚀性能进行比较。结果表明,不同硅含量的杂化气凝胶具有凝胶骨架和孔隙双连续的结构特性,密度分别在0.145~0.160 g/cm^(3)之间。随着硅含量提高,杂化气凝胶残留率增加,Si—O键吸收振动峰更明显,但XRD无衍射峰。综合考虑孔径分布及热物理性能,选取性能最优的杂化气凝胶制备硅改性酚醛/碳纤维复合材料,改性后复合材料的质量烧蚀率为0.046 g/s,线烧蚀率为0.074 mm/s。与未改性的复合材料相比,质量烧蚀率降低了20.7%,线烧蚀率降低了21.3%,改性后材料的抗氧化性和烧蚀后的残留率得到明显提升。

碳纤维增强金属基复合材料的研究进展

从界面调控和制备方法两方面综述了碳纤维增强金属基复合材料的研究进展,前者包括碳纤维表面改性和金属基体合金化,后者除了粉末冶金、扩散粘结、搅拌铸造、挤压铸造、真空压力浸渗等传统方法外,还涉及增材制造技术在此领域的应用。基于平面流动铸造法,笔者提出了采用流铸印刷法制备金属基复合材料的新技术,并介绍了一些试验结果。此外,还对碳纤维增强金属基复合材料的发展提出了建议。

航空发动机碳纤维复合材料风扇叶片叶尖间隙测量研究

动叶片的叶尖间隙参数直接决定航空发动机的工作效率和运行安全,随着发动机朝着质量更轻、运转效率更高的方向发展,碳纤维复合材料(CFRP)被广泛应用于大涵道比航空发动机风扇叶片的设计,然而材料导电性会影响间隙测量结果。提出了一种基于电容法的CFRP叶片叶尖间隙测量方法;利用显微观察和元素分析,获取了CFRP叶片导电性规律,建立了仅碳纤维层参与构成电容器极板的叶尖间隙测量模型;开展了金属叶片和CFRP叶片叶尖间隙测量的仿真和实验,结果表明,两种叶片在不同间隙值下的电容输出呈比例关系,CFRP叶片的叶尖间隙测量精度优于45μm;完成了某型大涵道比航空发动机的测量试验,验证了航空发动机CFRP风扇叶片叶尖间隙测量方法的可行性和可靠性。

液态浸渗法制备碳纤维增强镁基复合材料研究进展

综述了液态法制备碳纤维增强镁基复合材料的研究进展,系统地介绍了其制备方法、性能特点、界面结构、应用情况和发展前景,并对目前研究中存在的一些问题以及有待深入研究的方向进行了探讨。

自加热化学气相法制备连续碳纤维增强碳化硅复合材料

通过自加热化学气相渗积法制备了 Cf/ Si C复合材料 ,对其力学性能进行了测试与分析 ,运用 SEM对复合材料显微结构和断口形貌进行了分析。研究表明 :自加热化学气相渗积法具有较快的渗积速率 ;气体流量的适度增加可改善复合材料的性能 ;碳涂层的厚度对复合材料的力学性能有较大的影响 ,适合的涂层厚度在 0 .35～ 0 .5

先驱体转化法制备低成本碳纤维增强陶瓷基复合材料研究

综述了影响碳纤维增强陶瓷基复合材料成本的主要因素 ,比较了采用不同先驱体原料和制备工艺制备的陶瓷基复合材料的制备周期、成本及性能 ,为先驱体转化制备低成本陶瓷基复合材料提供一些参考。

利用均匀设计法优化废弃热固性碳纤维复合材料热解工艺

为确定废弃热固性碳纤维复合材料(CF/EP复合材料)热解反应的实验条件,在自制的管式热解反应器中进行CF/EP复合材料热解试验,考察了热解过程及主要影响因素。结果表明:热解终温、升温速率和保温时间等实验条件对废弃热固性碳纤维复合材料热解产率影响较大,通过均匀设计及回归分析法确定了最佳热解操作条件:热解终温515℃,保温时间10min和升温速率18℃/min。在该条件下进行验证性实验,并将回收的碳纤维表面性能与原纤维进行比较,表明均匀设计优化所得结果准确可靠。

碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究

本文介绍了碳纤维复合材料蜂窝夹层结构常见的内部缺陷,这些缺陷的存在将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用超声脉冲反射法对其内部缺陷进行检测作了详细介绍,分别对复合材料蒙皮可能出现的分层、疏松和高空隙率缺陷及蒙皮与蜂窝夹芯之间界面的脱粘缺陷进行检测,对出现的波形进行分析,并判断波形产生的原因,认为超声脉冲反射法对碳纤维复合材料蜂窝夹层结构内部缺陷检测是一种行之有效的方法。

湿法缠绕用T800碳纤维复合材料基体研究

针对T800碳纤维和湿法缠绕的特点,开发了一种适合T800碳纤维湿法缠绕用的树脂基体,测试了该树脂基体与T800碳纤维制成复合材料的力学性能和耐湿热性能。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,层间剪切强度达到101 MPa,NOL环拉伸强度高于2500MPa;单向复合材料经95℃蒸馏水浸泡150h后的平衡吸湿率低于1%、力学性能保留率高,耐湿热性能优良。

基于响应曲面法的碳纤维增强复合材料螺旋铣孔轴向切削力预测

基于二阶响应曲面法建立了碳纤维增强复合材料螺旋铣孔过程中轴向切削力的预测模型,运用方差分析、相关系数等手段验证了模型的准确性以及各输入参数的显著性,并研究了切削参数对轴向切削力的影响规律。结果表明:预测模型回归显著,置信度高,预测精度较高;主轴转速和螺距对轴向切削力的影响较为显著;轴向力随螺距和切向每齿进给量的增大而增大,随主轴转速的增大而先增大后减小。