国产CCF300碳纤维4轴向无屈曲织物层合板力学性能对比研究

设计制备了两种4轴向碳纤维无屈曲织物(NCF):第一种织物全部采用东丽公司T700 12k碳纤维,第二种织物中66.7%碳纤维采用国产CCF300 3k碳纤维(与东丽T300 3k碳纤维相当)。对该两种织物层合板0°、90°和±45°4个方向的抗拉伸、抗弯曲和抗层间剪切性能进行了测试与对比研究。结果表明:在现有生产条件下,国产CCF300 3k碳纤维最多可以代替4轴向NCF中66.7%的进口T700 12k碳纤维;国产碳纤维NCF层合板各方向归一化后的抗拉伸强度比进口碳纤维NCF层合板低18.7%～26.1%,而其他性能没有显著差别;两种NCF层合板的抗拉伸和抗层间剪切破坏模式相似。

非屈曲织物增强复合材料双轴压缩力学行为

在实际工程应用中,复合材料与构件往往处于复杂的应力状态,开展近似真实载荷环境下的力学实验分析,能够更准确地认识实际应用中材料的真实承载能力和失效机理.基于非屈曲单向碳纤维织物复合材料层合板的细观结构特征,设计了双轴压缩试样,开展了材料单轴、双轴压缩试验研究,对比分析了单向织物复合材料在不同压缩载荷下的力学行为.研究结果表明:非屈曲单向织物复合材料的单轴压缩行为表现为线性、脆性断裂;破坏模式整体表现为剪切屈曲破坏,与单轴压缩相比,双轴压缩载荷作用下材料整体表现为线性、脆性断裂,但其应力-应变曲线表现出一定的非线性特征;双轴1∶1等比例压缩对材料抵抗变形能力有一定强化效应,材料压缩模量增加;双轴2∶1非等比例压缩的结果与之相反,材料压缩模量大幅降低;双轴压缩强度均低于其单轴压缩强度;破坏模式主要表现为分层、基体开裂和纤维断裂,其中以分层现象尤为明显.

玻纤无屈曲织物/乙烯酯复合材料-混凝土柱增强系统的抗压破坏研究

采用由玻璃长丝纤维无屈曲织物与乙烯酯组成的复合材料对混凝土柱进行包裹增强。探讨了纯混凝土柱、不同复合材料包裹层数及不同纤维取向的织物增强试样在抗压试验过程中的破坏过程及形式 ;外界预冲击作用和环境因素———水与热的侵蚀对该复合材料 -混凝土增强系统抗压破坏的影响。为进一步提高其抗压破坏能力 ,并进入实际应用提供研究依据。

一般坐标系下织物细观本构方程的研究

运用二维应力及应变变换的转轴公式,分析了织物二维本构关系的一般形式及材料坐标系下织物细观本构方程的局限性,给出了一般坐标系下的织物的细观本构方程.

BUCKLING ANALYSIS OF WOVEN FABRIC UNDER SIMPLE SHEAR IN WARP DIRECTION

Buckling of a woven fabric is analyzed in this paper when it is subjected to a simple shear in warp direction.The equation to determine the buckling direction (buckling wave direction) is obtained and it is found that the buckling direction is related to the critical amount of shear.It is shown that the out-of-plane buckling of fabric is possible and only a flexural buckling mode can exist.The buckling condition for flexural mode is obtained and the curve for that is illustrated.

跨尺度预测非屈曲织物增强复合材料的刚度和强度

为了预测非屈曲织物增强复合材料的力学性能,建立了纤维束的正六边形单胞和非屈曲织物复合材料的长方形单胞,并重点推导了正六边单胞的方程边界条件。通过跨尺度逐级计算这两个单胞的有效弹性常数,得到了非屈曲碳纤维织物增强环氧树脂基复合材料的宏观有效弹性性能和强度。对该非屈曲织物复合材料在拉伸载荷下的累计失效进行了有限元损伤分析。结果表明:初始损伤发生在富树脂区或横向纤维束,损伤在富树脂区与横向纤维束内逐步扩展,最后向纵向纤维束扩展并迅速导致整体失效;非屈曲织物增强复合材料的面内拉伸模量的计算预测值非常接近实验值,面内拉伸强度计算值略小于实验值。

碳纤维针织复合材料的开发应用

基于碳纤维具有高强高模的性能特点,详细分析碳纤维针织复合材料的研制和应用情况,包括在航空航天、国防军事、电子信息等高科技产业领域的应用和其他领域如体育界、医疗界等的应用。并对较常用的复合材料增强结构——多轴向无屈曲织物的结构设计、材料选择、生产技术等进行研究,表明多轴向无屈曲织物设计灵活,使增强织物具有良好的力学性能,能够制成具有理想机械性能和运行性能的构件。最后提出可以开发碳纤维针织复合材料,形成从聚丙烯腈基碳纤维原丝到碳纤维复合材料的产业链。

RFI工艺成型碳NCF/环氧5228A复合材料研究

借助流变仪和差示扫描量热仪分析5228A环氧树脂膜的性能,以此为参考制定树脂膜渗透成型工艺(RFI)的固化制度;制备并测试增强材料为T700-12k碳纤维无屈曲织物(NCF)、铺层方式为[(0,90)/(±45)]s的层合板力学性能,其层间剪切强度比相应的无纬布层合板高25.3%;在层合板研究的基础上成功研制了规格为1000×200×37mm的帽形梁;利用超声波无损检测和金相显微检查等手段检测帽形梁的质量,检测结果显示,帽形梁材质致密、内部无明显缺陷,将应用于某型号卫星主承力结构。研究表明,5228A环氧树脂膜具有良好的工艺性,RFI工艺能够应用于复合材料复杂结构件的制造。

RFI工艺成型两种环氧树脂基复合材料性能比较

采用RFI工艺分别成型了648和5228A环氧树脂基复合材料层合板,其增强材料为碳纤维无屈曲织物,铺层方式为[(0,90)/(±45)]s;测试了两组层合板的拉伸性能、弯曲性能和层间剪切性能并做了比较分析;对破坏形式和机理进行了探讨。结果表明:5228A相对于648环氧树脂膜有较宽的低黏度区域,较长的凝胶时间;5228A与648层合板相比,拉伸强度高106%,拉伸模量、泊松比接近;弯曲强度高58%,弯曲模量高16%;层间剪切强度高62%。

VARI成型泡沫夹层复合材料界面质量控制方法研究

采用本体树脂涂覆、胶膜和辅助织物粘贴在泡沫加工表面的方法分别改善胶接界面,解决了真空树脂浸渗工艺(VARI)制备的非屈曲碳纤维织物(NCF)/聚甲基丙烯胺(PMI)泡沫夹芯复合材料中泡沫与蒙皮的脱粘问题。结果表明,在相同VARI工艺参数条件下,采用890树脂涂覆的方法可以达到大约80%区域面积的良好粘接界面,对应的抗平拉强度提高了30%;同时胶膜和辅助织物粘贴方法则可达到接近100%改善胶接界面质量的效果,其对应的抗平拉强度则分别提高了76%和56%。

国产CCF300碳纤维单向织物液体成型工艺性及其复合材料力学性能

选取国产碳纤维CCF300所制备的2种单向织物,单向无纬织物U3160及单向无屈曲织物KUC160,分别对其预成型体进行压缩特性和渗透特性测试,以研究2种单向织物的液体成型工艺性,并采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备2种单向织物/双马来酰亚胺树脂基复合材料,测试并对比其面内力学性能。结果表明:预成型体压缩试验中,嵌套效应受压力及织物层数影响较大,压力越高、层数越多,嵌套效应越显著。U3160织物的嵌套效应较KUC160织物更为明显,在较高压力下,KUC160织物预成型体的纤维体积分数较U3160织物的下降了约20%。渗透率测试结果表明:相比U3160织物,KUC160织物0°方向的渗透率较高,而90°方向的渗透率有所降低;这是由于经编线的绑缚作用能促进0°方向的宏观流动,而阻碍90°方向的微观渗透。此外,KUC160织物的经编线与U3160织物的纬向纱线的导流作用也对渗透率有影响。力学性能试验结果表明:相比U3160织物增强复合材料,KUC160织物增强复合材料0°方向的拉伸、弯曲和压缩性能均有所下降,拉伸强度和弯曲模量降幅最大,分别约为11%和21%;而层间剪切强度有小幅提高,增幅约为8%。

基于NCF技术的RTM成型复合材料T型接头高效制造与验证

选用多层非屈曲经编织物(NCF)作为增强体,提高了预成型体的铺覆效率及准确性,同时根据T型接头的结构特点将其组合成工字梁形式并依此设计成型模具,采用树脂传递模塑(RTM)成型工艺实现了复合材料T型接头的高效制造,并对其拉伸和压缩力学性能进行了试验研究。结果表明:T型接头拉伸破坏由孔边蒙皮纤维拉断和腹板分层拉脱造成;而压缩破坏则由腹板翻边分层屈曲和接头中部蒙皮纤维压断造成;T接头拉伸破坏载荷高于其压缩的破坏载荷。