维生素C对聚合物/金属导电复合材料电磁屏蔽稳定性的影响

采用熔融共混法制备了动态硫化热塑性弹性体(TPV)/镀镍(Ni)玻璃纤维(NCGF)/维生素C(VC)导电复合材料TPV/NCGF_(VC),系统研究了VC对该复合材料老化前后的微观形貌、分子结构及力学性能的影响,探讨了VC对Ni金属网络的选择性保护作用机制。结果表明,在TPV/NCGF复合材料中添加VC能够有效抑制老化过程中Ni导电网络的氧化,从而使复合材料表现出稳定的导电性和电磁屏蔽性能,其中电磁屏蔽效能保持率超过90%;在纯TPV基体中引入VC后,VC能有效抑制老化后TPV分子链的断裂;在TPV/NCGF_(VC)复合材料的老化过程中,VC优先与Ni网络发生还原反应,将NCGF表面Ni层因氧化生成的Ni离子(Ni^(2+))还原为单质Ni(Ni^(0)),表明VC对Ni金属网络具有选择性保护作用。

不同针刺工艺对C/C复合材料性能影响

通过改变刺针直径、针刺密度和预制体密度等调控针刺工艺来制备C/C复合材料,对比相同沉积工艺下,预制体结构对C/C复合材料密度及沉积速率的影响,以及不同针刺工艺对C/C复合材料弯曲性能,拉伸性能,压缩性能及热学性能影响。结果表明:采用刺针直径为0.7 mm,针刺密度为26~31针/cm^(2),预制体密度为0.33~0.37 g/cm^(3)制备的C1试样,CVI沉积后平均增密最大为1.0 g/cm^(3),平均增密速率最大为2.86 g/cm^(3).s,且C1试样整体力学性能最佳,较常规工艺制备的C/C复合材料来说,抗弯强度提高31%,抗拉伸强度提高22.3%,压缩最大载荷提高37%。

大厚度碳纤维复合材料C型梁制造工艺创新比较

通过对比手工铺贴与自动铺丝2种方法在制造大厚度碳纤维复合材料C型梁时不同的效果,研究不同工艺方法对产品质量的影响和内部质量控制关键因素。大厚度C型梁由于铺贴工艺方法的改变,对产品内部质量产生不同影响。为了获得高质量大厚度碳纤维航空复合材料制件,在飞机新材料应用和设计上有意义,收集了同一产品20次制造的产品存在的纤维皱褶/屈曲和无损质量情况,对C型梁产品产生的内部质量问题,针对单一变量进行对比试验分析讨论。结果表明:由于手工铺贴与自动铺丝对材料压实方法和缺陷表现不同,应在采取不同工艺方法时,针对性地调整层间压实、预压实参数、压力垫方案,解决大厚度C型梁内部质量控制难的问题。

钨球对碳纤维增强复合材料包覆碳化硼陶瓷侵彻效应

为研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composite,CFRP)包覆碳化硼(B_(4)C)陶瓷在钨球侵彻下的破坏机制与防护性能,开展不同弹靶径厚比D/T(D为钨球直径,T为陶瓷厚度)下钨球对CFRP包覆B_(4)C陶瓷板(下文简称靶板)的侵彻试验和数值仿真研究。通过弹道冲击试验,掌握钨球穿靶后的剩余速度以及靶板破坏形貌,分析钨球以不同速度侵彻靶板后B_(4)C陶瓷和CFRP的破坏特征;构建钨球侵彻靶板的数值仿真模型,通过再现试验结果验证模型准确性,对比分析CFRP对钨球侵彻效果的影响;基于仿真模型计算得到的数值仿真数据建立钨球垂直侵彻靶板的剩余速度计算模型,并通过试验数据验证计算模型的精度。研究结果表明:钨球垂直侵彻下,CFRP迎弹面呈圆形破口,背弹面呈十字形破口,背弹面破坏面积大于迎弹面,且随撞击速度和靶板厚度的增加,背弹面破坏面积的变化幅度大于迎弹面;与单一B_(4)C陶瓷板相比,CFRP包覆B_(4)C陶瓷板的抗侵彻性能提高4.8%;所建立的钨球垂直侵彻靶板的剩余速度计算模型计算结果的相对误差绝对值不大于15%。

碳纤维增强复合材料层压板的雷击烧蚀损伤及剩余强度分析

轻质高强的碳纤维增强复合材料(CFRP)已广泛应用于飞机结构中,但是相较于金属而言其导电性能较弱,因此必须考虑雷击的影响。由于雷电流分量C波通常对CFRP造成的损伤最为严重,因此本文建立了C波的热电耦合模型和CFRP层压板的有限元模型,模拟CFRP层压板在C波作用下的雷击损伤。雷击后,CFRP层压板内部在室温下存在热辐射和热传导,会使得损伤进一步扩展。基于扩展后的损伤,使用Hashin准则进行失效判定,预测了CFRP层压板的剩余压缩强度。

基于图像融合的碳纤维复合材料冲击损伤检测

碳纤维复合材料在生产使用过程中,损伤检测一直是关注的一大焦点。锁相热成像检测和超声波C扫描检测是两种常用的检测方式,但各自存在着局限性。超声波C扫描适用于材料内部深层损伤的检测而对浅层损伤信息不敏感,锁相热成像适用于浅层损伤信息的检测,难以反映材料深层次的损伤。针对此问题,该文提出一种基于非下采样剪切波变换结合脉冲耦合神经网络图像融合的算法,将锁相热像图和超声C扫描图像进行图像融合。结果表明,融合图像可以显著提高图像的清晰度和感知质量,并且将损伤面积的误差从39.1%降低到23.8%。

PIP法制备C/SiOC复合材料的微结构演变与力学性能

碳纤维增强硅树脂衍生SiOC(C/SiOC)复合材料具有高性价比的优势,是一种应用前景良好的高温结构材料。以碳纤维针刺毡作为增强体,通过先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备C/SiOC复合材料。在首周期引入热模压交联工艺,通过优化热模压温度和压力,在不破坏针刺毡结构的前提下,有效提高了纤维体积分数和复合材料致密度,使C/SiOC复合材料的室温弯曲强度和断裂韧度分别提升至331 MPa和16.0 MPa·m^(1/2)。对C/SiOC复合材料的致密化过程的结构演变进行了分析,结果表明,基体优先填充纤维束内孔隙,复合材料的孔隙大部分集中分布在Z向纤维附近。随着制备周期的增加,复合材料的孔隙率逐渐降低,孔隙由连通孔转变为孤立孔。经过8周期“浸渍-交联-裂解”工艺,复合材料基本完成致密化。

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的力学性能

利用模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料(简称SCFRC)。研究了短切炭纤维的体积分数对SCFRC材料的体积密度和力学性能的影响规律。借助光学显微镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察,分析了短切炭纤维对SCFRC材料的增强机制。结果表明,当短切炭纤维的体积分数由0%增大到11.8%时,SCFRC材料的力学性能随之呈线性增加;短切炭纤维增强SCFRC材料的机制主要有裂纹偏转效应、桥联效应以及脱粘和拔出效应。

不同纤维体积分数CVI炭/炭复合材料的石墨化度

为确定不同纤维体积分数的化学气相浸渗(CVI)C/C复合材料的最佳热处理工艺,以40%、30%、25%三种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经三次CVI后制得C/C复合材料,采用X射线衍射和拉曼光谱微区分析测试了三种不同纤维体积分数的CVIC/C复合材料试样未经热处理及经2200℃、2400℃热处理下宏观和微区石墨化度。结果表明:三次CVI热解炭均为光滑层结构,且纤维体积分数越高,C/C复合材料的石墨化度也越高;纤维与光滑层热解炭界面及两种不同热解炭界面在高温热处理时会发生应力石墨化,应力石墨化程度前者大于后者,这是纤维体积分数高的C/C复合材料石墨化度高的原因;热处理温度越高,应力石墨化程度越大。

碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置,制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体,测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律,并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响.结果表明:热隔膜成型过程中,采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合,可保证预浸料温度的分布均匀性;成型温度过低时,预浸料粘性大、层间滑移能力差,导致预成型体拐角处出现纤维褶皱,并且内部孔隙偏多;预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近,则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷,因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内.

碳纤维增强聚乳酸(C/PLA)复合材料的力学性能(I)

对新型骨折内固定材料碳纤维增强聚乳酸 ( C/PLA)复合材料的力学性能进行了评价。重点研究了纤维体积分数 ( Vf)和硝酸表面处理对 C/PL A复合材料力学性能的影响规律。研究表明 ,随着 Vf的增加 ,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和剪切强度均先增加 ,达峰值后又减小。硝酸表面处理可明显提高复合材料的界面结合强度 ,从而使其力学性能明显提高。

模压工艺制备短纤维增强C/C复合材料的研究

以模压工艺为主线,综述了短纤维增强C／C复合材料的制备、工艺特点及其组织和性能;介绍了国内外不连续纤维增强C／C复合材料性能的研究现状;提出了发展我国短纤维增强C／C复合材料急需解决的技术难题。

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面行为的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响。结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行。

三维针刺C/SiC复合材料无纬布纤维方向对材料力学性能的影响

通过化学气相渗透法结合反应熔体浸渗法制备了三维针刺C/SiC复合材料,采用扫描电子显微镜观察材料的显微结构,并研究了无纬布纤维方向对材料力学性能的影响。结果表明,三维针刺C/SiC复合材料由0°无纬布层、短纤维胎网层、90°无纬布层以及针刺纤维束组成,无纬布层纤维方向对材料性能有显著影响。试样的拉伸强度和弯曲强度随着无纬布纤维方向与试样长度方向的夹角θ(0～45°)值的增大而减小,面内剪切强度和冲击韧性随θ角的增大而增大。

不同T300级碳纤维轴棒法C/C复合材料的导热性能

选取两种国产T300级PAN基碳纤维,轴棒法制备4D预制体,以高温煤沥青为前驱体,采用液相浸渍-炭化以及石墨化相结合的技术制备C/C复合材料(密度≥1.95 g/cm3),研究了C/C复合材料从室温(RT)到800℃的热导率及其影响因素。研究表明,在实验温度范围内C/C复合材料的热导率随温度升高而降低,由于原材料自身特性和预制体编织结构具有方向性,使C/C复合材料的导热性能表现出各向异性,径向热导率明显高于轴向;密度高、开孔率小、石墨化程度高的C/C复合材料由于晶粒间连通状态好,微晶结构趋于完整,材料的热导率增大;以低压热处理为最终处理工艺的C/C复合材料热导率略有提高;采用国产T300级与东丽T300碳纤维制备的C/C复合材料的热导率相当。

纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.

碳纤维含量对Al_2O_3+C/ZL109混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了Al2 O3 +C/ZL10 9短纤维混杂金属基复合材料 ,并探讨了Al2 O3 纤维体积分数为 12 %时 ,C纤维含量对该混杂复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明 :随着C纤维体积分数的增加 ,复合材料的摩擦因数和磨损率逐渐降低。12 %Al2 O3 和 4%C短纤维的协同作用使复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷比基体合金提高了 1倍。当载荷低于临界载荷时 ,复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离 ,C纤维的加入有利于磨损表面裂纹尺寸的减小。但随着载荷的逐渐增加并发生严重磨损时 。

纤维取向对C/C复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

采用M-2000型摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纤维取向对C／C复合材料与40Cr钢摩擦副摩擦磨损特性的影响．结果表明：随着载荷增加，纤维轴向与滑动方向一致（X方向）时的摩擦系数较垂直滑动方向／摩擦表面（Y／Z方向）时的变化幅度低，X方向试样基体炭的磨屑损耗快，磨损较大；Y／Z方向试样基体炭的磨屑移动能力低，易堆积成膜，但在高载荷下纤维易被剪切．对于全光滑层热解炭材料，随着载荷增加，其X方向的磨损体积损失在0．4266～0．997mm^3之间，Y方向的磨损体积损失在0．448～1．020mm^3之间，而Z方向的磨损体积损失在0．349～1．420mm^3之间；对于全树脂炭材料，X方向的磨损体积损失随载荷增加在0．429～1．134mm^3之M波动，而Y方向的磨损体积损失在0．237～0．981mm^3之间变化．

碳纤维表面处理对单向C/C复合材料强度的影响

通过对碳纤维表面进行适当的氧化处理 ,改善纤维 /基体之间的界面结合 ,能在复合材料中得到较好的纤维强度利用率 ,提高材料性能。本文在不同条件下对碳纤维进行液相氧化和空气氧化处理 ,并测定了所制备的单向 C/C复合材料的强度 ,研究了不同氧化工艺条件对复合材料拉伸强度的影响 ,对采用氧化后纤维制备材料断裂机制的改变进行了讨论 ;研究发现液相氧化处理对 C/C复合材料的性能影响较为显著。

碳化硅纳米纤维改性C/C复合材料的力学性能

以电镀Ni颗粒为催化剂,采用催化化学气相沉积(CCVD)法,在单向炭纤维(CF)表面原位生长碳化硅纳米纤维(SiCNF),制备出SiCNF/CF共增强毡体。以此共增强毡体为前驱体,化学气相沉积碳后得到密度为1.7g/cm3的SiCNF改性C/C复合材料。复合材料力学性能测试表明,SiCNF改性可使C/C复合材料的抗弯强度、抗压强度和显微硬度明显提高。扫描电子显微镜和偏光显微镜观察表明,SiCNF改性处理改变了C/C复合材料中基体炭的结构,使其成为类似粗糙层(RL)或高织构的结构。