国产炭纤维CCF300与T300炭纤维复合材料剪切载荷下的失效模式研究

对国产炭纤维与T300炭纤维复合材料层合板在常温干态、常温湿态、高温干态与高温湿态四种环境条件下进行了短梁剪切实验。采用宏观和微观相结合的方法,对其剪切性能、失效模式与损伤机理进行了对比研究。结果表明:界面性能是影响纤维树脂基复合材料剪切性能与失效模式最为重要的因素,而国产炭纤维复合材料在界面性能的控制上还有待改进。因此,国产炭纤维复合材料要进一步推广应用,还需进一步改善其界面性能,尤其是高温高湿条件下的界面性能。

国产碳纤维现状及CCF300质量稳定性提高

总结了国产碳纤维的发展现状,指出了发展过程中存在的误区和矛盾。较详细地讨论了CCF300碳纤维拉伸强度和拉伸弹性模量的改进过程。最终拉伸强度稳定在3800MPa,拉伸弹性模量稳定在235GPa,接近进口同类产品的性能指标。

CCF300/5228A复合材料热隔膜成型工艺研究

对CCF300/5228A复合材料进行了热隔膜成型工艺的研究,通过对CCF300/5228A预浸料的改性,确定了热隔膜成型用CCF300/5228A预浸料的基本参数。结合CCF300/5228A预浸料的基础理化实验和变形行为的建模分析,对CCF300/5228A复合材料的热隔膜成型工艺参数进行了选择和优化,并根据最优的热隔膜成型工艺参数制备了复合材料C型结构试验件。

CCF300-3K炭纤维和KD-Ⅱ碳化硅纤维的微观结构与力学性能

针对国产的CCF300-3K炭纤维和KD-Ⅱ碳化硅纤维,测定单丝拉伸性能,用SEM和AFM观察纤维的表面和拉伸断口形貌,通过TEM观察纤维内部结构,利用XPS确定KD-II碳化硅纤维中无定形相的成分,用XRD分析纤维的结晶度和微晶尺寸,为纤维的制备与应用提供一定的数据参考。结果表明:CCF300-3K炭纤维表面粗糙度过大,有较多的沟槽,内部的石墨微晶沿纤维轴向分布,结晶度较低,无定形碳填充在石墨微晶的间隙中,纤维拉伸断裂源为纤维表面的沟槽。KD-Ⅱ碳化硅纤维表面光滑,粗糙度过低,结晶度较好的碳化硅晶粒随机分布在由非晶态Si Ox Cy和游离碳组成的基体中,拉伸断裂源为内部的孔洞或夹杂。Weibull统计分析表明,CCF300-3K炭纤维的抗拉强度为3.08?0.02 GPa,形状参数m为6.46;KD-Ⅱ碳化硅纤维的抗拉强度为2.36?0.03 GPa,m为9.27,表明它们具有良好的组织结构与较高的力学性能和稳定性,完全满足工程应用要求。

国产CCF300碳纤维及CCF300/EH503R3复合材料湿热性能研究

采用SEM、AFM、XPS和FTIR对CCF300碳纤维表面形貌、表面化学特性及碳纤维上浆剂化学特性进行表征,并对CCF300/EH503R3复合材料湿热处理前后的力学性能进行研究。结果表明,碳纤维表面特性对碳纤维与环氧树脂界面结合性能具有显著影响。国产CCF300碳纤维表面粗糙,有明显沟槽,有利于表面机械啮合作用。132℃湿态环境下,复合材料的层间剪切强度、0°压缩强度和开孔压缩强度的保持率分别为51.6%、50.1%和55.5%。试验证明,CCF300碳纤维与EH503R3树脂具有良好的界面结合性,其复合材料具有优异的耐湿热性能。

国产CCF300/双马树脂层合板高温拉伸与压缩性能试验研究

对碳纤维(CCF300)/双马树脂(GW-300)复合材料层合板进行了200℃和300℃高温环境下的拉伸和压缩性能试验,研究其在不同温度环境下基本力学性能的变化。研究结果表明,由基体控制试件在高温下的拉伸强度和模量比由纤维控制试件降低的比例大;随着温度的升高,厚试件的压缩强度比薄试件的压缩强度提高幅度明显;高温下,拉伸性能保持率较高,而压缩性能保持率较低;300℃下基体控制试件和纤维控制试件的拉伸强度保持率分别达70%以上和90%以上,而厚试件和薄试件的压缩强度保持率都只略高于30%。

国产CCF300碳纤维及其NCF织物的性能

为牵引和推动国产碳纤维及其织物在复合材料液体成型技术中的进一步应用,对国产CCF300碳纤维表面特性、CCF300 45°/-45°和CCF300 0°/90°两种非屈曲经编织物(NCF)的编织工艺性、铺覆变形性以及NCF织物增强复合材料的力学性能进行了系统表征。研究结果表明:国产CCF300碳纤维表面物化活性较高;CCF300 0°/90°编织织物的编织工艺更稳定;NCF织物增强复合材料具有与单向织物增强复合材料相当的力学性能,同时兼具良好的结构稳定性、铺覆性和成型性,具备成为复杂形状预成型体的可行性。

循环湿热环境中CCF300/5405复合材料的吸湿-脱湿行为

研究了CCF300碳纤维/5405双马树脂复合材料在71℃恒温水浸循环吸湿-脱湿行为。试样经过三次饱和吸湿-脱湿过程,探讨不同循环次数CCF300/5405复合材料的吸湿率和水分扩散速率变化,并采用SEM观察纤维/基体界面变化,分析了造成循环湿热环境下复合材料体系吸湿-脱湿变化的原因。研究结果表明:CCF300/5405复合材料的吸湿行为基本满足Fick第二定律,并且在水浸14天后达到饱和吸湿状态,饱和吸湿率约为0.66%;材料吸湿处理后,纤维与基体间的界面遭到水分破坏,产生大量空隙和裂纹,使水分的扩散速率明显增加,饱和吸湿率略有增大,并且这种破坏不可逆。

国产炭纤维复合材料层合板高温单钉连接性能试验

对国产CCF300/GW300复合材料层合板与铝合金板单钉连接结构在常温以及200℃和300℃高温环境下的拉伸性能进行试验研究,分析了连接试件的高温拉伸破坏行为,以及温度、铺层形式、连接螺栓直径对于条件挤压强度的影响。研究发现,高温越高其条件挤压强度保持率越低,300℃时条件挤压强度仅为常温的30%;90°铺层比例越高,试件的高温连接性能越低;螺栓直径对挤压强度也有较大影响。由于非±45°斜铺层面内剪切模量和强度较低,表面采用这些铺层的层合板容易发生高温挤压分层破坏。

7B04铝合金-CFRP300在模拟海洋大气环境下的电偶腐蚀行为

为了有效地从腐蚀防护角度为飞机异种金属选材提供指导,针对飞机特定的服役环境,通过有限元仿真和腐蚀实验研究飞机典型搭接结构的腐蚀行为。对铝合金、复合材料及搭接件进行了实验室的周浸实验,然后通过极化曲线测量实验、宏微观形貌的观察、疲劳测试、XRD等表征手段研究7B04铝合金与CCF300/QY9511复合材料搭接件的电偶腐蚀规律,并以极化曲线测得的电化学参数为边界条件,建立了搭接件的腐蚀仿真模型。结果表明,在周浸实验0周期和10周期后,铝合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-802 mV和2.357×10^(-7)A/cm^(2),-872 mV和1.477×10^(-6)A/cm^(2),复合材料则分别为-240 mV和6.217×10^(-7)A/cm^(2),-98 mV和2.286×10^(-7)A/cm^(2),随着腐蚀周期的延长7B04铝合金材料呈现自腐蚀速率加快、自腐蚀电位负移的变化趋势,而复合材料呈现自腐蚀电位正移、自腐蚀速率缓慢增大的变化趋势;搭接件腐蚀产物逐渐增多,腐蚀程度越来越严重;疲劳寿命随着腐蚀周期的延长而降低;随着腐蚀周期延长,腐蚀坑深度逐渐增大;腐蚀的产物包括Al(OH)_(3),Al_(2)O_(3),AlCl_(3);搭接件仿真结果与加速腐蚀实验后的结果具有良好的一致性。该研究给出了飞机典型搭接结构的易腐蚀部位,揭示了电偶腐蚀规律,为飞机结构的腐蚀防护指明了方向。