自成核行为在CF/PPS复合材料中的差异性与普适性

以半结晶高分子为基体的碳纤维增强热塑性复合材料,其基体的结晶行为将受到碳纤维表面性质与热历史的共同影响。当这种材料在经历反复加热冷却的热循环过程时,基体会产生自成核行为,其结晶过程变得更加复杂。通过三种T300级碳纤维分别制备了碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料,并探究了二次熔融温度与CF/PPS复合材料结晶行为的关系,揭示了不同碳纤维表面性质对CF/PPS复合材料自成核行为的影响。在此基础上阐明了CF/PPS复合材料基体自成核与CF异相成核的竞争关系。最后,通过冲压成型制得具有自成核行为的CF/PPS复合材料角片,验证了自成核对于CF/PPS复合材料二次热成型技术的有效性与重要性。

单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。

CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料的性能研究

为了弥补吸波复合材料在应用上的局限性,采用原位还原法制备负载Fe_(3)O_(4)颗粒的碳纤维(CF/Fe_(3)O_(4)),通过浇铸成型将CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维与环氧树脂进行复合,制备了CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料。研究了CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维长度、添加量、复合材料厚度对复合材料吸波性能和弯曲强度的影响。研究发现:当CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维长度为4 mm、添加量为0.8%、复合材料厚度为4.5 mm时,CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料的吸波效果最优,最大反射损耗在18 GHz处达-16.8 dB,有效带宽为3.8 GHz,较同制备工艺条件下的CF增强环氧树脂复合材料的反射损耗(-4.75 dB)提升了253.7%。

制孔分层损伤对CF/PEEK复合材料拉伸性能和表面应变分布的影响

目的研究钻削制孔表面分层损伤与拉伸载荷下开孔碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料表面应变分布的相关性。方法通过对CF/PEEK复合材料层合板进行钻削制孔实验,分析不同进给速度对钻削温度、钻削轴向力、制孔出口表面分层和孔壁表面损伤的影响。采用数字图像相关技术(DIC)和力学实验相结合的方法,研究分层损伤程度对开孔CF/PEEK复合材料层合板拉伸性能和表面应变分布的影响。使用扫描电镜观测开孔试件的断裂形貌,分析开孔试件受拉伸载荷时的破坏模式。结果随着进给速度的增加,钻削温度降低,钻削轴向力提高,出口表面分层和孔壁损伤程度加剧。随着分层损伤程度的增加,层合板的拉伸强度呈现出降低的趋势,试件的拉伸强度从558.4 MPa降低到525.63 MPa,降低了5.87%。在中应力和高应力状态下,试件x方向的最大负应变随着分层损伤程度的增加而增加。在高应力状态下,试件y方向的最大正应变随着分层损伤程度的增加而增加。试件的断裂方式主要是基体开裂、分层和纤维撕裂,断口有纤维脱落和纤维拔出,垂直于载荷方向的纤维破坏模式为剥离破坏,与载荷方向一致的纤维破坏模式为拉伸破坏。结论钻削制孔表面分层损伤会降低开孔CF/PEEK复合材料的拉伸强度。不同分层损伤程度的开孔层合板表面应变分布表现出明显的差异性。

Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层研究进展

Cf/SiC复合材料因其低密度,高比强度,优异的抗热震、抗氧化和抗烧蚀性能以及高温强度保持率,被认为是高速飞行器的重要热防护材料之一。然而,由于碳纤维在500℃以上发生显著氧化导致材料逐渐失效,因此需对其进行有效的氧化防护。抗氧化涂层被认为是实现Cf/SiC复合材料长时氧化防护的有效手段。本文基于热防护系统对Cf/SiC复合材料抗氧化性能的苛刻要求,综述了现有Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层的研究进展,着重对抗氧化涂层制备技术及涂层体系进行了梳理。提升Cf/SiC复合材料抗氧化涂层使用温度(≥1800℃)及结合强度是当前需要重点解决的问题,制备更长服役时间、更高服役温度同时兼具抗氧化、抗水蒸气腐蚀乃至较好隔热性能的多功能涂层是未来发展的重要方向。

复合材料的高效高质量铣磨复合加工技术研究

连续碳纤维增强碳化硅基(Cf/SiC)复合材料具有耐高温、高比强度、高比模量等优良性能,被广泛应用于航空航天、轨道交通、国防等各大尖端领域。然而其作为典型难加工材料的代表,加工过程存在加工效率低、加工表面质量差等加工难点。本文以Cf/SiC复合材料为研究对象,基于铣削和磨削的正交试验优选工艺参数,并基于优选后的铣削加工和磨削加工参数提出高效高质量加工方案,通过开展对比试验来验证高效高质量加工方案的优越性,最终加工效率提高超100%,表面粗糙度降低超30%。

酚酞型聚芳醚酮与硅烷偶联剂协同改性CF/PPS复合材料

本文使用不同浓度的KH570溶液和0.5wt%的PEK-C溶液依次对碳纤维进行改性处理,并通过模压成型制备了CF/PPS复合材料,使用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、万能材料试验机等手段表征改性后的CF/PPS复合材料。结果表明,使用2wt%的KH570溶液和0.5wt%的PEK-C溶液依次处理碳纤维后,复合材料的界面性能和弯曲性能大幅提升,相较于未经改性处理的CF/PPS复合材料,其弯曲强度由709 MPa提高至953 MPa,提升约34.4%,ILSS则由23.8 MPa提高至53.3 MPa,提升约123.9%。

3D打印与仿生学融合:仿竹结构的碳纤维增强碳化硅复合材料

随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料科学与技术杂志(Journal of Materials Science&Technology)》上发表了一篇关于仿竹结构的连续碳纤维增强SiC(Cf/SiC)复合材料的研究成果,为CMCs的应用提供了新的思路。

Cf/Mg复合材料的力学与热物理性能和机械加工分析

近年来,镁合金的强度和刚度得到了显著提高,但断裂韧性(EwP)和疲劳性能差。Cf/Mg是将镁合金与碳纤维相结合,进而制成的一种复合材料。通过碳纤维增强体(CF)与镁基体之间的界面结合,增强体与镁基体之间形成了一个强相互作用层,从而改善镁合金的性能。文章对Cf/Mg复合材料的制备工艺、组织结构、力学性能和热物理性能等方面进行了综述,并提出了提高Cf/Mg复合材料强度和刚度的方法。希望通过文章的研究,为碳纤维增强镁合金材料的应用提供指导。

Cf/SiC复合材料铣削加工过程仿真分析及试验研究

针对Cf/SiC复合材料铣削加工过程中刀具磨损快、加工效率低、加工工艺优化试验成本高等问题,开展Cf/SiC复合材料三维铣削仿真分析及试验研究。基于ABAQUS软件建立Cf/SiC复合材料三维铣削加工仿真有限元模型,预测加工过程中的铣削力,通过试验验证该模型的正确性。对比仿真预测的理论值和试验测得的实际值发现二者的平均误差仅为15%,所获取的一组较优的加工参数为Cf/SiC复合材料铣削加工参数优化提供了理论依据。

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的研究及应用

随着新材料和成型工艺的不断发展,现代装备制造领域正朝着高强度、轻量化方向迈进。碳纤维增强聚醚醚酮[CarbonFiber/Poly(Ether-Ether-Ketone),CF/PEEK]复合材料,因其绝缘性好、耐腐蚀性强、力学性能优异的特点,在航空、医用等领域备受关注,促使其制备工艺及性能研究取得了飞速发展。文章主要阐述近年来CF/PEEK复合材料的研究进展,并总结其在航空领域中的应用。

UHMWPE/CF混编三维编织复合材料的弯曲性能

为获得最佳的混编排列方式,基于三维四向编织结构,以碳纤维(CF)和超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维为增强体,以环氧树脂(EP)为基体,采用真空导入工艺设计制备了三维编织UHMWPE/CF/EP复合材料,并研究了不同混编排列方式预制件复合材料的弯曲性能。结果发现:韧性UHMWPE纤维的加入改变了非混杂碳纤维三维编织树脂基复合材料的弯曲破坏模式,破坏模式呈现为塑性破坏特征;基于CF和UHMWPE纤维数量之比为1∶1的情况下,采用逐块排列混编方式的复合材料的弯曲性能最佳,较之逐束排列混编方式的复合材料提高24.28%。

国产三维五向M55JCf/Al复合材料的显微组织和弯曲性能

研究国产三维五向M55JCf/Al复合材料的显微组织和致密度以及在室温和350℃下的弯曲性能。结果表明:国产三维五向M55JCf/Al复合材料的致密度为98%,显微组织无明显缺陷,仅存在少量的纤维团聚现象和浸渗微孔缺陷;在室温和350℃的弯曲强度分别为505 MPa和335 MPa,弯曲模量分别为158 GPa和138 GPa,表现出优良的室温、高温弯曲性能。

PES/短切CF混合膜层间增韧碳纤维复合材料的研究

将长度为0.5 mm的短切碳纤维(CF)粉末,分散在质量分数为25%的聚醚砜(PES)/N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,通过浸没沉淀相转化法制备PES面密度相同但短切CF粉末面密度不同的混合膜,研究混合膜对真空辅助灌注成型制备的CF增强环氧树脂复合材料的I型断裂韧性的影响。研究结果表明,短切CF粉末与PES质量比在1∶4和2∶4时,其在PES溶液中分散良好,所制备的混合膜在120℃环氧树脂中可在13 min溶解完全。当混合膜中短切CF粉末的面密度为8.3 g/m^(2)时,所制备的复合材料的I型断裂韧性值最高;相比于未增韧复合材料的I型断裂韧性的起始值和增长值分别提升29.3%和34.8%,相比于纯PES薄膜增韧样的起始值和增长值分别提升6.9%和5.2%。

C_f/LAS复合材料的钎焊接头组织与性能分析

采用Ag-Cu-Ti活性钎料对C_f/LAS复合材料进行了钎焊,研究了接头界面组织结构和力学性能.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对钎焊接头组织结构进行分析,用抗剪试验检测接头力学性能.结果表明,接头界面典型结构为C_f/LAS复合材料/TiSi_2/Cu_2Ti_4O/TiCu/Ag(s,s)+Cu(s,s)/TiCu/Cu_2Ti_4O/TiSi_2/C_f/LAS复合材料.在钎焊温度为900℃,保温时间为10 min时,接头室温抗剪强度最高达8.4 MPa.

连续纤维增强陶瓷基复合材料研究与应用进展

连续纤维增强陶瓷基复合材料作为新型轻质结构材料受到各国高度关注。该材料在保持陶瓷材料的耐高温、抗腐蚀等优点的同时,克服了陶瓷材料的脆性,具有高的应用可靠性,成为目前最具潜力的高温热结构材料之一。近40多年,欧美等发达国家对陶瓷基复合材料开展了广泛的研究,已在航空航天、新能源等领域实现了工程应用或工程验证。针对不同服役环境,综述了不同类型陶瓷基复合材料研究及应用进展,并结合本团队的研究工作对陶瓷基复合材料的研究趋势进行了总结和展望,旨在为进一步推动陶瓷基复合材料的研究和发展提供参考。

SiC(N)/LAS纳米陶瓷复合材料的介电特性

采用LAS玻璃粉末和激光诱导法制备的纳米SiC(N)粉体,通过热压烧结法制备了SiC(N)/LAS纳米陶瓷复合材料,研究了该复合材料在8.2～12.4GHz频率范围内的微波介电特性。结果表明,SiC(N)/LAS的介电常数主要受纳米SiC(N)粉体含量的控制,此外还与烧结温度有关。随着烧结温度的提高,复合材料介电常数和介电损耗均随之增大。SiC(N)/LAS对电磁波的损耗作用明显优于同体积分数的纳米SiC(N)与石蜡混合体,这与烧结过程中形成的碳界面有关。

F-12/CF混杂复合材料纵向拉伸性能研究

研究了铺层参数对F 12芳纶纤维与HTA P30炭纤维混杂复合材料纵向拉伸性能及混杂效应的影响。结果表明,与炭纤维混杂后,可显著提高F 12芳纶纤维复合材料的纵向拉伸模量,且混杂复合材料的纵向拉伸模量基本符合混合定律的预测值。而纵向拉伸强度均低于混合定律的预测值,表现出明显的混杂负效应,但断裂延伸率表现出明显的混杂正效应。铺层顺序对纵向拉伸强度及其延伸率有显著影响,混杂比为17%左右时,混杂材料综合性能最佳。

碳纤维表面涂覆SiC层及其用于制备CF／Al复合材料

本文报道了用聚碳硅烷的苯溶液在碳纤维表面涂覆ＳｉＣ工艺对涂层性能、结构的影响以及涂层在ＣＦ／Ａｌ复合材料的制备和性能中的作用行为．ＳｉＣ涂层有效地改善了碳纤维的抗氧化性能，在其厚度小于０．１μｍ时提高了碳纤维的强度，而且它改善了碳纤维与熔Ａｌ的润湿性，阻止了界面上的化学反应，可使复合材料的强度提高８９％．

热等静压制备CF/Al复合材料的微观结构及性能

采用热等静压（HIP）工艺制备连续碳纤维（CF）增强Al基复合材料。利用扫描电镜、粒度仪和X射线衍射仪表征2A12铝合金粉末形貌、粒度分布和相组成；利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪观察复合材料的显微组织、断口形貌和界面扩散反应特征，并对其主要力学性能进行测试。结果表明：粉末形貌呈球形，粒度主要分布在150～180μm；复合材料致密，界面连接紧密无孔洞缺陷；与基体铝合金材料相比，复合材料的拉伸强度和断后伸长率分别提高5％和54％，断裂方式为脆性断裂；Al基体裂纹起源于粉末颗粒界面，CF／Al界面断口呈现CF拔出和断裂失效形式；CF／Al界面发生元素扩散，界面反应生成A14C3金属间化合物。