NOL环层间剪切强度对T700S级干喷湿纺碳纤维湿法缠绕复合材料性能的影响

为研究影响碳纤维湿法缠绕复合材料性能的因素,通过国内外T700S级碳纤维表面状态、NOL环及φ150容器的性能试验,研究了NOL环层剪强度对T700S级干喷湿纺碳纤维湿法缠绕复合材料性能的影响。结果表明,T700S级干喷湿纺碳纤维φ150mm容器爆破性能与复合材料NOL环层剪强度相关,层剪强度越高,其φ150mm容器爆破性能越低。

4种C/E复合材料NOL环试样拉伸试验过程的声发射特性

通过对4种C/E(碳纤维环氧树脂)复合材料NOL(美国海军军械实验室)环试样拉伸断裂过程的声发射特性研究发现,材料强度、模量以及缠绕工艺均会对材料损伤过程的声发射计数、信号幅度、持续时间等特征值产生显著影响。在材料的声发射特性试验中,准确得到材料损伤的特点和变化趋势是优化复合材料制造工艺、指导结构强度设计与检测的重要途径。

F-12/碳纤维层间混杂NOL环复合材料研究

本文以ＮＯＬ 环研究了Ｆ－ １２／ 碳纤维混杂复合材料的拉伸性能和剪切性能。试验结果表明，拉伸强度表现出混杂负效应，而剪切强度表现出混杂正效应，两种强度的混杂效应都随混杂比的增大而降低。纤维混杂可以改变材料的破坏模式。

基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究

纤维与树脂的界面对复合材料的整体力学性能有着显著的影响。基于NOL环的宏观力学测试一般被用来反映复合材料的界面粘结性能,因此适用于评价纤维与树脂之间的宏观力学性能匹配性。为了探究高性能碳纤维T700SC、T800HB及高强玻璃纤维与环氧树脂的宏观力学性能匹配性,本研究首先根据GB/T 1458—2008国家标准制备NOL环试样,再借助NOL环的拉伸和层间剪切强度测试分析了高性能纤维与环氧树脂不同匹配组合宏观力学性能差异的原因,并寻找出最佳匹配组合。结果表明:玻璃纤维与环氧树脂的界面存在最佳的粘结强度,而且不同粘结强度导致拉伸强度和破坏机理不同,而碳纤维复合材料界面性能较差,容易分层破坏;T800HB与环氧树脂的宏观力学匹配性优于T700SC,环氧树脂力学性能、碳纤维的表面微观结构与性质以及环氧树脂与碳纤维之间的相互作用关系是影响界面粘结性能的根本原因。该研究在高性能纤维单向复合材料的材料选择与设计方面具有现实意义。

基于AE参数融合的NOL环损伤演化研究

为了实现声发射监测技术对NOL环损伤过程的评价,本文对NOL环进行静力拉伸和不同阶段的分级加载实验研究。通过实验对比,利用AE参数融合,引入R值和b值对NOL环损伤过程进行研究,将NOL环损伤分为三个阶段,并通过b值变化规律表征不同损伤情况。RA值和R值对试件早期损伤模式和累积损伤变化非常敏感。结果表明,分级加载实验第Ⅰ阶段的b值整体大于第Ⅱ阶段,且b值变大时R值呈现减小趋势,表明试件内部存在裂纹扩展。静力拉伸实验,第Ⅰ阶段损伤初始R值初始变化波动大且复杂;第Ⅲ阶段严重损伤,RA值变化大且复杂,超过0.85F_(max)时b值迅速降低,主要与界面损伤和纤维断裂有关,最终断裂的形成主要与引起损伤的主裂纹扩展有关。

带药缠绕复合壳体分解NOL环拉伸破坏性能研究

通过带药缠绕复合壳体直筒段分解NOL环的宏观拉伸力学性能测试和断裂微观形貌分析,研究了缠绕纤维层的拉伸破环性能。结合节点耦合及Hashin破坏准则,对NOL环进行拉伸破坏仿真分析,研究了分解NOL环的失效机制。结果表明:分解NOL环整体壁厚分布不均,导致最低拉伸破坏强度为1214 MPa,影响壳体整体品质,张力变化,传纱速度,缠绕角度变化过渡等,均对NOL环性能有影响;有限元分析方法计算可有效进行壳体性能预测。

环氧树脂及其复合材料酸性盐雾老化机理及性能

现役油田用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)常工作于酸性盐雾条件之中,为研究盐雾溶液在树脂、GFRP中的扩散行为,分析老化机理及性能,制备了环氧树脂浇铸体及其GFRP NOL环,进行为期50天酸性盐雾老化试验。X射线光电子能谱分析,能谱分析结果表明,溶液中的金属离子、非金属离子由于体积、电荷平衡的限制难以进入材料内部,材料性能劣化主要是由于水分子、H^(+)的扩散造成的,其扩散行为符合Fick扩散定律,扩散系数为7.26×10^(-4)mm^(2)/h。傅里叶变换红外光谱显示,靠近外部盐雾溶液的部位,树脂受损严重,形成更多的分子间氢键,推测水分子、H^(+)沿树脂厚度方向不是均匀分布的。水分子对树脂高分子交联网络产生溶胀作用、在界面产生应力降低界面性能,扫描电子显微镜测试表明,出现了界面脱黏现象;H^(+)会促进酯基的水解并且破坏纤维的完整性,玻璃纤维表面产生了裂纹。老化50 d后GFRP的玻璃化转变温度降低、力学强度下降,层间剪切强度、拉伸强度保留率分别为80.79%,80.22%。

无坐力炮高模量碳纤维缠绕身管损伤行为研究

无坐力炮的轻量化设计是当前的一个重要趋势。高模量碳纤维复合材料因弹性模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等优异性能,广泛应用在无坐力炮复合材料身管。基于NOL环碳纤维缠绕件的宏观力学测试通常用于反映碳纤维缠绕复合材料的性能。本文以M46高模量缠绕制备的NOL环纤维试件为研究对象,通过准静态拉伸和疲劳试验,研究材料的应变响应和拉-拉疲劳行为。结合无坐力炮身管失效准则,将动态应变准则作为高模量碳纤维缠绕复合材料身管性能和使用寿命的标准。结果表明:高模量碳纤维无明显地疲劳累积损伤,抗疲劳特性良好。疲劳过程中应变响应较低,经1000次疲劳载荷循环,相同位置的最大应变变化幅度约为0.2%,无坐力武器身管能保持预定弹道和结构性能良好,满足轻量化和使用寿命设计要求。

Ⅳ型高压储氢气瓶用碳纤维复合材料界面表征与分析

Ⅳ型高压储氢气瓶的结构载荷主要由外层碳纤维复合材料(CFRP)承载。良好的碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)界面性能有助于载荷传递,使CF强度发挥至最大化,提高压力容器的安全性能,另外可以减少CFRP用量,降低成本,从而打破高昂价格带来的应用局限。通过扫描电镜、原子力显微镜、X射线电子能谱仪、动态接触角、微脱黏测试仪及万能试验机对CFRP界面进行了系统的表征与分析。通过分析CF的表面形态、化学成分、润湿性、表面能及界面结合力,揭示了CFRP力学性能与界面性能的相关性。研究表明,CF表面利于形成机械互锁的表面粗糙度、利于化学键结合的含氧活性官能团、利于润湿的极性组分表面能等因素可以增强其与EP的界面结合,最大程度发挥CF的力学性能,使高压容器承载复合材料具有稳定的力学性能。

缠绕成型复合材料制品力学性能测试方法研究

纤维缠绕成型复合材料由于其加工的特点,进行力学测试时存在不同的测试方法。为选择一种更为精确并且简便易行的测试方法,本文综述了缠绕成型纤维增强复合材料制品的几种常见力学性能测试方法及相应标准,结合相关理论对纤维缠绕复合材料力学性能测试的各种方法进行分析,确定了通过NOL环测试缠绕成型制品的方法。

炭布叠层针刺预制体性能分析(英文)

通过X-Y向拉伸强度、Z向剥离强力、NOL环整体拉伸强度表征预制体性能,研究了炭布叠层针刺预制体的结构特点。结果表明:X-Y向拉伸强度反映了针刺对连续纤维的损伤程度,其随针刺密度升高而降低。网胎面密度对Z向预制体剥离强力的影响规律性不明显,3K炭布针刺预制体剥离强力高于6K和12K炭布针刺预制体,斜纹炭布针刺预制体剥离强力高于缎纹炭布预制体。NOL整体拉伸环破坏有完全断裂、褶皱式不完全断裂、层间剥离三种模式;3K缎纹炭布针刺预制体NOL环拉伸强度最低,只有3M Pa,呈现整体拉伸完全断裂破坏模式;12K缎纹炭布针刺预制体呈现层间破坏模式;6K缎纹炭布针刺预制体的破坏方式为褶皱式不完全断裂模式,整体力学性能较好。相同工艺预制体环向拉伸强度远大于X-Y向拉伸强度。

纺丝工艺对T800碳纤维及其复合材料性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和表面接触角测量仪分别对湿法纺丝(T800HB)与干喷湿纺(T800SC)两种纺丝工艺制备的T800碳纤维表面状态进行表征和分析,采用万能材料试验机对二者的复丝、NOL环及单向板的力学性能进行对比研究。结果表明:湿法纺丝的T800HB碳纤维具有更粗糙的表面,而干喷湿纺T800SC碳纤维具有更高的表面活性,“化学活性”和“机械啮合”的共同作用使得两种碳纤维复合材料具有相近的层间剪切强度。但当复合材料发生破坏时,T800HB碳纤维与树脂间“机械啮合”的主导作用更显著,纤维/树脂结合更紧密,使得其复合材料的断裂呈脆性破坏模式,而T800SC碳纤维与树脂结合则稍弱,呈一定程度的韧性破坏模式。T800SC碳纤维比T800HB碳纤维具有更高的复丝拉伸强度,因而相应地,T800SC碳纤维复合材料NOL环和单向板均有更高的拉伸强度。因此,综合两种不同纺丝工艺碳纤维及其复合材料的力学性能和破坏形貌,相比于T800HB,T800SC碳纤维更适合作为缠绕成型复合材料的增强材料。

碳纤维／环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计

根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标,依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进行详细的理论设计计算,确定缠绕参数和工艺。选用的环氧树脂体系力学性能优异,其黏度满足缠绕成型工艺要求,同时复合材料NOL环的断面形貌表明该树脂体系与T800碳纤维界面结合良好。对缠绕成型的压力气瓶进行试验,检测表明,水压爆破试验和疲劳试验结果均满足复合材料气瓶的设计要求。

碳纤维复合材料强度的有限元模拟

碳纤维复合材料在工业上的应用越来越广,但对其材料性质的研究还远不充分。为了节省试验经费,应在进行必要试验的同时对碳纤维复合材料的性质进行模拟计算。本文针对一标准试验,利用ANSYS软件的节点耦合技术和接触分析技术分别对某碳纤维复合材料制成的NOL环进行了拉伸破坏载荷下的强度计算,给出NOL环上各点的周向应力。结果发现,这两种模拟方法与试验值的误差分别为23.6%和5.6%,表明接触分析技术比较精确。

国产芳纶纤维复合材料用环氧树脂体系

研制了一种环氧/芳香胺体系,采用DSC、固化反应动力学分析等方法对树脂体系进行了表征,并对其浇注体、复合材料NOL环以及Φ150 mm压力容器性能进行了研究。结果表明,该树脂体系具有优良的浇注体力学及热性能,其拉伸强度为101 MPa,断裂伸长率达4.1%,弯曲强度为177 MPa,马丁耐热温度为142.2℃;与国产芳纶纤维的界面粘接性能良好,其NOL环层间剪切强度可以达到52.1 MPa,制备的复合材料Φ150 mm压力容器PV/W值可达38.44 km。

张力制度对纤维缠绕炭纤维增强复合材料性能的影响

以NOL环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的张力制度进行水平设计和性能测试,研究了缠绕工艺中张力制度对炭纤维增强复合材料力学性能的影响。试验结果和方差分析表明:a)张力制度对T700/E～51NOL环试件的拉伸性能有显著影响;b)采用张力递减制度能够提高NOL环试件的拉伸性能;c)为了降低试件性能的变异性,需要从工艺上解决张力递减制度的连续性。

EP/PBO复合材料的制备工艺研究

采用自制的专用处理剂处理聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维,研究了PBO纤维增强环氧树脂(EP)(EP/PBO)复合材料的配方体系与制备工艺参数。研究表明,采用EP与4,4-二胺基二苯甲烷(DDS)混合制备的复合材料的剪切强度最高。控制预浸胶带的含胶量为35%～37%,在适宜的缠绕工艺参数与固化条件下,制备的EP/PBO复合材料的NOL环剪切强度达26.28～29.32 MPa。

固化工艺对纤维缠绕炭纤维增强复合材料力学性能的影响

以NOL环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的固化制度进行正交试验设计,研究了固化工艺对纤维缠绕炭纤维增强复合材料力学性能的影响。对试验结果进行了极差分析和方差分析,结果表明,通过正交试验设计方法研究固化工艺对复合材料性能的影响,可以大大减少试验次数;后固化温度下的保温时间对试件力学性能影响最大;目前采用的固化制度不是最优组合,需要进一步寻求最优组合。

纤维表面处理对F-12复合材料剪切性能的影响

本文采用活性涂层、刚性涂层、柔性涂层分别对 F－ 12纤维进行表面处理，并研究了不同涂层对 F－ 12/AE4环氧 NOL环复合材料剪切强度的影响。试验结果表明，各种涂层对其复合材料的剪切性能都有一定的影响。其中，刚性涂层有利于提高 NOL环的剪切强度。

纳米TiO_2改性炭纤维/环氧树脂复合材料性能研究

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)仪和NOL环等方法,对纳米TiO2在环氧树脂(EP)体系中的分散效果、炭纤维表面状态及复合材料性能等进行了系统研究。结果表明:采用高速剪切与超声波复合分散工艺,可以将纳米TiO2均匀分散在EP体系中;当w(纳米TiO2)=2%～3%时,纳米TiO2/EP浇铸体的最大拉伸强度为112 MPa、最大弯曲强度为175 MPa和最大Tg为141.9℃;纳米TiO2可以有效改善炭纤维与EP基体间的界面结合力,形成较理想的界面相,制成的复合材料具有优异的力学性能,其拉伸强度、拉伸模量和剪切强度分别为2.15 GPa、117 GPa和49.9 MPa。