T700碳纤维复合材料与30CrMnSiA高强钢在NaCl溶液中的电偶腐蚀行为

为了探究碳纤维复合材料与高强钢在相互接触时实际使用的可行性,将T700碳纤维环氧树脂复合材料与30CrMnSiA高强钢置于NaCl溶液中进行电偶腐蚀,研究了温度、NaCl浓度、pH值对二者电偶腐蚀行为的影响。采用电化学法测试了二者在3.5%NaCl溶液中的开位电位,采用扫描电镜观察二者电偶腐蚀前后的形貌。结果表明:碳纤维与高强钢在NaCl溶液中接触时会发生严重的电偶腐蚀;温度、NaCl浓度及pH值对电偶电流有较大的影响;高强钢电偶腐蚀后,表面有一层暗红色的铁锈,腐蚀严重;随着腐蚀的进行,碳纤维环氧复合材料表面树脂由于溶胀作用遭到剥离,碳纤维露出得越来越多,进一步加快了高强钢的腐蚀。

国产MT700碳纤维复合材料螺栓连接强度实验研究

对国产MT700与进口T700S碳纤维复合材料单螺栓连接结构的静拉伸强度进行实验研究,分析了两种材料的载荷-位移曲线特征、连接强度特性及破坏形式。实验结果表明:国产MT700/603层合板连接部位的承载能力及结构稳定性均优于进口T700S/603层合板,M5及M6单螺栓连接破坏强度分别提高了12%和10%;另外,国产MT700/603层合板胶-螺混合连接有效提高了整体连接强度和安全设计裕度,胶层破坏后,M5与M6单螺栓胶-螺混合连接剩余强度系数分别达到65%和88%。

高低温对碳纤维/环氧树脂复合材料高压气瓶的性能影响

为了获得T1000碳纤维/环氧树脂复合材料高压气瓶环境适应能力,有效地掌握气瓶高低温适应性固有规律,以容积50 L、工作压力30 MPa的复合材料气瓶(钛为内衬、碳纤维/环氧树脂为复合层)为研究对象,首先介绍了高低温循环下带压气瓶(在-40~80℃范围内成功通过热真空、热循环验证,具备高压承载能力)的热真空、热循环试验数据,然后采用与气瓶相同复合材料的拉伸试样(缠绕角分别为0°和90°),通过高低温极限摸底试验获得了复合材料经历不同梯度高低温后的拉伸性能数据,通过数据比对分析获得了高低温影响拉伸强度衰减的规律。同时,提出了一种高低温极限摸底试验的可靠性评估方法。结果表明,在-50~100℃范围内,试样拉伸强度及断裂伸长率变化较小;当温度高于100℃时,纤维和树脂的性能发生衰减,导致拉伸强度明显降低;当温度低于-50℃时,树脂的性能发生衰减,纤维受到的影响较小。试样高低温极限摸底试验的可靠度大于0.999,表明采用拉伸试样高低温拉伸强度数据的替代方式具有较高的等效性。

纺丝工艺对T700级碳纤维及其复合材料性能的影响

采用同种上浆剂对不同纺丝工艺国产T700级碳纤维进行上浆,测试分析了不同纺丝工艺碳纤维的表观性能、接触角、展纱性、毛丝量及硬挺度,并对两种纺丝工艺碳纤维制备的复合材料的力学性能进行了测试分析。结果表明:干喷湿纺碳纤维的表面光滑,截面形状基本为圆形,湿纺碳纤维的表面有沟槽,截面形状大部分为近圆形或椭圆形,少量为腰形;干喷湿纺碳纤维在耐磨性、集束性和硬挺度方面均优于湿纺碳纤维,而湿纺碳纤维的展纱性及浸润性优于干喷湿纺碳纤维;干喷湿纺碳纤维制备的复合材料的层间剪切强度比湿纺碳纤维的高12%,干喷湿纺碳纤维制备的NOL环的拉伸强度及强度转化率也高于湿纺碳纤维的。

国产T700碳纤维用环氧树脂及其复合材料性能研究

本文针对国产碳纤维特点研制一种新型改性环氧树脂配方,测试CCF700S碳纤维NOL环、单向板以及Ф150mm标准容器水压爆破,并对爆破后复合材料结合SEM对碳纤维的微观结构进行表征。试验结果表明,该改性环氧树脂体系与CCF700S碳纤维浸润性好,界面粘接能力强,力学性能优异,改性环氧树脂体系适用于CCF700S碳纤维湿法缠绕工艺。

盐环境对含孔损伤碳纤维复合材料的性能影响

研究了含孔损伤T700碳纤维/环氧树脂基复合材料在不同浓度、时间和温度的盐溶液环境老化后的性能变化并分析其破坏机理。对其进行盐溶液水浸老化吸湿试验后,分析其质量变化、老化前后SEM微观形貌、玻璃化转变温度、红外光谱分析和开孔拉伸性能。结果表明,盐溶液的浓度对材料性能影响较小,而盐溶液老化的时间和温度对其影响明显,随温度和时间的增加吸湿速率越快,玻璃化转变温度下降幅度越大,试样形貌损伤破坏越严重,纤维与基体界面发生破坏,开孔拉伸强度明显下降。

加工参数对T800碳纤维增强复合材料铣削质量的影响

增大层厚和增加牺牲层加工工序,是控制大型航空碳纤维复合材料构件形变和装配精度的重要手段,然而如何对其牺牲层进行大余量高效铣削的同时确保无撕裂分层损伤面临挑战。表面柔软的玻璃纤维保护层和内部坚硬的碳纤维复合材料牺牲层因二者的材料性能差异较大,在铣削加工过程中很难同时确保二者均无毛边和分层。为此以某大型航空构件使用的T800碳纤维增强复合材料侧面铣削为例,开展了加工参数对材料铣削质量的影响试验研究,通过分别对硬质合金玉米铣刀、金刚石涂层铣刀、碳纤维专用复合铣刀和双刃聚晶金刚石铣刀4种不同结构形式刀具的铣削力、铣削温度以及加工表面粗糙度进行试验研究,分析了不同加工参数对表面加工质量的影响。试验结果表明:加工表面毛边高度随主轴转速的增加有减小的趋势,随进给速度和径向切深的增加有增大的趋势;较高的铣削温度会引起不同方向的纤维断裂位置发生偏移,导致加工表面粗糙度增大;采用锋利的刃形和多微刃铣削方式,在确保内部碳纤维增强复合材料加工质量的前提下,能够显著改善加工表面的毛边现象,使用左右旋微刃结构的刀具可以使铣削过程更加稳定。

国产T800H 碳纤维/环氧树脂复合材料化学结合及特性研究

研究了国产T800H碳纤维/环氧树脂复合材料湿热处理前后力学性能,并通过扫描电镜观察湿热后复合材料界面结合状态。结果表明,国产T800H碳纤维表面有沟槽,粗糙度大,有利于纤维与树脂形成更好的物理结合。同时,国产T800H碳纤维表面有活性官能团,有利于纤维与树脂形成更好的化学结合。国产T800H碳纤维与树脂基体的界面结合强度高,微观界面剪切强度可达56.38 MPa。湿热处理后复合材料力学性能略有下降,0°压缩强度及开孔压缩强度保持率66%以上,层间剪切强度保持率47%,表明国产T800H碳纤维/环氧树脂复合材料具有较好的耐湿热性能。

国产T700S碳纤维增强复合材料压力容器的成型工艺

分别采用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪对国产T700S碳纤维表面形貌及表面涂层进行了表征,通过NOL环实验对两种树脂体系进行优选,找到了一种与国产T700S碳纤维匹配性较好的树脂体系,然后设计正交试验,对影响?150 mm复合材料压力容器成型的因素设置了不同的水平,通过正交试验比较,最终确定缠绕张力为40~50 N﹑封头补强方式为碳布补强环补强﹑胶槽温度55~60℃、刮胶板和滚胶筒间隙0.15~0.20 mm、缠绕后处理方式为玻璃布带环向/螺旋向各缠绕1层时,制作的复合材料压力容器特性指数最高(37.5 km),可作为国产T700S碳纤维进一步工程化应用的参考。

T700碳纤维/环氧复合材料力学性能试验研究

本文对日本东丽、东邦公司生产的T700碳纤维的单向板力学性能进行了试验研究,提供了两种纤维复合材料的标准试验数据;对于两种碳纤维的单向板纵向拉伸性能的差异,运用材料力学方法、最弱环定理进行了分析,发现TOHO T700碳纤维/环氧单向板拉伸强度较差的原因可能来自于纤维本身和隐含缺陷较多造成;同TOHOT700碳纤维相比较,TORAY T700碳纤维较为适用于纵向拉伸要求较高的产品。通过标准试验方法对TORAY与TOHO两种T700碳纤维进行单向板压缩性能、单向板层间界面性能比较表明,两者抗压性能,界面性能相近。

T-700碳纤维增强复合材料的激光辐照性能研究

采用Rofin-Sinar850型CO2激光器研究了T-700碳纤维/环氧树脂及T-700织物/酚醛树脂2种复合材料体系的激光辐照特性。研究表明,T-700碳纤维增强树脂基复合材料在激光辐照时均首先产生燃烧现象。在CO2激光器的输出功率2355(±3%)W、光斑直径10mm、光斑功率密度3kW/cm2、辐照时间3s条件下,T-700碳纤维/环氧树脂与碳布/酚醛树脂复合材料的质量损失相当,质量损失最大为0.1666g。在激光辐照下,增加T-700碳纤维/环氧树脂复合材料厚度可以起到明显的隔热作用,在碳布/酚醛树脂复合材料表面粘贴DQ绝热层可有效提高激光辐照隔热性能。

国产T700级碳纤维表面特性对BMI复合材料湿热性能的影响

分别采用SEM、AFM、XPS和TGA对两种国产T700碳纤维和国外东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面化学特性以及碳纤维上浆剂耐热性进行了表征,通过纤维性能转化率的计算,考查了T700碳纤维/双马复合材料的界面粘结性能,并通过T700碳纤维/双马复合材料湿热条件处理前后的0o拉伸强度和层间剪切强度测试对复合材料的耐湿热性能进行了表征。研究发现T700碳纤维的表面粗糙度和活性官能团含量等表面特性对双马复合材料的界面粘结性能具有显著影响,进而在一定程度上影响着双马复合材料的耐湿热性能。研究结果表明:国产T700碳纤维/双马树脂复合材料的耐湿热性优于国外同类T700碳纤维双马复合材料。

三种T700级碳纤维及其复合材料性能比较

对MT700、T700-A及T700-B三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒轴压稳定性进行逐级对比研究。结果表明:MT700碳纤维拉伸性能达到同级别进口碳纤维水平且具有高模量特征;MT700碳纤维表面均布沟槽的结构特点使得MT700/603复合材料体系表现出良好的界面性能和拉伸-压缩匹配性,单向板压缩强度、层剪强度及弯曲强度均明显高于T700-A/603和T700-B/603;MT700/603网格加筋圆筒轴压破坏强度及模量分别达到870 k N和108.2 GPa,相比于T700-B/603分别提高11.5%和33.1%。MT700碳纤维更适用于制备航天领域结构复杂承力构件。

国产T700级碳纤维及复合材料性能表征

研究了两种国产T700级碳纤维微观形貌以及相应的环氧树脂基复合材料的基本力学性能,并与日本东丽T700碳纤维进行比较。结果发现,与表面光滑的东丽T700碳纤维相比,国产碳纤维表面有颗粒附着,呈凹凸不平的形貌;国产Ⅰ型和东丽碳纤维较国产Ⅱ型碳纤维的力学性能稳定性更好,国产Ⅰ型碳纤维与东丽纤维力学性能数据相近,其中国产Ⅰ型碳纤维复合材料拉伸强度为2323MPa、拉伸弹性模量为143GPa、弯曲强度为2327MPa、弯曲弹性模量为140GPa。

国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.

国产T700级碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能

分别以日本东丽T700S和国产T700级碳纤维作为增强体,采用热压罐成型工艺制备了双马来酰亚胺树脂基复合材料。对比研究了两种碳纤维表面物理、化学状态以及复合材料的微观界面性能、层间剪切性能。结果表明,国产T700级碳纤维表面沟槽结构分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。虽然两种碳纤维的含氧官能团相当,但国产T700级碳纤维表面元素氧碳比较高,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用,其界面剪切强度较T700S碳纤维复合材料高约14%,复合材料的层间剪切强度高约19%。

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800碳纤维表面上胶剂的基础上,系统研究了适用于制备高性能T800碳纤维复合材料的树脂基体,测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能,研究了树脂基体对T800碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明,T800碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高,与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性,经复配和优化的树脂体系其T800碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa,NOL环拉伸强度达到2530MPa,玻璃化温度(Tg)达到213℃,具有优异的界面性能和耐热性能。

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。

T800碳纤维复合材料界面吸湿性能分析

本文研究了不同类型的树脂基体对T800碳纤维复合材料界面性能的影响,对比不同树脂体系的T800碳纤维复合材料于95℃蒸馏水中的吸湿特性,分析复合材料经吸湿后的动态热机械性能的变化。结果表明,以改性芳香胺为固化体系的树脂基体制备的T800碳纤维复合材料具有优良的界面性能。TDE85树脂/改性芳香胺体系的T800碳纤维复合材料干态层间剪切强度达到122MPa。95℃蒸馏水浸泡后,该复合材料的平衡吸湿率低于普通芳香胺固化体系,且玻璃化转变活化能变化幅度也较小。

碳纤维增强尼龙PA6T/66共聚物复合材料的制备及性能研究

利用双螺杆挤出机熔融共混的方法制备了不同含量的碳纤维(CF)与尼龙共聚物(PA6T/66)复合材料,通过差示扫描量热仪、热重分析仪、扫描电子显微镜和力学性能测试研究了该复合材料的热性能、力学性能和断面形态结构。结果显示,复合材料的起始分解温度均在400℃以上,熔点都在300℃左右。随着CF含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都相应增加,当CF质量分数达到40%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达到最大值:226.1 MPa、354.7 MPa、54.1 k J/m2。