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。

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。

湿法缠绕用T800碳纤维复合材料基体研究

针对T800碳纤维和湿法缠绕的特点,开发了一种适合T800碳纤维湿法缠绕用的树脂基体,测试了该树脂基体与T800碳纤维制成复合材料的力学性能和耐湿热性能。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,层间剪切强度达到101 MPa,NOL环拉伸强度高于2500MPa;单向复合材料经95℃蒸馏水浸泡150h后的平衡吸湿率低于1%、力学性能保留率高,耐湿热性能优良。

T800碳纤维复合材料低速冲击渐进损伤仿真与试验研究

利用有限元软件ABAQUS建立冲击渐进损伤模型,对国产T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的低速冲击损伤进行了数值模拟;同时对复合材料进行低速冲击试验,通过分析不同冲击能量与凹坑深度和损伤形貌的关系研究了层合板的冲击损伤特性.结果表明:在模拟仿真过程中,复合材料冲击时的应力分布像花生状的椭圆形,同时基体的拉伸和压缩损伤大于纤维的拉伸和压缩损伤.在试验中随着冲击能量增大,凹坑深度在35 J左右出现拐点,拐点之前凹坑深度增加缓慢,冲击表面主要是无损伤和几乎不可见的冲击损伤,内部损伤形貌近似圆形;拐点后凹坑深度急剧增加,试样内部损伤形貌逐渐趋于椭圆形,并沿45°铺层方向呈锥形扩展;在65 J时达到穿透性损伤.模拟得到的凹坑深度与试验结果吻合较好,为分析T800碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板受低速冲击后的损伤演化和规律提供了一种有效的方法.

缠绕工艺关键参数对T800碳纤维复合材料壳体强度的影响

纤维缠绕工艺是影响固体火箭发动机复合材料壳体强度的重要因素,缠绕工艺参数对不同复合材料制备的壳体强度影响不同。基于网格理论,使用LS_DYNA进行不同缠绕工艺参数下的壳体强度仿真,开展水压爆破实验,从而研究不同缠绕工艺参数对国产T800碳纤维复合材料缠绕壳体及东丽T800碳纤维复合材料壳体强度的影响,并进行对比分析。结果表明,对于国产T800碳纤维缠绕壳体和东丽T800碳纤维缠绕壳体,[90,±29,90]类型的铺层顺序下壳体破坏区域所受的应力较[±29,90,90]类型的铺层顺序更小;8 mm纱带宽度可以减少纱带间的搭接,提高壳体成型强度。[90,±29,90]的铺层顺序和8 mm的纱带宽度对于国产T800碳纤维复合材料壳体强度发挥更为有利,同时验证了国产T800碳纤维缠绕壳体强度能够满足设计要求。所得纤维缠绕工艺关键参数及结论,可为国产T800碳纤维壳体的设计应用提供借鉴。

含双孔国产T800碳纤维复合材料层合板失效模式研究

含孔复合材料层合板的失效模式与孔的数量和位置等因素有关。为探究含双孔复合材料层合板的失效模式,对不同双孔排布形式下(横孔、竖孔和斜孔)国产T800碳纤维复合材料层合板进行了研究。运用数字图像相关法(DIC)对相机观测到的图片进行处理,得到了三种不同双孔排布情况下复合材料层合板的位移、应变及厚度缩减场,结合拉伸断裂后的损伤形貌分析了对应的失效模式。结果表明:横孔试件的失效模式主要为分层断裂,孔间无开裂现象;其他两种试件的失效模式主要为孔边断裂错位,孔间开裂现象严重。

两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究

研究了两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能,结果表明,与B类纤维相比,A类纤维表面形貌粗糙度高约23%、O/C含量高约7.4%、活性C含量高约20%,微观剪切强度高约10%,A类纤维增强的复合材料冲击后压缩强度比B类纤维高约8%。A类纤维与树脂形成更好的化学与物理结合,界面结合作用较好。

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。

HKT800碳纤维/AG80环氧树脂复合材料制备及性能

对HKT800碳纤维表面形貌、元素、官能团等进行了表征分析;对AG80环氧树脂配方体系进行了优化;然后对HKT800碳纤维/AG80环氧树脂复合材料的力学性能及界面情况进行了测试分析。结果表明,HKT800碳纤维具有比较高的表面活性,表面元素的O/C、N/C比例分别达到了25.2%,4.5%,活性与非活性碳原子之比达到0.91;质量比为100∶30∶3时,AG80/DDS/BF3·MEA树脂体系能够在150℃的工艺条件下固化;HKT800碳纤维/AG80环氧树脂复合材料0°拉伸、弯曲和压缩强度分别达到2 682,1 874和1 639 MPa,层间剪切强度为110 MPa。

T800HB碳纤维复合材料壳体定量化等强度补强技术

文摘T800HB碳纤维性脆,制备的复合材料壳体易在封头部位低压破坏。为克服传统补强方式给筒段纵向带来的冗余质量,采用等强度补强理念,以Φ150 mm壳体为研究对象,借鉴复合材料壳体应力平衡系数,通过应变分析与试验验证,定量化得出等强度增强所需材料的厚度。研究结果表明,定量化等强度补强技术可行、可靠,制备的T800HB碳纤维壳体的爆破压力均达到设计值,筒段纵向材料强度不再富余,特别对提高大长径比壳体的PV/W值有积极作用。

国产T800碳纤维用氰酸酯树脂开发及其复合材料性能

基于飞行器减重对耐高温结构复合材料的应用背景,为了拓展国产T800碳纤维增强氰酸酯复合材料体系的应用,通过对国产T800碳纤维表面上浆剂的分析,开展适于国产T800碳纤维的氰酸酯树脂基体配方设计,研究国产T800碳纤维/氰酸酯复合材料的力学性能和耐热性能,分析树脂基体对复合材料界面性能的影响。结果表明:国产T800碳纤维表面上浆剂中含有环氧基团。配方优化后的氰酸酯树脂与国产T800碳纤维复合后,复合材料的室温-湿态力学性能保持率大于74.8%,200℃力学性能保持率大于57%,玻璃化转变温度为226℃,具有优异的热机械性能和界面性能。

T800碳纤维增强复合材料加筋壁板压缩稳定性试验及工程计算方法验证

国内对T800碳纤维复合材料结构的研究刚刚起步,需要对其加筋壁板的稳定性进行系统地研究。通过改变蒙皮厚度、筋条间距、筋条几何参数等设计8种构型的试验件,进行压缩稳定性试验;考虑侧边边界条件及蒙皮有效宽度的影响,对两种常用的压缩屈曲载荷工程计算方法进行验证。结果表明:在相同筋条面积下,筋条惯性矩提高屈曲载荷增大,加筋壁板的破坏载荷主要取决于壁板的横截面积;蒙皮厚度和筋条间距对屈曲载荷的影响大于对破坏载荷的影响;对于薄蒙皮,当侧边简支且蒙皮有效宽度b=D-b2/2时,计算值与试验值最为接近;对于厚蒙皮,当侧边简支且蒙皮有效宽度b=D时,计算值与试验值最为接近。

T800碳纤维在复合材料压力容器上的应用研究

介绍了T800碳纤维在复合材料压力容器上的研究现状,并针对T800SC-24K碳纤维预浸带性能进行了研究。结果表明,碳纤维预浸带拉伸强度损伤<5%;同时采用T800SC-24K干法预浸带进行了标准φ480和φ1 000 mm压力容器成型,并对其爆破性能进行了表征,复合材料容器特性系数>41 km,纤维发挥强度>4 480 MPa。

T800级碳纤维复合材料螺旋铣磨制孔工艺研究

碳纤维复合材料由于具备强度高、各向异性、层间强度低等特点,加工时易产生毛刺、分层等损伤,是典型的难加工材料。本文针对碳纤维复合材料制孔出入口处易损伤的问题,对金刚石磨头端面进行锥角过渡改进设计,并采用螺旋铣磨工艺,探索T800级碳纤维复合材料轻量化低损伤加工方法,通过正交试验设计研究了刀具结构和工艺参数对制孔质量的影响。试验结果表明:与传统金刚石磨头相比,金刚石磨头端面锥角在60°时,轴向力从75N降至53.5N,降幅28.7%,径向力从35.5N升至128N,涨幅264%,并能获得较为理想的制孔质量,可以实现T800级碳纤维复合材料轻量化加工。

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。

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。

中间相沥青基碳纤维与T800H碳纤维复合材料性能对比

利用山东瑞城生产的中间相沥青基碳纤维(6K)预浸料和T800H碳纤维(6K)预浸料制备了单向复合材料板,并对其性能进行了测试对比。结果表明沥青基碳纤维复材板0°方向的拉伸强度、ILSS、弯曲强度和压缩强度均低于T800H,但其模量均明显高于T800H;导热性能方面,沥青基碳纤维复合板0°方向导热率为311 W/(m·k),而T800H仅为7 W/(m·k)。中间相沥青基碳纤维是国内量产成功的新型特种材料,本文为其使用方向提供了借鉴。

T800碳纤维增强树脂基单向复合材料动态力学性能测试研究

使用霍普金森压杆(SHPB)装置对国产T800碳纤维增强环氧树脂基单向复合材料的动态压缩性能进行测试,根据样品内应力均匀和恒应变率加载要求,优选了整形器尺寸和样品尺寸,并对复合材料的动态压缩性能和失效方式进行了初步探索。结果表明,通过控制退火态紫铜整形器直径和撞击杆入射速度,可以获得具有不同上升沿斜率的加载波,厚度为0.5mm、直径为8mm的紫铜整形器可以获得理想的入射波;厚度为7mm、直径为12mm的圆柱型样品可实现动态压缩过程中的恒应变率加载;在动态压缩条件下,碳纤维增强环氧树脂单向复合材料具有显著的应变硬化和应变率强化效应,其断裂形式包括纤维/基体脱粘、纤维拔出断裂、复合材料整体剪切断裂、基体解理开裂和基体分层剪切断裂等5种混合断裂形式。

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响。结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5%NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82%和0.67%;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5%NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8%,压缩强度降低4.3%;在3.5%NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1%,压缩强度降低4.7%。在两种溶液老化后试样的T g降低,但相差不大。此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据。

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。