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。

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T800级碳纤维本征特性研究进展

综述了近年来对国产T800级碳纤维本征特性的相关研究进展,包括纤维的力学性能、微观物理特性和表面化学特性等,并与东丽T800碳纤维对比,指出了国产T800级碳纤维性能上存在的一些问题。

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。

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。

航空发动机用T800级碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制备及性能

针对航空发动机对高性能耐高温树脂基复合材料的需求,开展了T800级碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制备与性能研究。研制了苯乙炔封端聚酰亚胺树脂基体EC-380A,开发了T800级碳纤维预浸料连续制备技术,获得了复合材料性能。树脂具备370℃~400℃耐温能力,可采用热压罐工艺成型。T800级碳纤维/EC-380A复合材料表现出耐高温、高强度、高模量和高韧性特点:室温下拉伸强度和模量分别达到2120 MPa和169 GPa,冲击后压缩强度(CAI)达到256 MPa,370℃孔拉强度和模量高温保持率达到97%和84%以上。制备了典型结构件,安全裕度充足。

CF增强PEEK复合材料原位成型与容器性能研究

采用激光原位铺放方法,制备了CF/PEEK复合材料层合板和压力容器,并通过内压爆破试验,对CF/PEEK压力容器的内压承载性能进行了表征。结果表明,研制的CF/PEEK压力容器有效爆破压强为18.33MPa,容器特性系数为40.3km,具有较为优异的内压性能。

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。

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。

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。

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。

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级碳纤维及复合材料性能对比研究

对SYT55、T800H和T800S级碳纤维单向板力学性能、表面形貌以及纤维界面性能进行逐级对比研究。结果表明:国产碳纤维SYT55拉伸性能达到同级别进口碳纤维水平;在单向板力学性能中,SYT55级碳纤维拉伸、弯曲和压缩性能明显优于T800S和T800H级碳纤维;表观分析中,T800H级碳纤维为湿法丝,SYT55和T800S级碳纤维为干喷湿纺丝,SYT55碳纤维直径最小为5.28μm;界面性能评价,T800S级碳纤维的ILSS最低,界面效果最差,T800H和SYT55级碳纤维的ILSS和断裂截面均表现出较好的表面处理效果;综合评价,T800级别级碳纤维,SYT55级碳纤维与树脂展现出较好的匹配性,利于后期复杂复材构件的制作和应用开发。

国产800级碳纤维表面状态及其复合材料界面性能

通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、复丝拉伸法、单丝拉伸法及单丝断裂法对3种国产800-12K碳纤维表面状态及其复丝拉伸性能、单丝复合体系的界面性能进行系统分析与研究。结果表明：3种国产800级碳纤维表面均较为光滑,纤维的粗糙度为9-17nm,纤维表面含氧量较高且稳定,O/C在0.23~0.27之间;3种国产800级碳纤维复丝拉伸强度相当,质量控制稳定,断裂伸长率为1.9左右,纤维与树脂基体匹配性较好;3种国产800级碳纤维单丝拉伸强度不稳定,纤维的表面化学活性对纤维与树脂基体的界面结合强度影响显著。

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。

T800H碳纤维表面特性及T800H/BA9918复合材料湿热性能研究

为了研究T800H碳纤维的表面特性及其与BA9918树脂的界面匹配性,分别采用SEM、AFM、XPS和TGA对T800H碳纤维表面形貌、表面化学特性以及碳纤维上浆剂热稳定性进行表征,测试了T800H/BA9918复合材料湿热处理前后0°压缩强度、90°拉伸强度和层间剪切强度,并得到了其在湿热处理前后的开孔压缩和冲击后压缩性能.测试发现T800H碳纤维表面有明显的沟槽,有利于表面机械啮合作用;T800H/BA9918复合材料经29 J能量冲击后压缩强度为314 MPa;在130℃湿态环境下其0°压缩强度和层间剪切强度保持率高于58%,开孔压缩强度保持率高于60%.试验结果证明T800H碳纤维与BA9918树脂具有良好的界面匹配性,T800H/BA9918复合材料具有优异的耐湿热性能.

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。