短切CF/PEEK复合材料的制备及抗紫外老化性能

CF/PEEK复合材料因轻质高强、耐腐蚀抗老化等特点,在各领域中被广泛应用,而其在成型过程中不可避免地会产生边料、废料,因此针对CF/PEEK回收再利用的研究很有意义。由于PEEK熔点高、溶体粘度大等特点,此类材料回收再利用困难,本工作通过添加一定量的PEEK树脂粉末的方法,改善短切预浸料的热压工艺性,通过紫外线加速老化实验,研究紫外老化对复合材料微观形貌、力学性能等的影响,并结合主成分分析法综合评价短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能,为热塑性预浸料和热塑性复合材料制品的回收再利用提供参考。研究结果表明:添加了树脂粉末的复合材料表面质量和力学性能得到明显的提高。试样表面的树脂基体在紫外老化作用下会出现粉化开裂并逐渐脱落的现象,在表面形成孔洞、裂纹等缺陷,紫外老化时间越长,复合材料表面受损越严重,力学性能下降越明显。通过主成分分析法得到,树脂添加量对短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能影响不大。

高强中模碳纤维增强高耐热双马树脂复合材料性能

研究了一种耐高温改性双马来酰亚胺树脂(805)的工艺特性、流变特性和耐热性能,在此基础上制备了TG800/805国产高强中模碳纤维复合材料,并对高温及室温的力学性能和断裂微观形貌进行了表征。结果表明:805树脂的最低黏度为1.6 Pa·s,具有良好的工艺性;TG800/805复合材料具有优异的力学性能,经280℃热处理后,其弯曲强度和层间剪切强度在280℃的保持率分别为68%和52%,其玻璃化转变温度(Tg)为356℃,说明研制的TG800/805材料体系可以在280℃高温下较长时间使用。

基于碳纤维的层合结构双极化电磁吸波及其弯曲性能设计

针对现有飞行器复合材料蒙皮难以兼顾承载性能和吸波性能的问题,利用碳纤维预浸料独特的力电特性构造了碳纤维双极化吸波层合结构(carbon fiber dual⁃polarized absorbing laminated structure,CFDALS).通过在玻璃纤维层合结构中引入双向碳纤维阵列结构,赋予层合结构双极化电磁波吸收特性,同时利用碳纤维反射层优异的承载性能来增强结构力学性能.电磁仿真结果表明,该结构对TE极化电磁波在8~18 GHz频带、0°~45°入射角,同时对TM极化电磁波在5~18 GHz频带、0°~60°入射角下平均吸收率均达到90%以上.三点弯曲仿真结果表明,结构在实现双极化电磁吸波的同时,在碳纤维阵列两个排列方向上表现出较高的比弯曲强度、比弯曲刚度.通过在玻璃纤维预浸料中引入双向排列的碳纤维预浸料并进行一体化设计,在结构具备双向优异承载性能的同时实现了双极化电磁吸波性能的显著增强,为飞行器蒙皮隐身承载一体化设计提供了一种新的解决方案.

民机用碳纤维预浸料多余物的预防与控制

针对民机用碳纤维预浸料多余物的定义与分类作详细介绍,对产品与工艺设计、采购、生产、检测、装运等过程的多余物防控措施进行详细说明,对多余物的调查流程进行概述。

碳纤维增强热固性织物预浸料压实行为的试验研究

以万能试验机为平台设计了一种表征预浸料压实行为的试验方法,探究了国内外两种型号碳纤维/环氧树脂织物预浸料在不同温度、压力及铺层数下的受压响应变化规律,以此研究了在热压罐成型过程中预浸料未发生固化反应前的压实行为。结果表明:在阶梯式加压试验条件下,预浸料压实过程包括受压起始突变阶段、力保载蠕变阶段和加载后期厚度趋近阶段;压实应变随温度升高而增加,但达到一定温度后应变开始趋近于一个极限应变,18层铺层下,Cycom970预浸料在85℃之后达到极限应变0.186,国产预浸料在105℃之后达到极限应变0.301;不同压力、铺层数也会对预浸料压实行为产生影响,但两种预浸料表现出不同的变化规律。

中温环氧MF6052高模碳纤维织物复合材料性能研究

以中温环氧树脂为基体,以MF6052高模碳纤维织物为增强材料,通过热熔两步法成功制备了一种预浸料,制备出的预浸料具有良好的物理和工艺性能。并采用模压成型工艺制备了复合材料层压板,复合材料表现出良好的室温力学性能、较高的拉伸模量和优异的疲劳性能,拉伸模量达94.0 GPa,拉伸疲劳强度达353 MPa。相比中温T300级和T800级碳纤维织物预浸料复合材料,拉伸模量分别高出44%和34%,疲劳性能与T800级碳纤维织物预浸料复合材料相当,同时面内剪切性能和层间剪切性能良好,表明研制中温环氧树脂与MF6052高模碳纤维织物界面结合良好,成功实现了中温环氧高模碳纤维织物预浸料的国产化研制。

吸湿及烘干对复合材料共胶接断裂韧性的影响

已固化的复合材料层板在存放过程中会吸收环境中的水分,继而对复合材料的胶接性能造成影响。通过I型断裂韧性表征共胶接性能,针对两种T800级碳纤维增强环氧树脂基复合材料待胶接层板进行吸湿及烘干处理,接着采用两种胶膜材料(M型及E型)制备共胶接试验件,开展I型断裂韧性测试,得到待胶接层板的吸湿曲线,待胶接层板吸湿后的胶接性能变化规律,以及烘干后胶接性能的恢复情况。试验结果表明:随着吸湿时间的延长,待胶接层板的吸湿率增加,层板1的最大吸湿率和吸湿速率都明显高于层板2;同时随着吸湿率增加,共胶接层板的断裂韧性降低,且M型胶膜的胶接性能始终强于E型胶膜的胶接性能;通过将待胶接层板进行烘干处理可以较大程度恢复复合材料的胶接性能,因此可选择合适的烘干工艺以解决吸湿后胶接性能下降的问题,但烘干处理无法使吸湿后的层板1与E胶膜胶接的试验件胶接性能恢复。

连续碳纤维增强热固性预浸料层间滑移行为的研究

复合材料热压罐成型过程中,预浸料的层间滑移性能是影响带曲率构件成型质量的一项重要指标。利用自行设计的测试装置探究了两种不同型号碳纤维/环氧树脂预浸料在不同温度、不同压强及连续升温滑移下的层间滑移行为。结果表明:温度是影响预浸料层间滑移行为的重要因素,温度的改变使树脂黏度产生变化,同时改变了树脂在预浸料表面的分布,导致层间滑移阻力发生变化;预浸料层间滑移阻力随压强的增加而增大,600 kPa压强下预浸料的树脂层仍能起到润滑作用,摩擦机制不发生改变;两种预浸料层间滑移行为随温度升高变化趋势不同,Cycom970和国产预浸料分别在65℃左右、145℃左右时被加压可使预浸料层受到较小的滑移阻力。

基于熔融浸渍的3D打印用连续碳纤维预浸渍设备开发

采用喷嘴内浸渍工艺的打印构件孔隙率高、力学性能差,且难以通过剪断续打实现选择性增强功能。为提高树脂与纤维之间的界面结合性能,开发一套基于熔融浸渍工艺的连续碳纤维预浸渍设备。利用该设备能够将打印性较差的碳纤维原丝制备成具有较高强度和韧性的连续碳纤维预浸丝,从而提高打印构件的力学性能。详细介绍预浸渍设备各部分的结构设计以及整个设备控制系统的搭建工作,并对利用该设备制得的碳纤维预浸丝进行拉伸试验,评估其力学性能;利用扫描电子显微镜观察预浸丝横截面的微观形貌。结果表明:经过预浸渍设备处理的碳纤维预浸丝的极限拉力达到130 N,与碳纤维原丝相比提高了83%;预浸丝内部大部分纤维单丝被基体树脂均匀包裹,有效减少了孔隙缺陷。

碳纤维树脂基复合材料的层合板工艺对其表面粗糙度的影响

由碳纤维树脂基复合材料层合板制备的波导管,其内表面粗糙度是造成电磁波散射损耗的重要因素。为了探究层合板工艺参数对碳纤维树脂基复合材料层合板表面粗糙度的影响,以单向布、平纹布及斜纹布碳纤维预浸料为原料制备碳纤维树脂基复合材料层合板。通过对不同工艺制备的碳纤维树脂基复合材料层合板的表面粗糙度进行表征,研究了增强织物结构、铺设层数、铺设方式、脱模剂、预固化保温温度和保温时间对其表面粗糙度的影响。结果表明,增加预浸料的铺设层数可以有效降低碳纤维树脂基复合材料层合板的表面粗糙度,当铺设层数为6层时,单向布、平纹布及斜纹布碳纤维树脂基复合材料层合板的表面粗糙度相比铺设层数为1层时分别减小了60.1%、90.0%、83.5%。通过对层合板工艺的研究发现,预固化保温温度为90℃、保温时间为30 min时碳纤维树脂基复合材料层合板的表面粗糙度最小,并且当脱模剂涂覆层数大于3时,层合板的表面粗糙度基本不受脱模剂影响。

嵌件注射成型连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料力学性能

研究嵌件注射方式制造嵌件样条的可行性与回火工艺对制品性能的影响。使用连续碳纤维预浸带贴片(30 mm×20 mm×0.15 mm)作为嵌件,尼龙6(PA6)材料作为塑件,注射加工完成嵌件制品的制备。将制品压制成拉伸和弯曲样条(45 mm×5 mm×2 mm),并对嵌件样条表面进行回火处理,对比回火前后样条力学性能的变化。结果表明,回火处理后的嵌件样条的拉伸和弯曲性能都有相应的提高,平均拉伸强度达到了52.03 MPa,平均弯曲强度达到了64.65 MPa,平均弯曲模量达到了2 458.18 MPa,约是纯尼龙样条的2.7倍。根据拉伸后样条的断裂情况,使用光学显微镜观察了嵌件制品的界面黏结性。在拉伸断裂面上未观察到嵌件与塑件之间的空隙,表明两者间的黏结性良好。因此,连续碳纤维预浸带作为嵌件通过注塑成型和回火处理,可提升制品的综合性能。

上浆剂对碳纤维预浸料层压板性能的影响

使用3种不同的上浆剂对碳纤维进行处理,用得到的碳纤维样品制备预浸料,评价了不同上浆剂处理后碳纤维的表面自由能以及丝束的展纱性能,将得到的预浸料制备成标准样件测定了力学性能。结果表明:3种上浆剂处理后碳纤维的表面性能有轻微差别,复合材料的层间剪切强度的差别也不明显。丝束的展纱性越好,复合材料的拉伸强度越高。上浆剂对层压板拉伸强度的影响程度约7.3%。

碳纤维环氧树脂复合预浸料层合板的应用研究

采用层间涂层法+模压工艺制备了航空零部件用预浸料层合板,研究了BN含量对预浸料层合板物相组成、显微组织、导热和力学性能的影响。结果表明,预浸料层间涂层有良好结晶性,C、O、N和B元素都在层间树脂中均匀分布,未见明显偏聚现象。添加BN的预浸料层合板的导热系数都高于未添加BN的预浸料层合板,且温度越高,相同BN含量下预浸料层合板的导热系数越大。添加BN的预浸料层合板的固化反应起始温度、峰值温度和结束温度都高于未添加BN的预浸料层合板,且添加7%BN时预浸料层合板的峰值温度和结束温度最高。随着BN含量增加,预浸料层合板的弯曲强度和冲击强度先增加后减小,在BN质量分数为7%时取得最大值。

一种碳纤维预浸料维修补片的固化工艺与性能

碳纤维预浸料作为外场胶结维修补片的主要材料,其固化工艺将直接影响补片的微观结构和力学性能。针对一种碳纤维预浸料进行差示扫描量热测试,研究预浸料的固化反应特征温度和固化动力学参数,并对不同固化工艺的维修补片进行微观形貌分析和拉伸性能测试。结果表明,不同固化保温时间得到的试样样条拉伸性能有明显差别,且拉伸强度和弹性模量随固化保温时间的增加而增大,充分的固化使得试件性能变得更为均匀,但拉伸破坏应变保持不变。保温时间越长,随着固化度的增加,树脂和碳纤结合地更加良好,因此复合材料的拉伸性能更好。该碳纤维预浸料在温度436.4K条件下固化,并保温120min制作的维修补片具有最佳拉伸力学性能。

国产高强高模PAN基碳纤维预浸料的制备及性能研究

以国产CNI QM55高强高模聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、氰酸酯树脂为原料,利用热熔法制备高强高模PAN基碳纤维预浸料,通过纤维面密度、树脂含量、挥发分含量等来评价预浸料的物理性能,结合单向板的微观形貌与层间剪切强度分析单向板的界面结合性能,并对预浸料铺制单向板的力学性能进行表征。结果表明:CNI QM55碳纤维预浸料的纤维面密度为145 g/m^(2),树脂质量分数为35.5%,挥发分质量分数为0.164%,预浸料的物理性能满足复合材料的性能要求;以CNI QM55碳纤维预浸料制备的单向板0°拉伸强度为2 429 MPa, 0°拉伸模量为328.4 GPa,弯曲强度为1 171 MPa,弯曲模量为280 GPa,压缩强度为783 MPa,压缩模量为257 GPa,层间剪切强度为65.2 MPa,具有较好的界面黏接性能和力学性能,可满足加工应用要求。

双马来酰亚胺/碳纤维蜂窝夹层结构孔隙优化

双马来酰亚胺(BMI)树脂/碳纤维(CF)预浸料作为蒙皮结构与芳纶纸蜂窝芯共固化工艺既要控制蒙皮的成型质量,又要控制蜂窝与蒙皮的黏接质量,同时蜂窝芯零件的耐压较小,因此针对共固化工艺过程中经常出现的孔隙问题进行研究。通过对孔隙数学模型进行分析,基于BMI树脂预浸料高挥发分和高流动的特性,对成型过程中预浸料铺层数、袋内真空压力、预浸料树脂含量调节不断优化。以无损检测和金相分析为手段,分析了成型工艺过程中的影响因素。研究发现,BMI/CF预浸料在蜂窝夹层结构中的孔隙率与铺层层数、袋内真空压力和BMI树脂含量有关。孔隙的产生主要是由于挥发分在预浸料和胶膜界面处的浓度差异引起的,当预浸料铺层层数≤10层时,蜂窝夹层件孔隙<1.5%;当预浸料铺层层数>10层时,蜂窝夹层件孔隙>1.5%。通过吸胶工艺及调节袋内真空压力能够有效地降低蜂窝夹层结构中的孔隙含量。

连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料模压成型的表面质量研究

模压是热塑性材料制备产品时的一项重要工艺,而模压成型的表面质量是产品整体质量评估的重要参考。本文通过对聚苯硫醚碳纤维预浸料基本特性研究,采用自行设计的直角模具及温控系统对缎纹织物预浸料、单向预浸料进行了模压试验,综合考虑了加热温度、模具温度、冷却时间、压力、铺层与折弯角对塑型表观的影响。结果表明,预浸料在特定的温度范围内更利于树脂的浸渍,同时可保持在一定的黏度下还不发生外流;降温与压力的合理配合能使成型表面更加平整光亮,单向预浸料铺层形式会影响模压成型的表面质量,而织物预浸料影响较小;模压成型时,产品的局部形状变化更容易产生质量缺陷,应尽量避免尖角或大曲率过度设计。

基于预浸料挖补修理法的轨道车辆用CFRP结构修复研究

采用碳纤维预浸料结合损伤挖补修理法修复轨道车辆用碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板,研究了打磨斜度、打磨阶梯数、修复补片结构等参数对修复件压缩性能的影响,并利用数字图像相关测试系统探究了修复件的断裂特性。结果表明:各因素对CFRP层合板修复件压缩强度的影响大小依次为补片结构、打磨阶梯数、打磨斜度,各因素对CFRP层合板修复件刚度的影响大小依次为补片结构、打磨阶梯数、打磨斜度;当打磨斜度为15,打磨阶梯为4阶梯、补片结构为[+45/-45]_(8s)时,CFRP层合板的修补效果较好;在CFRP层合板修复过程中需避免使用0阶梯+编织补片的组合进行修复,同时应避免打磨斜度过大,使修补区过于接近补板边缘,造成修补效果不理想。

碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置,制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体,测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律,并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响.结果表明:热隔膜成型过程中,采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合,可保证预浸料温度的分布均匀性;成型温度过低时,预浸料粘性大、层间滑移能力差,导致预成型体拐角处出现纤维褶皱,并且内部孔隙偏多;预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近,则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷,因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内.

消泡剂对真空压力成型复合材料质量与性能的影响

分析了消泡剂移除树脂体系中气泡的原理,研究了消泡剂BYK-A560对真空压力成型VB-90/T700复合材料质量和性能的影响。结果表明:消泡剂BYK-A560的加入显著降低了复合材料层压板的孔隙率,改善了复合材料层压板的质量,提高了复合材料的基本力学性能。消泡剂对复合材料耐热性影响不大,真空压力成型的BYK-A560改性VB-90/T700复合材料的长期使用温度可以达到90℃。