钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接静力学性能研究

对钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接进行静力学性能研究。先对相同试件宽度及连接端距下的2种不同料厚组合的钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接试件进行静力学试验,而后对同一料厚组合不同试件宽度W及连接端距E下的盲端拉铆连接组合进行静力学试验,以研究钢板与碳纤复合材料盲端拉铆连接的静力学性能、失效模式以及试件宽度、连接端距对其静力学性能的影响。研究表明:采用盲端拉铆钉连接钢板与碳纤板可获得较好的力学性能;碳纤板与钢板盲端拉铆连接组合的失效模式及连接最大破坏载荷与三维编织碳纤板切割方向相关;试件宽度及连接端距对连接的失效模式及最大破坏载荷均有影响。

三维编织异型碳纤维预制体的研究

新一代武器装备的快速发展和战略技术指标的不断提高,迫切需要在高性能纤维增强复合材料生产工艺和制备技术方面加速攻关突破。三维编织碳纤维预制体由于其可设计性强,特殊的耐腐蚀性能,耐疲劳性好等优点,在各种武器装备的轻量化、小型化和高性能化上起到了至关重要的作用。以三维编织异型碳纤维预制体为对象,研究数字模拟三维编织动程,分析分散减纱工艺及不等层设计工艺原理,为三维编织异型碳纤维预制体的净近成型的实现作理论参考。

玻纤/碳纤三维编织一体成型多异质界面复合材料电磁屏蔽性能

为减少电磁波在碳纤维复合材料表面反射,减少二次污染,采用玻纤作为阻抗匹配层,为增强复合材料对电磁波的吸收,构造玻纤-碳纤多异质界面,通过多次反射延伸传播路径消耗电磁波;采用三维混杂编织工艺设计并制备3种玻纤/碳纤一体成型多异质界面预制件,再通过真空辅助树脂传递模塑成型技术固化得到复合材料H-G/C、H-G/C/G和H-G/C/G/C,研究分析3种复合材料的电磁屏蔽性能和轴向静态压缩性能。结果表明,3层结构的H-G/C/G复合材料在频率为12.34GHz时屏蔽效能高达71.14dB,X波段内平均吸收功率系数为0.77,屏蔽机制以吸收为主,抗压缩强度为254.59MPa,复合材料表现出低反射、高屏蔽效能和高抗压缩强度特性。

编织复合材料拉伸力学性能的研究

针对三维四向和五向编织复合材料进行了拉伸实验，从宏观角度研究了它们的力学行为，获得了这些材料的主要力学性能参数及变形、破坏规律。基于宏观实验，本文还对拉伸试件断口进行了扫描电镜测试，从细观角度对编织复合材料的破坏机制作了分析，得到一些重要结论。

冷等离子体接枝处理对碳纤维织物/环氧复合材料界面性能的影响

采用冷等离子体接枝法对碳纤维织物进行表面处理,在纤维表面产生活性官能团,研究了冷等离子体接枝处理对碳纤维织物/环氧复合材料的层间剪切强度的影响。实验结果表明,冷等离子体接枝处理提高了碳纤维表面活性,从而改善了碳纤维织物/环氧复合材料的界面粘结性能,进而改善了复合材料的界面性能。

C_f/SiC复合材料先驱体转化法浸渍工艺条件优化

主要研究了先驱体转化法制备碳纤维三维编织物增强陶瓷基复合材料的浸渍工艺条件 ,探讨了不同温度、压力对PCS/DVB溶液法和PCS熔融法浸渍效率的影响 ,优化出最佳浸渍工艺参数。结果表明 ,温度对PCS/DVB溶液粘度影响较大 ,升高温度可急剧降低PCS/DVB溶液的粘度 ,有利于浸渍。PCS/DVB溶液法浸渍的最佳工艺参数为 :50℃～ 6 0℃ ,2MPa。PCS熔融法浸渍的最佳工艺参数为 :30 0℃ ,2MPa。采用PCS/DVB溶液法浸渍时的浸渍效率优于PCS熔融法。经四个浸渍裂解周期后溶液法制备的材料密度 (1.53g/cm3～ 1.6 1g/cm3)明显优于先驱体熔融法 (1.4 3g/cm3～ 1.52g/cm3)。

SiO_2涂层制备工艺对三维碳纤维编织体抗氧化性能的影响

采用溶胶-浸渍法,在三维碳纤维编织体的纤维表面涂覆SiO_2涂层。实验研究了涂层制备工艺对编织体抗氧化性能的影响。结果表明,纤维经丙酮、硝酸处理后,再采用粘度为0.01～0.012(Pa·s)、分子生长模式为线性的溶胶浸渍,当涂层厚度为0.5μm左右时,浸渍试样抗氧化性能好,完全氧化失重温度为900℃,较之原始编织体提高300℃。涂层过厚或过薄,编织体抗氧化性能下降,这是由于涂层在纤维表面分布不均匀或与纤维表面结合性较差引起的。

SiC涂层/三维碳纤维编织体的氧化动力学和机理研究

采用原位反应法在三维碳纤维编织体(简称:RB)的纤维表面制得SiC涂层,通过 XRD、SEM、等温氧化失重和非等温热重分析等测试手段研究了制备方法对SiC涂层均匀性 的影响,并对SiC涂层／碳纤维编织体(简称:CB)材料在等温和非等温条件下,氧化反应的 动力学和反应机理进行了研究.结果表明:SiC涂层均匀、完整地涂覆于编织体内外各纤维表 面;材料等温氧化反应的机理为第一阶段反应控制,第二阶段扩散和反应共同控制;材料的非 等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为:lgA=9.615min-1; Ea=201.73kJ·mol-1.

编织结构复合材料热膨胀特性的实验研究

对二维和三维碳纤维 /环氧树脂编织结构复合材料的热膨胀特性进行实验研究 ,确定编织复合材料热膨胀系数的各向异性分布特征 ,给出其热膨胀特性与纤维编织模式和纤维体积含量之间的相互依赖关系 ,分析编织复合材料的热膨胀机理 ,表明其热膨胀系数的可设计性 ,为设计复合材料零膨胀结构提供实验依据和理论分析。

碳纤维编织复合材料拉伸变形测量及声发射监测

采用声发射和数字图像相关互补技术,结合破坏断口微结构特征,研究碳纤维编织复合材料的损伤变形与失效机理。在复合材料试件拉伸加载的同时,实时获取变形特征和损伤声发射信号,分析复合材料力学响应与位移场、声发射特征的关系。结果表明,复合材料试件实时拉伸位移场、损伤破坏过程的声发射相对能量、撞击累积数及幅度等特征参数反映了复合材料表面变形与内部损伤演化过程。复合材料试件断裂时出现较多高持续时间、高幅度、高相对能量的声发射信号,宏观断口平齐,表现为脆性断裂。

三维编织碳纤维/环氧复合材料的吸湿特性及外应力的影响

采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。结果表明,与环氧树脂不同,C3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。

碳纤维编织复合材料弯曲损伤破坏声发射监测

为研究碳纤维编织复合材料的弯曲损伤与破坏行为,结合声发射(AE)与数字图像相关(DIC)方法互补实验技术,对复合材料在四点弯曲载荷作用下的失效过程进行监测,动态获取 AE 特征信号和对应的散斑图像,并根据DIC 算法得到复合材料在加载过程中的全场变形和应变。结果表明:AE 信号在碳纤维编织复合材料中近似呈指数衰减,与谐振式 AE 传感器相比,宽频带式 AE 传感器表现出更好的测量性能;复合材料弯曲加载前期,无明显损伤出现,AE 信号较少,对应的位移场和应变场变化平稳;复合材料弯曲破坏对应较高持续时间、幅度和相对能量的AE 信号。复合材料损伤演化过程的 AE 响应行为及对应位移场、应变场的变化反映复合材料的变形与损伤破坏过程,为碳纤维编织复合材料的无损评价、健康监测与失效分析提供借鉴。

运用神经网络设计碳纤维织物/环氧复合材料界面性能

提出一种设计碳纤维织物/环氧复合材料界面性能的新方法。利用BP(backpropagation)神经网络,建立起工艺参数与复合材料界面性能的关系模型,同时给出了实例用来验证此方法的有效性。

三维编织炭纤维复合材料的摩擦磨损性能研究

用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了不同条件下三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能 ,并用 XL30 ESEM型扫描电子显微镜对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析 .结果表明 :在干摩擦条件下 ,随着纤维含量的增加 ,复合材料的耐磨性提高 ;当 pv值低于 63N· m/s时 ,材料的摩擦系数和磨损率较高 ,主要磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损 ;当 pv值大于 63N· m /s时 ,材料的摩擦系数和磨损率明显降低 ,主要磨损机理为粘着磨损 .在润滑条件下 。

TiC含量对碳纤维编织物增韧的WC-TiC-Ni层状陶瓷刀具性能的影响

采用真空热压烧结技术,在1 500℃下制备了不同TiC含量的连续碳纤维编织物增韧的WC/TiC层状陶瓷刀具样品。研究了TiC的含量对连续碳纤维编织物增韧的WC/TiC层状陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明,随着TiC含量的增加,陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧度和硬度不断减小;当TiC含量为20%(质量分数)时,材料的致密度较高,晶粒尺寸较小,因此力学性能较好;此时,抗弯强度为516.896 MPa,断裂韧度为8.3871 MPa·m^(1/2),硬度为17.341GPa。

三维混杂碳纤维/芳纶纤维增强尼龙复合材料力学性能研究

制备了三维混杂碳纤维 /芳纶纤维增强尼龙复合材料 (HY/PA)并对其力学性能进行了测试。研究表明 :由于芳纶纤维的加入 ,使碳纤维增强尼龙复合材料 (CF/PA)的抗冲击性能有了显著提高 ,HY/PA的抗冲击强度随芳纶纤维体积分数的增大而有所提高 ;另外 ,HY/PA在改善CF/PA的横向剪切强度的同时 ,也改善了芳纶纤维增强尼龙复合材料 (KF/PA)的纵向剪切强度 ;同时 ,混杂效应对HY/PA的弯曲性能的影响最为显著 ,HY/PA的弯曲强度、弯曲模量均高于任一种单一纤维复合材料。

三维编织碳/环氧复合材料的摩擦磨损性能研究

采用 RTM工艺制备了不同纤维体积比的三维编织碳 /环氧 (C3D/EP)复合材料。采用 MM- 2 0 0摩擦磨损试验机对其摩擦磨损特性进行了研究 ,并对 C3D/EP复合材料的磨损机理进行了分析。结果表明 ,纤维体积比、载荷和滑动速度对复合材料的摩擦系数和磨痕宽度均有明显的影响 ;C3D/EP复合材料的磨损机理主要为疲劳磨损和粘着磨损 ,当载荷或速度较小时 ,以疲劳磨损为主 。

三维编织碳复合材料的制备及其力学性能研究

采用真空辅助RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂 (C3D EP)复合材料 ,通过对树脂的粘度特性和固化特性的分析 ,确定了最佳的工艺参数。金相显微镜对复合材料微观结构的观察表明树脂对纤维的浸润良好。同时 ,还研究了该工艺制备的C3D EP复合材料的力学性能 ,结果表明随着纤维体积比的增加 ,复合材料的硬度、弯曲强度和冲击强度均提高 ,断口的扫描电镜观察表明复合材料的破坏方式是以脆性断裂为主。

空气氧化处理对三维编织炭复合材料性能的影响

利用真空浸渍法制得三维编织炭纤维增强环氧复合材料,研究了空气氧化处理前后炭纤维表面状态的变化以及表面处理对三维编织复合材料力学性能的影响。结果表明:空气氧化处理使炭纤维的比表面积和表面粗糙度发生了变化,随着氧化温度和氧化时间的增加,炭纤维的比表面积有不同程度的增加;但同时伴随着炭纤维强度的下降。经450℃-1h空气氧化处理后,复合材料的弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别提高了149%,91%和29%,但冲击强度下降了23%。

三维编织碳纤维复合材料剪切性能研究

本文采用短梁三点弯曲试验法,研究三维四向、五向编织碳纤维复合材料的剪切性能、剪切破坏过程及其破坏模式。结果表明:三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好;三维编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增加;切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近侧表面裂缝沿纱线走向分布,上下两表面发生弯曲破坏,离开侧表面2 mm后内部纵向截面上下表层发生弯曲破坏,其它部位未发生剪切破坏。