碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)航空复合材料的结晶行为及力学性能

通过非等温结晶方法研究了基于碳纤维表面修饰的连续碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide,CF/PPS)复合材料的结晶行为,并对不同降温速率结晶的复合材料样品进行弯曲和冲击等力学性能测试,探讨了CF/PPS复合材料加工条件与结晶特性以及宏观性能之间的联系。研究表明,在降温速率为10K/min^70K/min,CF/PPS的结晶峰温度与起始结晶温度均随着降温速率的增大而降低;其球晶生长速率和结晶速率也随之增大,但结晶度随着降温速率的增大而减小;PPS的晶核数量随着降温速率的增大而增多,平均球晶尺寸随之减小。当降温速率从10K/min增大至70K/min时,复合材料的弯曲强度从719.2MPa降低至689.4MPa,下降了4%;弯曲模量从70.0GPa降至63.5GPa,降低了9%;缺口冲击强度却随之增强,从62.0kJ/m^2提高至72.3kJ/m^2,提高了15%。

固化压力对PMI泡沫/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料胶接性能影响的研究

针对PMI泡沫/环氧碳纤维夹层结构复合材料的热压罐胶接成型工艺,系统研究了不同密度的PMI泡沫在0.2 MPa与0.3 MPa下的热稳定性能、蠕变性能。同时分别考察了不同厚度、不同处理条件的PMI泡沫在热压罐中的压缩变形情况,总结了压力对泡沫的尺寸稳定性的影响规律。通过研究PMI泡沫/环氧碳纤维夹层结构复合材料的力学性能,比较了不同固化压力下PMI泡沫与碳纤维面板胶接质量。结果表明,密度大的泡沫的抗蠕变性能好。泡沫的高温蠕变性能受压力影响敏感,随着压力增大,变形量迅速增大。经130℃热处理2 h后PMI泡沫的抗蠕变性有所提高。采用0.2 MPa与0.3 MPa胶接的PMI泡沫/高温固化环氧碳纤维阶层结构的抗滚筒剥离强度差别较大。抗剪切强度、抗平面拉伸强度及抗弯曲强度无明显差别。

纺织结构碳纤维增强尼龙基复合材料的成型加工及力学性能

纺织结构碳纤维增强尼龙6（CFF/PA6）复合材料的力学性能优于短、长纤增强材料,但成型加工较困难。文中提出一种基于碳纤维（CF）表面改性的CFF/PA6成型方法,研究了多种CF表面改性处理法及模压成型压力对材料力学性能的影响。发现在氮气氛围中400℃高温处理4h可有效去除CFF表面浆料,通过饱和的尼龙/甲酸溶液处理24h可使CF表面活化、与PA6形成氢键,并使PA6以黏度较低的溶液状态渗透CFF丝束内部,孔隙率从8.05%降至0.81%。进而采用薄膜叠层模压法制备CFF/PA6,在250℃,2.5~3.0 MPa下加载10min,所得材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达到464.48 MPa,698.47 MPa和95.3kJ/m2,较未经表面处理的材料提高40%~50%。利用扫描电子显微镜可以看到,所制备的复合材料具有良好的基体-增强体浸润性和较强界面。

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。

碳纤维/环氧超厚度复合材料壁板的固化工艺优化及性能

为制定适用于大厚度环氧基碳纤维增强复合材料的固化制度,首先采用热分析方法对预浸料的固化行为进行了详细的研究,结合预埋热电偶的方法在线监测了不同厚度的壁板在等速率升温条件下的固化过程,通过系统的研究,并提出了增加缓慢升温阶段的固化制度。文中对固化制度优化后的大厚度复合材料制件的进行了超声C扫描检测和内部微观结构等分析,结果证明,采用在120℃和150℃缓慢升温的方式可以有效地控制大厚度复合材料制件内部的固化集中放热现象,并可大幅度提高制造过程中的温度均匀性。采用上述工艺,有望得到质量优异的大厚度复合材料制件。

聚甲基戊烯芯模材料的应用研究

帽形加筋是一种减重效率较高的结构形式,在飞机结构中发挥着重要作用,因此帽形加筋板制件的共固化成型成为国内航空复合材料制造的一项关键技术。所成型出的帽形件形状规整,无翘曲变形,无异物存在,外观光顺,内腔表面平滑,尺寸在公差范围内。研究聚甲基戊烯芯模材料在复合材料帽形加筋的应用。一次共固化制造复合材料帽形制件,可以保证产品质量。

斜缝与Z-pin混合增强泡沫夹层复合材料力学性能实验研究

结合斜缝合增强和Z-pin增强2种方法,采用混合增强方法制备泡沫夹层结构,并对这种结构材料的平压、平拉和剪切力学性能进行了实验研究,考察了不同混合比例对其力学性能和破坏模式的影响。结果表明,夹层结构中,随着Z-pin比例的增加,压缩强度和模量增大;随着斜缝合比例的增加,拉伸强度、模量以及剪切强度增大;但不同混合增强试样的剪切模量差别不大。

共胶接T型加筋壁板模具设计及成型工艺研究

本文选取T型加筋壁板作为典型结构件,研究了热压罐共胶接工艺中成型模具的设计和模具对成型质量的影响。首先针对T型筋条的结构和成型特点,设计了两种模具方案,研究了硬模(金属模具)/硬模、硬模/软模(橡胶模具)两种模具配合方式对筋条成型质量的影响,并进一步研究了筋条、蒙皮的固化顺序对T型加筋壁板共胶接质量的影响。结果表明,T型筋条成型中拐角区的传压及受压均匀性是模具设计中考虑的要点;与硬模/硬模配合方式相比,硬模/软模配合方式可以提高筋条拐角区的受压和密实均匀性,不容易出现因受压不均而在拐角区和填充区产生的纤维褶皱及孔隙缺陷,但是筋条尺寸精度低于硬模/硬模的情况;采用有限元法模拟分析了硬模、软模内部压力分布,发现模拟结果与实验结果基本一致;已固化筋条与未固化蒙皮胶接时,胶接区蒙皮的厚度均匀性不易保证,采用未固化筋条与已固化蒙皮共胶接的方式更容易保证胶接区的质量。本文研究结果对壁板类结构整体化工艺成型质量的控制具有指导意义。

三维夹芯层连织物复合材料真空辅助成型工艺影响因素

三维夹芯层连织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的织物作为增强体制备而成的新型轻质复合材料,本文中以三维夹芯层连织物复合材料为研究对象,发展了适用于酚醛树脂的真空辅助成型工艺方法,重点考察了影响复合材料制造质量的关键因素。结果表明,芯柱高度对织物的抗压缩能力与厚度回复率影响显著,热处理有利于织物的厚度回复;注射过程中,树脂沿织物平面纬向渗透速率大于经向,使用高渗透率介质层、降低树脂黏度有助于提高树脂在层连织物中的分布均匀性。

纺织结构碳纤维增强聚苯硫醚基复合材料的制备与力学性能

本文采用模压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚苯硫醚基(carbon fiber fabric/polyphenylene sulfide,CFF/PPS)复合材料层压板,通过纤维改性处理和模压工艺优化,得到力学性能优异的CFF/PPS复合材料。采用DSC、TGA、流变行为测试等手段对PPS基体性能进行了表征。基于分析结果,考察了模压成型温度、压力、时间和加载方式等工艺参数对复合材料力学性能的影响,并初步探讨了这些因素对材料结构与性能的调控机制。在最佳工艺参数下制得的层压板拉伸强度为762.31 MPa,弯曲强度720.93 MPa,层间剪切强度58.90 MPa,冲击强度46.18KJ/m2。借助SEM、金相显微镜等表征手段观察到,PPS基体完全渗透于纺织结构碳纤维单丝之间,复合材料层压板内部没有发现微观孔隙。

碳纤维增强聚醚醚酮的非等温结晶行为与力学性能

利用聚酰亚胺(PI)作为碳纤维(CF)界面改性剂,制备了界面改性碳纤维增强聚醚醚酮(MCF/PEEK)复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC)讨论了CF及其界面改性对PEEK非等温结晶行为的影响机制与作用规律,并基于莫志深法研究了MCF/PEEK的非等温结晶动力学;借助DSC和小角X射线散射仪(SAXS)表征不同降温速率下PEEK基体的结晶结构,采用万能试验机评价了MCF/PEEK的力学性能。结果发现:CF对PEEK的结晶有较为明显的异相成核促进作用,经过PI界面改性之后成核作用有所下降,但结晶行为仍较纯PEEK更容易发生,整体结晶速率更快;随冷却速率的增大,基体结晶度、片晶厚度与长周期均减小,MCF/PEEK的拉伸强度与模量也显著减小,层间断裂韧性提高。

一种高温碳纤/环氧预浸料的固化反应动力学

为深入了解某新型高温固化碳纤维增强环氧树脂基预浸料的固化行为,采用唯象模型,借助动态差式扫描量热(DSC)测试手段,系统研究了预浸料的固化反应特征参数、固化度变化等因素,同时建立了该预浸料树脂的固化动力学方程,并根据研究结果确定了该体系树脂的表观特征固化温度,为该预浸料复合材料固化工艺的选择和优化提供了理论依据和基础数据。

热压罐零吸胶工艺树脂压力在线测试及其变化规律

针对碳纤维缎纹布/环氧914预浸料热压罐零吸胶工艺,采用热压成型过程树脂压力在线测试系统监测树脂压力的大小与分布,分析了真空、外加气压对树脂压力的作用规律,通过显微观察研究了真空及外加气压对孔隙缺陷的影响。实验结果表明,所采用的在线测试系统可以定量分析真空在铺层内的作用程度和树脂压力的变化;零吸胶工艺树脂承担了大部分外压且沿层板厚度及面内方向分布均匀;真空通过铺层内的气路通道排出夹杂空气,其作用程度受到树脂黏流状态和铺层密实程度的影响;不同压力条件下复合材料层板孔隙状况与树脂压力的测试结果相吻合。

碳纤维经编织物定型参数及渗透特性

研究了真空辅助树脂注射(VARI)工艺中含定型剂织物定型参数对织物压缩特性、渗透特性及其复合材料力学性能的影响,确定织物最优的定型参数。采用DSC和IR分别对织物表面定型剂的熔融特性和组成进行了分析,测试了不同定型温度下的压缩、渗透特性及复合材料力学性能。结果表明:此定型剂为含有环氧基团的低熔点聚合物;低于100℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度和渗透率均下降;100～140℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度基本无变化,渗透率有所提高,定型温度对力学性能基本无影响。