增韧改性对玻纤织物增强酚醛复合材料性能影响研究

选择了3种不同分子量的聚乙烯醇缩丁醛作为增韧剂对酚醛树脂进行增韧改性,通过夹层结构滚筒剥离强度,材料的60s垂直燃烧、烟密度、热释放速率等性能测试研究不同分子量和添加量的增韧剂对材料韧性和阻燃性能的影响。研究发现高分子量增韧剂对材料滚筒剥离强度的改善效果最明显,5%的添加量即能达到11%的低分子增韧剂的增韧效果;除增韧剂的添加量外,增韧剂分子量也对材料的阻燃性能有明显影响。最后通过复合材料的力学性能测试,发现经低、中、高3种分子量的增韧剂增韧的复合材料的层间剪切强度均得到了明显改善,分别提高了29%、81%和71%。

利用超声成像分析不同复合材料层压结构冲击损伤行为

复合材料各向异性和吸能的特点,在受到外来冲击作用时容易产生损伤,呈现表里迥然不同的损伤行为和分布规律。为研究不同复合材料层压结构的冲击损伤行为,设计制备树脂传递模型工艺(Resin transfer molding,RTM)缝合和预浸料复合材料层压结构两种不同成型工艺的试样,通过冲击试验模拟复合材料在外力作用下产生的冲击损伤,采用超声反射法,通过点聚焦换能器对试样进行超声B扫描成像,揭示两种复合材料层压结构试样内部断面损伤行为及其扩展规律。试验结果表明,冲击引起的试样内部损伤比表面损伤要大得多;随着冲击能量在试样内部传递,会在不同深度铺层产生新的损伤,而且损伤分布并不仅沿层间界面扩展;冲击点附近和远离冲击点附近的内部损伤具有明显不同的分布规律;RTM缝编与预浸料复合材料结构呈现明显不同的损伤行为,其中RTM缝合复合材料结构中的纵向缝线,对冲击损伤在试样内部沿层间的扩展有显然的阻止作用。研究结果对更好地理解复合材料的损伤行为、寻找新的改进复合材料层压结构损伤行为的机制有非常重要的指导意义和帮助。

纤维增韧陶瓷基复合材料的比例极限应力与残余热应力关系

从细观力学角度分析并建立了纤维增韧陶瓷基复合材料从制备温度冷却到室温过程中产生的残余热应力与复合材料的比例极限应力的关系模型。该模型表明,减少复合材料的残余热应力或提高复合材料的纤维与基体的模量比,均可提高复合材料的比例极限应力。通过单调拉伸实验测试了先驱体浸渍裂解法(PIP)制备的2D SiC/SiC复合材料的比例极限应力,并采用文中建立的比例极限应力与残余热应力关系模型,计算出复合材料SiC基体的残余热应力为-19.5 MPa。分析表明,该结果是合理的。此外,引用了公开文献报道的5种复合材料体系数据,用于验证文中所建立的比例极限应力与残余热应力关系模型的适应性和可靠性,计算结果与实验结果最大误差为18.6%,表明该模型具有较好的适应性和可靠性,可为纤维增韧陶瓷基复合材料的研究提供新思路。

纤维混编CMC-SiC的残余热应力计算

将SiC纤维引入到C/PyC/SiC中,有望减少因C纤维与SiC基体热膨胀系数不匹配而导致的基体残余热应力。研究了C纤维和SiC纤维混编方式和混编比例对复合材料残余热应力的影响规律。采用有限元法建模、计算了纤维混编接触分布和相间分布复合材料的残余热应力,结果表明:(1)与C/PyC/SiC比,C纤维和SiC纤维混编增强SiC基复合材料可减少SiC基体的残余拉应力;(2)相同混编比例时,纤维混编接触分布((x C-y SiC)/PyC/SiC)复合材料的基体轴向残余应力比纤维混编相间分布((x C×y SiC)/PyC/SiC)复合材料基体的小;(3)以纤维混编接触分布为例,SiC基体的轴向残余应力随混编复合材料中SiC纤维的增加而减小,但当C纤维和SiC纤维的混编比例由1∶2变为1∶4时,基体的轴向残余热应力仅从174 MPa下降到170 MPa。