碳纤维复合材料刚性界面相和刚柔界面相构筑研究进展

碳纤维树脂基复合材料(CFRP)具有轻质、高强、高模量等优异性能,在航空航天领域有广阔的应用前景。界面作为连接树脂基体和碳纤维(CF)增强体的桥梁,是影响复合材料力学性能的重要因素。针对碳纤维与树脂的模量差异过大的问题,提高界面相的模量使两者的模量平稳过渡,提高应力传递效率,是改善界面性能的有效策略。本文主要综述了近年来刚性界面相、刚柔界面相的构筑方法及其对复合材料增强效果的研究进展,并对碳纤维树脂基复合材料界面相存在的问题进行了讨论,对今后界面增强的研究方向进行了展望。

低密度高硅氧纤维/酚醛树脂基复合材料制备及性能研究

本文分别以高硅氧纤维毡、600℃热处理的高硅氧纤维毡以及高硅氧-玻璃纤维复合毡为增强体,以低密度酚醛树脂为基体,通过RTM工艺制得密度为0.6 g/cm 3的低密度高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料,研究了高硅氧纤维毡600℃热处理和在高硅氧纤维毡中掺混20 wt%玻璃纤维等两种方法对材料抗烧蚀性能、热物理性能、力学性能以及微观结构的改善效果。结果表明,热处理工艺对抑制高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料的热收缩效果较优,其室温至50℃、室温至150℃和室温至300℃条件下的线胀系数分别为4.87×10^(-6)/℃、-3.41×10^(-6)/℃和-6.88×10^(-6)/℃,材料的抗烧蚀隔热性能也较优,氧乙炔焰线烧蚀率为0.238 mm/s,150℃条件下的热导率为0.100 W/(m·℃),材料也具有较好的力学性能,拉伸强度为7.45 MPa,拉伸模量为1.11 GPa,断裂伸长率为0.5%。SEM分析表明,高硅氧纤维的刻蚀缺陷、基体的多微孔结构是导致材料热收缩的主要原因,纤维高温热处理是解决高硅氧纤维及复合材料热收缩的有效方法。

热固性碳纤维复合材料废弃物回收及再利用现状

介绍了热固性碳纤维复合材料废弃物的回收技术,流化床技术、热裂解技术和溶剂解离法回收技术。论述了热固性碳纤维复合材料废弃物的国内外回收及再利用现状,指出应大力发展能耗小、回收效果好的复合材料废弃物工业化回收工艺,实现废弃物的资源化回收再利用。

利用均匀设计法优化废弃热固性碳纤维复合材料热解工艺

为确定废弃热固性碳纤维复合材料(CF/EP复合材料)热解反应的实验条件,在自制的管式热解反应器中进行CF/EP复合材料热解试验,考察了热解过程及主要影响因素。结果表明:热解终温、升温速率和保温时间等实验条件对废弃热固性碳纤维复合材料热解产率影响较大,通过均匀设计及回归分析法确定了最佳热解操作条件:热解终温515℃,保温时间10min和升温速率18℃/min。在该条件下进行验证性实验,并将回收的碳纤维表面性能与原纤维进行比较,表明均匀设计优化所得结果准确可靠。

碳纤维复合材料回收装置中物料停留时间研究

为保证所回收的碳纤维能及时有效地被排出,用EPE泡沫为示踪物料,在建立热氧裂解法回收碳纤维的装置上,用实验法测定了卧式流化床反应器的流化曲线。经分析流化曲线得出临界流化速度和带出速度并经公式计算确定了临界流化速度和带出速度,考察不同形状物料及混合物料在主反应器内的停留时间。结果表明,流化床内临界流化速度为0.15m/s,颗粒带出速度为0.24m/s;物料形状对其在床内停留时间影响较大;单一形状物料在流化床内停留时间由长到短依次为圆柱体、长方体和球体;球体物料最易排出;混合物料在床内停留时间由长到短依次为球体与圆柱体混合物料、长方体与球体混合物料和长方体与圆柱体混合物料;长方体与圆柱体混合物易排出;为使回收碳纤维尽快排出流化床,可采用长方体和圆柱体混合物料或单一的球形物料进行热试验研究。

蜂窝夹层复合材料四点弯曲性能和失效模式的研究

对共固化成型的蜂窝夹层复合材料四点弯曲进行了宏观力学和失效方式分析,研究了预浸布种类、夹层板滚筒剥离强度以及蜂窝芯厚度对四点弯曲破坏模式的影响以及破坏模式和四点弯曲性能的关系,为蜂窝夹层复合材料原材料合理选用提供了依据。研究结果显示:蜂窝芯厚度对四点弯曲性能影响显著,蜂窝芯厚度不同会出现三种不同类型的破坏方式;胶膜面密度对四点弯曲450 N载荷的挠度值影响较小,对四点弯曲强度影响较大;蜂窝芯厚度一定时,不同胶膜面密度样品出现两种破坏方式;蜂窝芯厚度和胶膜面密度一定时,面板性能增加,会出现两种不同的破坏方式。

蜂窝结构增强酚醛树脂基复合材料制备及性能研究

以蜂窝结构的玻璃纤维织物/酚醛树脂材料为增强体,以低密度酚醛树脂为基体,并分别以玻璃微珠和酚醛微珠为填料,制备了两种防隔热材料。经1300℃氧乙炔烧蚀考核60 s,采用酚醛微珠制得的材料F-B表现出较优的抗烧蚀隔热性能,试样的平均烧蚀质量为3.5 g,平均烧蚀厚度为0.7 mm,背面平均温升为52.5℃;采用玻璃微珠制得的材料F-A平均烧蚀质量为2.3 g,平均烧蚀厚度为2.2 mm,背面平均温升为65.7℃。两种材料均具有较低的密度、室温热导率和良好的抗压强度,采用酚醛微珠制得的材料F-B密度为0.48 g/cm^(3),热导率为0.057 W/(m·K),Z向10%应变压缩强度为9.58 MPa、XY方向压缩强度为4.77 MPa;采用玻璃微珠制得的材料F-A密度为0.40 g/cm^(3),室温热导率为0.055 W/(m·K),Z向10%应变压缩强度为7.79 MPa、XY方向的压缩强度为4.93 MPa。酚醛微珠制得的材料表现出较优的综合性能。

高性能玻璃纤维复合材料耐腐蚀性研究

研究了高性能玻璃纤维HMS和通用E型玻璃纤维增强环氧/乙烯基酯复合材料在不同的介质腐蚀条件下的力学性能,利用浸胶纱拉伸和诺尔环拉伸测试比较了二者的耐酸和耐盐雾性能。试验结果显示在纯水的湿热条件下,HMS和E玻纤复合材料力学衰减速率基本一致,但是在酸性和盐雾湿热条件下,HMS纤维具有更优异的耐腐蚀性能。在酸性试验条件下,HMS/环氧复合材料拉伸强度保留率比E玻纤/环氧材料高约40%;在盐雾试验条件下,HMS/乙烯基酯复合材料拉伸强度保留率比E玻纤/乙烯基酯材料高约18%。

碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究

本文研究了不同温度下RIM145树脂的粘度和适用期，分析了不同温度下RIMl45树脂和碳纤维单丝之间的浸润性；并以碳纤维单向布为增强材料，采用真空辅助灌注成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂（CF／EP）复合材料，研究了复合材料的力学性能，对层间剪切试样剖断面形貌进行了SEM分析，并研究了使用VAP单向透气膜辅助真空灌注成型工艺对CF／EP复合材料厚制件灌注质量的影响。研究结果表明，RIM145树脂基体在50～70℃粘度低、适用期长且树脂与碳纤维单丝之间的浸润性良好，适用于CF／EP复合材料的真空辅助灌注成型工艺；灌注的CF／EP具有良好的力学性能，树脂和纤维具有中等粘结强度界面，采用VAP单向透气膜辅助真空辅助灌注成型工艺可降低CF／EP复合材料的孔隙率。

CBT树脂反应特性及其纤维复合材料力学性能的研究

分析了环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)-CBT100和CBT160两种树脂的反应特性,研究了三种锡类催化剂对CBT100树脂低粘度适用期和高温反应时间的影响,并对比了采用树脂粉末熔融浸渍成型和高温真空辅助灌注成型(VARTM)方法制备的玻璃纤维增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料的力学性能。研究结果表明,CBT160树脂高温反应速度较快,适合树脂粉末熔融浸渍相类似的成型工艺。CBT100树脂通过外加一定量的单丁基三异辛酸锡或二丁基二月桂酸锡催化剂,可以使其具有合适的适用期和反应聚合时间,适宜用于VARTM过程。含单丁基三异辛酸锡的CBT100树脂通过高温VARTM方法制备的玻纤增强PCBT复合材料的综合力学性能较好,略高于采用CBT160树脂用树脂粉末熔融浸渍成型方法制备的复合材料的力学性能。

酚醛浸渍碳纤维烧蚀体复合材料的研究进展

高超音速飞行器、高马赫数飞船返回舱以及深空探测等技术的发展对热防护材料的性能提出了新要求,轻质炭化材料应运而生并逐渐成为热防护领域的关键材料,酚醛浸渍碳纤维烧蚀体(phenolic impregnated carbon ablator, PICA)是轻质炭化材料的典型代表。本文对PICA的研究进展进行了综述,首先概述了PICA的分类及其烧蚀机理,其次重点总结了PICA的改性方法,最后展望了PICA的发展趋势。

编织复合材料防护部件抗爆炸冲击性能研究

为得到编织程度与抗冲击性能间的关系,通过爆炸分离试验,对比4种编织复合材料的抗爆炸冲击性能。结果表明,机织结构的性能最优,针织次之,而传统的二步法和四步法较差,在2.0 g/m装药情况下均出现严重的分层损伤,说明层间强度与沿厚度方向编织程度密切相关。传统四步法编织复合材料的数值分析结果验证了±45°方向分层损伤的发生,指出层间强度是影响其抗爆炸冲击性能的最主要因素。

抗爆炸冲击复合材料防护部件制备技术

本文对抗爆炸冲击复合材料防护部件的原材料、模具设计制造、成型工艺制备及性能考核等内容进行研究和讨论,并成功制备出抗爆炸冲击性能优异的复合材料防护部件。

探讨影响复合材料孔机械加工的因素

孔加工成为复合材料制品合格率的重要因素之一,机械加工是目前复合材料孔加工的主要手段。本文将重点分析复合材料制品孔成型设计过程中需要考虑的因素:结构、结构质量和原材料以及加工工艺的选择,并对影响复合材料制孔质量的因素进行探讨,主要有工装、刀具、人为因素及维护。

石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。

硼酚醛树脂及其复合材料的研究进展

作为目前最成功的改性酚醛树脂品种之一,硼酚醛树脂具有优异的耐热性能和耐烧蚀性能,良好的力学性能、摩擦性能和阻燃性能等。硼酚醛树脂及其复合材料可广泛应用于航空航天、武器装备、汽车制动、防火阻燃等领域。对硼酚醛树脂及其复合材料的研究进展进行了综述。首先概述了硼酚醛树脂的不同制备方法及硼酚醛树脂的改性途径;然后重点总结了硼酚醛树脂基复合材料的常用制备方法及其耐热性能、耐烧蚀性能、力学性能、摩擦性能、阻燃性能、耐水性能;最后,对该领域所存在的问题进行了总结,并展望了其发展趋势。

热固性树脂基复合材料的资源化再利用进展

随着热固性树脂基复合材料的应用越来越广泛,其废弃物也越来越多,废弃物的资源化再利用成为产业界与社会面临的新问题。对热固性树脂基复合材料的资源化再利用进展进行了综述。首先概述了物理回收法与能量回收法,并对化学回收法进行了重点介绍;然后列举并总结了热固性树脂基复合材料废弃物在航空、汽车、休闲娱乐、建筑等领域的再利用现状;最后,总结了该领域目前所存在的问题,并提出了应采取的对策。

复合材料用苯并噁嗪树脂的研究进展

本文首先概述了苯并噁嗪树脂在耐热性、韧性、阻燃性、介电性能等方面的改性进展,然后重点阐述了苯并噁嗪树脂在预浸料、RTM、拉挤成型等复合材料成型工艺中的应用进展,介绍了苯并噁嗪树脂基复合材料在航空航天、电子电器和交通运输领域的应用。最后,展望了苯并噁嗪树脂在复合材料领域的发展趋势。

石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的研究进展

环氧树脂是一种常用的热固性树脂基体,在国民经济中发挥着重要的作用。近年来,将综合性能优异的石墨烯引入环氧树脂中制备石墨烯/环氧树脂纳米复合材料成为一个重要的研究课题。本文综述了近五年来石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的研究进展。首先,介绍了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的常用制备方法。其次,重点总结了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的力学性能、耐热性能、导热性能、导电性能、介电性能、阻燃性能、防腐性能。然后,简述了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的应用现状。最后,指出了该领域目前所存在的问题,并展望了其发展趋势。

Nomex蜂窝夹层复合材料力学性能研究

为了研究蜂窝夹层复合材料的力学性能,本文使用三种牌号单向预浸布、不同面密度胶膜以及一种Nomex蜂窝芯材通过热压一体成型工艺制备蜂窝夹层复合材料。研究了蜂窝夹层板的滚筒剥离、长梁弯曲、板剪切(三点弯曲)以及嵌件剪切性能的影响因素。研究结果表明使用相同Nomex蜂窝芯材时:胶膜面密度对蜂窝夹层板的滚筒剥离性能影响显著;蜂窝夹层板的长梁弯曲性能和450 N载荷下的挠度主要受预浸布影响;预浸布和胶膜对蜂窝夹层板的板剪切性能影响较小;蜂窝夹层板的嵌件剪切性能和胶膜面密度无明显关系,受预浸布影响较大。