航空树脂基复合材料的高韧性化研究进展

航空飞行器的损伤容限设计,要求其复合材料具有高的韧性。目前广泛采用的是整体增韧树脂基体或插层改性。本文以双马来酰亚胺复合材料为例,报道"离位"增韧改性的概念、技术、方法和实验验证。"离位"技术不仅可较大幅度地提升复合材料层压板的所有层间韧性而保持其面内性质基本不变,而且在应用上具广谱适用性。"离位"复合材料拥有中国自主知识产权。

无纺布插层共固化双马树脂基复合材料的力学和阻尼性能

利用尼龙无纺布(PNF)和芳纶无纺布(ANF)为插层材料,采用共固化工艺制备了结构阻尼复合材料。利用动态力学分析仪测试并分析了复合材料的损耗因子和储能模量等动态力学指标;通过弯曲实验和短梁剪切实验评价其静态力学性能。此外,通过单悬臂梁强迫共振实验和自由振动衰减实验研究了复合材料层合板的共振频率和损耗因子。结果表明,添加2种无纺布能够与基体树脂在层间形成非反应双连续的相结构,插入ANF的[0°]16铺层复合材料归一化的弯曲强度和模量比空白样品提高了约10%,[±45°]4s铺层复合材料的弯曲强度提高约50%,且均高于插入PNF的复合材料。此外,由于层间富树脂区的形成和界面数目的增加提高了共固化复合材料的阻尼性能,插入15层PNF的[0°]16铺层复合材料的损耗因子达到0.0026,比空白样品提高了约116.7%,[±45°]4s铺层复合材料的损耗因子达到0.0064,比空白样品提高了约14.3%。

负载PVDF的尼龙无纺布插层的碳纤维/环氧树脂复合材料的结构阻尼性能研究

以负载定量聚偏二氟乙烯(PVDF)的尼龙无纺布为插层材料,采用共固化工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并系统研究了其力学和阻尼性能.测试了复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度、Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性等力学性能,并通过动态力学分析仪测试了复合材料的储能模量、损耗模量和损耗因子的温度谱,采用单悬臂梁自由振动实验研究了其阻尼减振性能.与此同时,采用光学显微镜和扫描电镜等分析了复合材料微观结构,进而研究了阻尼机理.结果表明,在复合材料层间插入负载PVDF的尼龙无纺布能在不引起力学性能明显下降的前提下,显著提高复合材料的阻尼性能和断裂韧性.其基本阻尼机理是在共固化过程中热塑性插层材料在复合材料的层间形成了具有较高损耗因子的富树脂区,使损耗因子提高150%,而力学性能基本保持不变.

PVDF对芳纶无纺布/环氧树脂共固化复合材料力学和阻尼性能的影响

为评价热塑性结晶聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)对共固化复合材料动态力学和阻尼性能的影响,首先,将PVDF负载到芳纶无纺布(ANF)上,采用共固化工艺制备了PVDF-ANF/环氧树脂(EP)结构阻尼复合材料。然后,利用动态机械分析仪测试了PVDF-ANF/EP复合材料的损耗因子、损耗模量和储能模量的温度谱;通过弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的测试评价了复合材料的静态力学性能;通过单悬臂梁振动实验测试了复合材料的共振频率及自由振动衰减曲线,并计算了损耗因子;通过I型、II型层间断裂韧性实验及断面微观形貌的观察研究了复合材料的断裂韧性及增韧机制。最后,对复合材料的微观结构进行分析,探讨了其兼具力学性能和阻尼性能的结构内因。结果表明:通过在ANF表面负载PVDF,可在不引起复合材料力学性能明显下降的前提下,进一步提高PVDF-ANF/EP复合材料的阻尼性能和层间断裂韧性,复合材料的损耗因子提高了33.3%,I型和II型断裂韧性分别提高了168%和208%。