Nd∶YAG激光辐照碳纤维复合材料的质量烧蚀

 通过实验研究了连续Nd：YAG激光辐照下碳纤维环氧树脂复合材料的质量烧蚀规律。结果表明：当激光功率密度大于 10 kW/cm2 时,材料烧蚀质量与激光辐照能量成正比关系;在同样激光辐照能量下,半径为0.65mm的激光辐照引起的复合材料的质量烧蚀率比半径为5.5mm的激光辐照的结果大一倍;激光功率在燃烧阈值附近时,燃烧现象引起质量烧蚀率的波动。     

激光参数对碳纤维复合材料质量烧蚀率的影响

为了研究激光参数对碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料质量烧蚀率的影响规律, 选用不同激光参数、采用高强度CO₂激光器对该复合材料进行了激光辐照试验。分别分析了入射激光的辐照时间、强度和光斑直径对碳纤维增强有机硅改性环氧树脂复合材料质量烧蚀率的影响规律。研究结果表明: 激光辐照时间对该复合材料的质量烧蚀率的影响不大, 而该复合材料的质量烧蚀率随入射激光强度和光斑直径的增大而增大。      

碳纤维丝束结构对碳纤维/酚醛复合材料烧蚀性能的影响EI北大核心CSCD

以酚醛树脂为基体,以平纹碳布和短切碳纤维两种结构形式的碳纤维为增强剂,制备碳纤维增强的碳/酚醛复合材料。采用氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的耐烧蚀性能进行了对比性研究,采用电子拉力试验机对复合材料的弯曲性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料烧蚀形面进行观察,并通过固体火箭发动机对复合材料的烧蚀性能进行考核验证。研究结果表明:以这两种结构形式的碳纤维为增强剂制备的碳/酚醛复合材料,其氧乙炔质量烧蚀率的大小与碳纤维丝束的大小具有正相关的特性,碳纤维丝束越小碳纤维质量烧蚀率越低,当碳纤维增强剂处于单丝状态时,复合材料的氧乙炔质量烧蚀率达到最低为0.046 g/s,并且碳纤维的型号规格对复合材料氧乙炔质量烧蚀率的影响变小。固体火箭发动机实验表明,单丝状态下的碳纤维/酚醛复合材料的抗烧蚀冲刷性能明显优于束状碳纤维/酚醛复合材料。     

T-700碳纤维增强复合材料的激光辐照性能研究

采用Rofin-Sinar 850型CO_2激光器研究了T-700碳纤维/g氧树脂及T-700织物/酚醛树脂2种复合材料体系的激光辐照特性.研究表明,T-700碳纤维增强树脂基复合材料在激光辐照时均首先产生燃烧现象.在032激光器的输出功率2355(士3%)w、光斑直径10mm、光斑功率密度3kW/cm~2、辐照时间3s条件下,T-700碳纤维/环氧树脂与碳布/酚醛树脂复合材料的质量损失相当,质量损失最大为0.1666g.在激光辐照下,增加T-700碳纤维/环氧树脂复合材料厚度可以起到明显的隔热作用,在碳布/酚醛树脂复合材料表面粘贴DQ绝热层可有效提高激光辐照隔热性能.     

激光辐照下二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的烧蚀特征

开展了光纤激光对二维编织碳纤维/环氧复合材料的烧蚀试验研究,获得了不同入射热流条件下编织复合材料的烧蚀特征,分析了激光烧蚀机制。结合非接触测温和接触测温两种方法开展试验,采用高温红外热像仪测试了复合材料前表面的瞬态温度场演变过程,通过热电偶获得了复合材料后表面的温升数据。试验结果表明,当入射激光功率密度在102 W·cm-2量级时,二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的环氧树脂发生了明显的质量迁移,而碳纤维形貌变化不大;在强激光辐照过程中,二维编织碳纤维/环氧树脂复合材料的前后表面温差较大,前表面最高温度接近2 000℃,而后表面最高温度在200~500℃之间。     

酚醛树脂基复合材料的等离子烧蚀性能

利用等离子烧蚀试验系统,对纤维增强酚醛树脂复合材料进行烧蚀试验,并对不同复合材料的烧蚀率和微观形貌进行测试和分析。等离子烧蚀试验条件为:功率60kW,热流密度25000kW/m~2,烧蚀时间8s。结果表明:碳纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料的等离子线烧蚀率分别为:0.180mm/s、0.666mm/s、0.613mm/s,质量烧蚀率分别为:0.167g/s、0.310g/s、0.338g/s,线烧蚀率和质量烧蚀率相对偏差都在5%以内。利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对烧蚀样品的微观形貌进行分析,对不同纤维增强酚醛树脂基复合材料的等离子烧蚀机理进行了探讨。     

烧蚀角度对C/C复合材料烧蚀行为的影响EI北大核心CSCD

烧蚀角度对C/C复合材料的耐烧蚀性能有显著的影响,采用自主研发的氧-煤油烧蚀实验系统对轴棒法编织的三维四向C/C复合材料进行烧蚀/侵蚀实验,实验的典型角度分别为90°,60°,45°,侵蚀时的粒子浓度为1.37%。测算试样的宏观烧蚀率,并采用扫描电镜(SEM)观察了试样烧蚀后的微观形貌。分析了角度对C/C复合材料烧蚀行为的影响规律,并探讨其烧蚀机理。结果表明:不加粒子进行烧蚀实验时,烧蚀角度90°,60°,45°对应的试样质量烧蚀率分别为0.146,0.123,0.100g/s,随烧蚀角度的减小,质量烧蚀率加速降低;加粒子进行侵蚀实验时,烧蚀角度90°,60°,45°对应的试样质量烧蚀率分别为0.452,0.455,0.432g/s,线烧蚀率分别为1.863,1.323,0.843mm/s,随烧蚀角度的减小,质量烧蚀率基本不变,线烧蚀率逐渐降低。烧蚀角度越小,射流的冲刷作用越强,伴随热化学烧蚀的作用,导致烧蚀/侵蚀实验条件下,径向纤维的烧蚀梯度均增加;烧蚀实验条件下,轴向纤维束外沿的受冲刷区域变大。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料在切向气流和激光作用下的损伤

实验研究了靶板表面有0.4 Mach(1 Mach=340 m/s)切向空气气流、0.4 Mach切向氮气气流和无气流时,976 nm连续激光对碳纤维增强E-51环氧树脂复合材料的辐照效应,得到了该材料在不同功率密度下的烧蚀规律.实验结果表明:当样品发生剧烈热分解时,随热分解气体流出边界的固体颗粒对入射激光有屏蔽作用;切向气流一方面可以减弱这种屏蔽作用,有利于辐照区的烧蚀,另一方面对样品有冷却作用,不利于烧蚀;相比于氮气流,空气流有助于产物的燃烧,对下游附近区域产生明显的加热作用;切向空气气流的加载会明显提高扩散到样品表面的氧气浓度,导致碳纤维发生氧化烧蚀;三种气流状态下,当入射激光功率密度在100～800W/cm2范围内,随着功率密度的增大,激光能量的利用效率逐渐降低.     

复合材料烧蚀率的影响阳极氧化处理对碳纤维三维织物/酚醛

采用阳极氧化法对碳纤维三维织物中的碳纤维进行表面改性处理,研究阳极氧化处理对其复合材料烧蚀率的影响。结果表明通过阳极氧化处理可以改善复合材料的耐烧蚀性能,其线烧蚀率降低了7.2%,背面最高温度降低了20℃。同时通过SEM照片分析,从微观结构上阐明处理后的复合材料耐烧蚀性能得到改善。      

碳纤维增强环氧树脂复合材料在切向气流和激光作用下的损伤

实验研究了靶板表面有0.4 Mach(1 Mach=340 m/s)切向空气气流、 0.4 Mach切向氮气气流和无气流时, 976 nm连续激光对碳纤维增强E-51环氧树脂复合材料的辐照效应, 得到了该材料在不同功率密度下的烧蚀规律。实验结果表明: 当样品发生剧烈热分解时, 随热分解气体流出边界的固体颗粒对入射激光有屏蔽作用; 切向气流一方面可以减弱这种屏蔽作用, 有利于辐照区的烧蚀, 另一方面对样品有冷却作用, 不利于烧蚀; 相比于氮气流, 空气流有助于产物的燃烧, 对下游附近区域产生明显的加热作用; 切向空气气流的加载会明显提高扩散到样品表面的氧气浓度, 导致碳纤维发生氧化烧蚀; 三种气流状态下, 当入射激光功率密度在100～800 W/cm²范围内, 随着功率密度的增大, 激光能量的利用效率逐渐降低。     

不同湿热条件下碳纤维/环氧复合材料湿热性能实验研究

对比研究了环氧5228A树脂及碳纤维/环氧5228A树脂复合材料层合板在3种湿热环境(水煮、70℃水浸,70℃85%相对湿度)下的湿热性能,考察了湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律,并从吸湿特性、物理化学特性、树脂力学性能、湿应力等方面分析了不同湿热环境下复合材料性能衰减的机制。研究表明,碳纤维/高温固化环氧树脂复合材料层间剪切性能主要是由吸湿率决定,相同吸湿率不同湿热条件下性能的下降幅度基本相同;3种湿热条件下该树脂及其复合材料未发生化学反应、微裂纹等不可逆变化,复合材料层合板湿热老化机制主要是吸入水分后基体增塑和树脂、纤维湿应变不一致导致的湿应力对复合材料性能的负面作用。     

紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响

采用拉挤成型工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其进行人工加速紫外老化实验,对不同老化时间的试样进行弯曲强度测试、冲击强度测试、动态热机械分析(DMA)。结果表明,紫外老化仅影响到受紫外辐射的碳纤维环氧复合材料最外层,使对外层性能敏感的力学性能下降;紫外老化使复合材料玻璃化转变温度(Tg)提高,老化前期提高幅度相对较大,后期变化不明显;随着老化时间的增加,受到紫外辐射的最外层碳纤维/环氧树脂界面受到一定程度削弱。     

UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用改性环氧树脂的制备及性能

用甲基丙烯酸改性环氧树脂E-51制备了UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用基体树脂,主要研究了反应时间和催化剂用量对改性环氧树脂及复合材料性能的影响。结果表明,当甲基丙烯酸与环氧树脂摩尔比为1.1∶1.0、催化剂二乙基胺用量为0.35%（质量分数）、反应温度为110℃时,改性反应6h所得改性环氧树脂与UHMWPE纤维/碳纤维的复合材料的性能较好。用FTIR、DMA、SEM对改性环氧树脂及复合材料的结构和性能进行了表征,甲基丙烯酸改性环氧树脂对UHMWPE和碳纤维具有较好的粘接性。     

超高模量环氧树脂/碳纤维复合材料的研究进展

通过对碳纤维及环氧树脂进行改性处理,在降低树脂含量的同时提高其结合强度来改善碳纤维复合材料的力学性能。     

快速固化环氧树脂及其碳纤维/环氧复合材料性能

采用双酚A型环氧树脂（DGEBA）、改性咪唑（MIM）及改性脂肪胺（MAA）研制快速固化树脂体系。分别利用DSC和流变仪测试了树脂体系的固化特性与流变行为,优选了树脂配方。采用真空辅助树脂灌注工艺（VARIM）制备了快速成型的碳纤维/环氧复合材料层板,考察了层板的成型质量和力学性能,并与常规固化的层板性能进行了对比。结果表明：采用优选的树脂配方,120 ℃下树脂在5 min内固化度达95%,碳纤维/环氧复合材料层板成型固化时间可控制在13 min以内,固化度达95%以上,并且没有明显缺陷;与常规固化相比（固化时间大于2 h）,快速固化碳纤维/环氧复合材料层板的弯曲性能和耐热性能降低幅度较小。     

碳纳米管浸润剂对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响

制备了含碳纳米管(CNTs)的水溶液, 将该水溶液作为浸润剂浸渍碳纤维并进行烘干, 采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究了CNTs含量及浸润工艺对碳纤维表面CNTs分布的影响, 运用单丝断裂法分析了CNTs浸润剂处理对碳纤维/环氧树脂界面粘结性能的影响和作用机制。结果表明: CNTs可在T700和T300纤维表面黏附, 浸润剂中CNTs含量越高, CNTs在纤维表面含量越高; 对于CNTs含量较低的浸润剂, 采用增加浸润次数的方法, 能有效提高碳纤维表面CNTs的含量和碳纤维表面粗糙度; 经过CNTs浸润剂处理后, 碳纤维/树脂界面处的机械啮合作用增强, 界面粘结强度明显提高, 增幅最高达35.8%。