ESTM-fabric/3266复合材料低速冲击响应及冲击后压缩行为研究

基于“离位”技术,分别开发两种新型聚醚砜(PES)点阵附载型(ES-L)和PES无规附载U3160织物型(ES-R)ES^TM-fabric织物,采用RTM工艺制备ES^TM-fabric织物增强3266中温环氧树脂基复合材料(ES^TM-fabric/3266),对其进行冲击阻抗及冲击后压缩测试,并利用荧光显微镜、SEM结果分析离位增韧机理,还对比研究未增韧U3160织物增强3266中温环氧树脂基复合材料的性能。低速冲击测试结果表明:相比未增韧U3160/3266(ES-U),ES^TM-fabric/3266的起始损伤阈值载荷显著提高,冲击损伤面积明显减少,裂纹扩展更加平缓,且以层内基体裂纹、纤维束内的纤维-基体脱粘和局部铺层断裂为主。ES-L的CAI值比ES-U增大了37%。ES-R层间出现均布式相反转结构,ES-L层间存在硬相区(富BMI连续相)和软相区(富PES连续相/3266相反转结构);ES-L的相结构能够更加有效地缓解应力集中、耗散冲击能量,从而使其表现出最佳的损伤阻抗和损伤容限性能。     

“离位”增韧T800H/5228ES复合材料的制备与性能研究

基于"离位"增韧技术,以PAEK膜为增韧膜,制备了T800H/5228ES预浸料及其复合材料,通过Ⅰ型层间断裂韧性、Ⅱ型层间断裂韧性和低速冲击等试验,对比考核"离位"增韧T800H/5228ES复合材料相对于传统树脂增韧X850复合材料的增韧特性,分析了T800H/5228ES复合材料的增韧机理。结果表明,相比于X850复合材料,T800H/5228ES复合材料有较高的GⅠC值、GⅡC值和CAI值,"离位"增韧在T800H/5228ES复合材料层间形成了热固性树脂/热塑性树脂双连续相结构,这种结构大大提高了复合材料层压板的层间断裂韧性、冲击损伤阻抗和损伤容限等性能。     

RTM用ES-Fabric增强织物的制备及其复合材料性能研究

基于"离位"增韧技术,将"离位"增韧剂聚醚砜均匀地附载在增强织物上,制备具有增韧功能的ES-Fabric增强织物。以ES-Fabric增强织物作为增强体,采用垂直流动RTM工艺制备了"离位"增韧的不同树脂基(6421、3266和5284树脂)复合材料,并进行了性能研究,结果表明:垂直流动RTM工艺缩短了注胶时间,改善了"离位"增韧的RTM工艺,"离位"增韧的复合材料不仅提高了复合材料层压板的冲击损伤阻抗(用分层的投影面积超声C扫描来评价),也提高了层压板的冲击后压缩强度(用CAI值来评价),并且增韧后的复合材料的基本力学性能并没有降低。     

结构化增韧层增韧RTM复合材料性能

从复合材料离位增韧思想出发,选用具有高孔隙率的尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,采用RTM工艺制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强环氧3266树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),并研究了其韧性相关性能和增韧机制。结果表明:U3160-PNF/3266复合材料层间仍保持其原有的结构形式,同时与层间树脂相互贯穿形成了一种非反应诱导相分离的双连续结构,并且这种双连续结构表现出显著的增韧效果。U3160-PNF/3266复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了1.1倍和1.4倍,冲击后压缩强度由212MPa提高到281MPa。     

尼龙无纺布结构化增韧层增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热力学性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160-PNF/3266)复合材料,研究了U3160-PNF/3266复合材料的面内力学性能及湿热老化后的力学性能变化,并分析了复合材料湿热老化前后的层间形貌。结果表明:PNF增韧层的引入并未导致复合材料面内力学性能的下降,与未增韧的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160/3266)复合材料相比,增韧复合材料U3160-PNF/3266的90°拉伸性能有所提高。而湿热老化处理对U3160-PNF/3266复合材料的基体和界面性能影响相对明显,尤其是尼龙纤维与树脂基体之间的界面结合性能,湿热老化处理后增韧复合材料的90°压缩和层间剪切性能保持率均明显低于未增韧复合材料的。     

层间韧化的碳纤维复合材料层压板的力学性能

研究了"离位"增韧的双马来酰亚胺复合材料层压板的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性、层间微结构及其形貌变化、冲击分层损伤和冲击后压缩强度,以及典型面内、面外的基本力学性能.结果表明,通过热反应失稳分相、相反转和颗粒粗化等一系列过程,"离位"增韧在复合材料的层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的3-3相结构,这种结构大大提高了复合材料层压板的层间韧性、冲击损伤阻抗和损伤容限等性能.     

双马树脂基复合材料低速冲击响应及冲击后压缩行为研究EI北大核心CSCD

制备了新型聚醚砜(PES)点阵附载U3160的ES^(TM)-fabric织物,PES附载量分别为15(ES-15),25(ES-25),35(ES-35)g/cm^(2)。采用RTM工艺制备了ES^(TM)-fabric织物增强双马来酰亚胺树脂(牌号:6421)基复合材料(ES^(TM)-fabric/6421),对其进行动态力学热分析(DMTA),还进行了冲击阻抗及冲击后压缩性能研究,并利用荧光显微镜分析其增韧机理,同时研究对比了未增韧U3160织物增强6421树脂基复合材料(ES-0)的性能。DMTA分析结果显示,ES-0仅有一个源于BMI基体树脂的玻璃化转变温度(T_(g)),增韧后复合材料出现了两个T_(g):191~195℃的松弛峰源于增韧剂PES,230~250℃的松弛峰源于BMI基体树脂。低速冲击结果显示,ES-0试样的初始损伤载荷(DTL)降低非常显著。增韧复合材料的DTL远高于ES-0试样,且与最高峰值载荷相同;随着增韧剂增多,DTL增大,冲击损伤面积减小。荧光显微结果显示:ES-0试样的冲击损伤以分层破坏为主。增韧复合材料在压头下方产生了大量层内和层间基体裂纹,且冲击背面的铺层破裂更加严重,其锥形冲击损伤范围要小于ES-0试样。ES-0试样的冲击后压缩强度(CAI)为144.66 MPa,增韧复合材料ES-15,ES-25和ES-35的CAI值分别依次增大为205.85,265.74 MPa和275.14 MPa。ES-0试样经冲击后压缩破坏后结构中出现了大量分层,结构无显著的劈裂;ES-15试样存在大量的纤维铺层劈裂及显著的基体裂纹;ES-25试样和ES-35试样以铺层剪切破坏为主,这些损伤会吸收大量能量,从而导致高的CAI值。     

树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响

制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性增韧树脂含量,探索热塑性树脂增韧颗粒含量对复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响,结果表明,在碳纤维对增韧剂颗粒的过滤效应下,热塑性树脂增韧颗粒会在复合材料层间富集,并且随着热塑性树脂增韧剂含量增加,复合材料层间厚度增大.随热塑性树脂增韧剂含量增加,在层间树脂基体韧性及层间高韧树脂厚度增大的共同作用下,复合材料Ⅱ型层间断裂韧性逐步提升.     

PEK-C膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能

为探究热塑性酚酞基聚醚酮（Polyaryletherketone with Cardo,PEK-C）树脂薄膜及膜厚对层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响,利用浸渍提拉法制备了三种不同厚度（分别约为1 μm、10 μm、30 μm）的PEK-C膜,通过热压成型制备了层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料层合板,对其进行了Ⅰ型层间断裂韧性、冲击后压缩强度、层间剪切及弯曲性能测试,并利用SEM观察微观形貌及AFM扫描微观相图。结果表明:不同PEK-C膜厚增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性、冲击后压缩强度及层间剪切强度有不同程度提高,Ⅰ型层间断裂韧性及层间剪切强度以膜厚为10 μm最佳,分别增大了157.17%和17.57%,冲击后压缩强度以膜厚为30 μm最佳,达到了186.67 MPa,这是由于PEK-C与环氧树脂在热压固化过程中形成了双相结构,改善了材料韧性;但弯曲性能持续下降,强度及模量由未增韧的1 551 MPa、106 GPa分别降至30 μm时的965 MPa、79 GPa,这是由于PEK-C树脂扩散进入环氧树脂中,降低了纤维体积分数及材料刚度。      

含碳纳米管的PEI纤维膜对环氧树脂力学性能的影响

采用高压静电纺丝法制备了含多壁碳纳米管(MWCNTs)的聚醚酰亚胺(PEI)纳米纤维取向薄膜,用SEM和TEM观察其微观形貌.将PEI纳米纤维薄膜铺放于环氧树脂中,通过实验测试其冲击和拉伸性能.结果表明,含MWCNTs的PEI纳米纤维膜对环氧树脂具有良好的增韧效果.Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)测试表明,用含质量分数3％活性碳纳米管(a-MWCNTs)的PEI纤维膜对T700碳纤维/环氧树脂复合材料进行层间增韧能够明显改善其层间断裂韧性.     

多壁碳纳米管/聚醚砜环氧树脂复合材料的制备及力学性能

环氧树脂具有优异的热性能及力学性能,但本身脆性较大。为制备低成本、高性能的环氧树脂体系,使用聚醚砜（PES）和多壁碳纳米管（MWCNT）对环氧树脂进行增韧,制备了不同PES含量的PES-环氧树脂共混物,讨论了PES含量对环氧树脂力学性能的影响;采用熔融法,并配合使用机械搅拌、高剪切分散和超声分散制备了MWCNT/PES-环氧树脂复合材料,测试了其拉伸性能及断裂韧性,用SEM观察了MWCNT在树脂中的分散状态以及拉伸试样的断口形貌。结果表明：MWCNT的加入能够提高PES-环氧树脂体系的综合力学性能,且当MWCNT含量为0.7wt%时,树脂体系的综合力学性能最好;低PES含量下,小于1.0wt%的MWCNT的加入使材料力学性能超过用20.0wt%PES改性的环氧树脂;PES与MWCNT对环氧树脂具有协同增韧作用。     

航空结构用增韧复合材料的研究与开发

先进复合材料国防科技重点实验室在拥有自主知识产权的"离位"增韧新概念基础上,成功开发了兼具优异工艺性和高抗冲击损伤性的航空级"离位"增韧的热压罐固化复合材料体系和液态成型(RTM及RFI等)复合材料体系.这些增韧的材料体系包括高性能的环氧树脂体系和双马来酰亚胺体系的复合材料.经试验验证,"离位"增韧可在显著提高复合材料层问韧性、冲击损伤阻抗和容限的同时,保持材料原有优异的成型工艺性和湿热性能.     

氧化石墨烯-碳纳米管复合膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料层合板结构的层间性能一直是材料的性能短板,本文利用氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)设计制备了具有一定渗透性和树脂浸润性的复合膜,采用层间增韧方法,制备了GO-CNT复合膜改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,通过张开型Ⅰ型层间断裂韧性(G_ⅠC)与滑移型Ⅱ型层间断裂韧性(G_ⅡC)对GO-CNT-CF/EP复合材料的层间韧性进行了研究,并结合复合材料的破坏微观形貌和损伤/破坏特征分析了GO-CNT复合膜对复合材料的层间增韧效果及增韧机制。结果表明：GO与CNT质量比为3∶7时制备的复合膜具有良好的成膜工艺性和树脂浸润性,EP与GO-CNT复合膜的接触角远低于其与纯GO膜的接触角,并且GO与CNT结构中的羟基、羧基、环氧基等含氧基团增加了它们与EP的物理亲和性和化学作用,有利于复合材料层间GO-CNT/EP微区结构的强韧化。GO-CNT复合膜对复合材料的张开型层间断裂韧性G_ⅠC没有增强效果,甚至复合材料的G_ⅠC值还发生了轻微下降。而GO-CNT复合膜对复合材料的滑移型层...     

尼龙无纺布增韧RTM复合材料的湿热老化性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了PNF层间增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),研究了U3160-PNF/3266复合材料的吸湿特性及湿热老化对其耐热性能的影响。结果表明:增韧前后复合材料具有相似的吸湿动力学特性,但在吸湿初期,U3160-PNF/3266复合材料具有更大的吸湿速率,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266复合材料的饱和吸湿率约为0.96%,略大于非增韧复合材料U3160/3266的0.87%。随着湿热老化时间的增加,两种复合材料的玻璃化转变温度均逐渐降低,并随着吸湿率的饱和而趋于平稳,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266和U3160/3266复合材料的玻璃化转变温度分别下降了约15%和14%。     

纤维增强热固性聚合物基复合材料层间增韧研究进展

综述了纤维增强热固性聚合物基复合材料（PMC）层间增韧的最新研究进展。热固性复合材料由于基体树脂高的交联密度而呈脆性,表现出低的冲击损伤阻抗和损伤容限特征。柔性聚合物层间增韧是改善聚合物基复合材料层间断裂韧性和抗冲击性的有效手段,且不会降低热固性树脂的热性能和高模量。目前有3种层间增韧方法：颗粒增韧、聚合物纤维增韧和薄膜增韧。讨论了3种方法的概念、实施方案、增韧机理及研究成果。最后重点阐述了创新性的复合材料“离位”增韧思想,介绍了具有全部自主知识产权的“离位”复合材料高性能化技术体系,包括预浸料和液态成型两大复合材料产品系列。     

“离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究

采用"离位"增韧技术对双马来酰亚胺复合材料层压板进行了层间增韧,然后对增韧和未增韧的两种双马复合材料层压板进行准静态压入及冲击后压缩剩余强度试验研究,并用超声C扫描和热揭层对层压板的损伤进行测量。结果表明:经过"离位"增韧的双马复合材料层压板层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的结构,该结构不仅能抑制增韧层压板的内部损伤面积,改善损伤阻抗,使其表面凹坑深度更明显,而且还大幅提高了其损伤容限。     

含碳纳米管的PEI纤维膜对环氧树脂力学性能的影响

采用高压静电纺丝法制备了含多壁碳纳米管(MWCNTs)的聚醚酰亚胺(PEI)纳米纤维取向薄膜, 用SEM和TEM观察其微观形貌。将PEI纳米纤维薄膜铺放于环氧树脂中, 通过实验测试其冲击和拉伸性能。结果表明, 含MWCNTs的PEI纳米纤维膜对环氧树脂具有良好的增韧效果。Ⅰ型层间断裂韧性(G_IC)测试表明, 用含质量分数3%活性碳纳米管(a-MWCNTs)的PEI纤维膜对T700碳纤维/环氧树脂复合材料进行层间增韧能够明显改善其层间断裂韧性。     

聚醚砜改性对环氧树脂室温和超低温韧性及力学性能的影响

用聚醚砜对环氧树脂进行室温和超低温的增韧研究,测试了该环氧树脂体系在室温和超低温的断裂韧性、冲击强度、弯曲性能、拉伸性能和压缩性能。实验结果表明,在室温和液氮温度下,PES均能增加环氧树脂体系的断裂韧性(KIc),但在液氮温度下,KIc的增加程度小于室温。在室温下,PES改性树脂体系的冲击强度基本不变,而在液氮温度下则明显增大。在液氮温度下,增韧体系的弯曲、压缩和拉伸性能比室温有更显著的降低。在室温,增韧体系的强度降低10％～22％,而在液氮温度下则下降15％～32％。在室温,增韧体系的模量没有明显减小,而在液氮温度下则下降了15％～32％。     

低速冲击下层间增韧复合材料层压板损伤行为研究

为考察“离位”技术对双马来酰亚胺复合材料层压板层间增韧效果,对增韧程未增韧的两种双马复合材料层压板进行低速冲击性及冲击后压缩剩余强度实验研究.结果表明:经过“离位”增韧的双马复合材料层压板层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的结构,该结构不仅改善了材料的损伤阻抗,使其表面凹坑深度更明显,而且还大大提高了材料的损伤容限.     

航空级复合材料层板的定域相变控制与增韧研究进展

航空飞行器要求损伤容限设计,因此要求其复合材料具有高的韧性.与目前国内外广泛采用的整体增韧树脂基体或插层改性所进行的研究不同,主要介绍了在"离位"增韧的概念下,以时间-温度-转变(Time Temperature Transition,TTT)图为手段开展的复合材料层板层间定域相结构控制和增韧研究进展,给出了典型"离位"增韧复合材料的层板的层间相结构和韧性性能,证明了"离位"增韧可普适地将各种树脂基体的航空级复合材料层板层间定域的相形貌调控为相反转、双连续的相结构,从而达到大幅提高复合材料韧性的目的.