湿热和电热作用对复合材料力学性能的影响EI北大核心CSCD

对民用航空器结构用碳纤维树脂基复合材料(CFRP)进行吸湿性能研究,测试其吸湿率随时间的变化规律,同时监测吸湿过程中试样电阻率的变化规律,对饱和吸湿试样再进行通电处理,获取脱湿率与通电电流的关系,之后对未处理、吸湿及吸湿/通电处理试样进行弯曲性能测试,通过观察弯曲断口处裂纹走向及断口形貌,分析湿热、湿热/电热作用对CFRP弯曲性能的影响。结果表明,试样吸湿率随吸湿时间延长呈先上升后趋于稳定的趋势,其电阻率呈先下降后稳定的变化规律,饱和吸湿试样经通电处理后,脱湿率随电流增加而增大,但试样湿含量不能降低为0。吸湿后小电流2~4 A(ρ=33.4~66.8 m A/mm^2)处理,试样弯曲性能较单纯吸湿试样有所提升,弯曲断裂后试样并未分离成两部分,吸湿后大电流5~6 A(ρ=83.6~100.2 m A/mm^2)处理,造成试样弯曲强度下降,弯曲断裂表现为脆性断裂。     

电热作用对碳纤维树脂基复合材料力学性能的影响

采用复合材料电热实验平台,测试碳纤维树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）电热作用下温度场变化规律,同时从单丝拉伸断裂界面剪切强度、短梁剪切性能变化和剪切断口等多方面揭示电热作用对CFRP力学性能的影响机制。结果表明:电热作用会使CFRP整体温度迅速升高,在约4 min时达到稳态温度,随着电流强度的增大,CFRP层板表面温度越高,当电流强度为8 A（0.44 A/mm2）时,CFRP的表面温度达到151℃;单丝拉伸和短梁剪切界面强度都随着电流强度增加呈现先增加后降低的趋势;小电流时,电热作用产生较少的焦耳热,优化界面性能,提高界面剪切强度,大电流时,电热作用产生的焦耳热过大,对界面产生烧蚀等不可逆损伤,降低了界面结合性能。      

电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

湿热老化对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能影响研究

研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在30℃和80℃两个温度下溶液浸泡对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响.研究发现:浸泡使复合材料的力学性能下降,80℃下浸泡使复合材料力学性能下降更显著;低温下介质组分对复合材料的影响不是很明显,80℃下去离水中浸泡对复合材料的静态力学性能破坏更显著.     

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5％(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响.结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5％NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82％和0.67％;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5％NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8％,压缩强度降低4.3％;在3.5％NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1％,压缩强度降低4.7％.在两种溶液老化后试样的Tg降低,但相差不大.此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据.     

湿热环境对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响及其损伤机理

采用加速吸湿法研究经3种湿热环境(湿度为85%RH,温度分别为25,70,85℃)处理后CFRP层合板的吸湿特性,对吸湿前后的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板分别进行拉伸、压缩、剪切实验,研究其力学性能变化规律,利用扫描电镜和红外光谱分析湿热环境中CFRP层板的损伤机理,最后采用最小二乘法拟合提出湿热环境下CFRP层合板力学性能的预测公式。结果表明:CFRP层合板的吸湿初期特性符合Fick定律;相同湿度下环境温度越高,CFRP的吸湿速率和平衡吸湿率越大,达到吸湿平衡所需时的间越长;3种湿热环境处理后的CFRP层板的90°拉伸和剪切力学性能下降最明显;经湿热环境处理后水分子通过氢键与环氧树脂发生缔合,但CFRP层合板中的各组分未发生化学结构变化;拟合建立的不同湿热条件下力学性能衰退公式与实验结果基本一致。     

紫外-湿热老化对天然纤维增强复合材料力学性能的影响(英文)

用热压成型的方法制作了天然纤维(剑麻,红麻)增强酚醛复合材料,并测试和比较了紫外老化前后复合材料的力学性能。同时,也研究了表面处理对天然纤维增强复合材料力学性能的影响。结果表明,天然纤维复合材料的力学性能随着老化而不断下降。最后,引入了一个半经验模型来对天然纤维增强复合材料的服役行为进行了预测。     

电热作用对碳纤维/环氧树脂基复合材料吸湿行为的影响

采用复合材料电热实验机,对碳纤维/环氧树脂基复合材料(CF/EP)试样进行通电处理,同时测试其表面温度变化,并得出电阻率随温度的变化规律。对通电后的试样进行吸湿处理,获取扩散系数、饱和吸湿率与通电电流之间的关系,之后通过FTIR、弯曲性能测试以及弯曲断口的表面形貌分析研究了通电对试样吸湿行为的影响。结果表明:通电电流强度越大,CF/EP试样表面平衡温度越高,随着温度升高电阻率呈下降趋势;经4 A(ρ=66.8mA·mm~(-2))电流处理的试样,其扩散系数、饱和吸湿率均低于未处理试样,经5A(ρ=83.6mA·mm~(-2))、6A(ρ=100.2mA·mm~(-2))电流处理后,扩散系数及饱和吸湿率均高于未处理试样;小电流处理时,界面性能得到改善,提高弯曲强度,大电流处理对界面有一定损伤,降低弯曲强度,电热/湿作用下,CF/EP试样的弯曲强度下降,下降幅度与吸湿量呈正相关。     

短纤维对复合材料力学性能的影响

综述了影响短纤维/树脂基复合材料力学性能的研究进展.重点介绍了短纤维的长度、添加量、取向分布以及表面改性剂等各因素对材料力学性能的影响,以及表面改性剂对改善界面结合力的作用机理.     

定型剂对复合材料力学性能的影响

在对3266树脂工艺性研究的基础上,研究了定型剂含量对3186缎纹、827单向碳布/3266树脂基复合材料弯曲强度、层间剪切强度和模量的影响.结果表明:定型剂含量对复合材料力学性能的影响规律、定型剂最佳用量均对增强材料的织态结构有着很强的依赖性;在3186缎纹/3266树脂体系和827单向碳布/3266树脂体系中,定型剂用量分别为8%和5%时,定型剂的加入对复合材料的力学性能没有造成明显的劣化作用.     

湿热环境对7781/CYCOM 7701玻璃纤维/环氧复合材料典型力学性能的影响

采用7781/CYCOM 7701玻璃纤维/环氧织物预浸料和中温固化工艺制造了复合材料单向层压板试验件。将试验件分为3组,分别对应低温干态（CTD）、室温干态（RTD）和高温湿态（ETW）3种试验环境条件。在这3种试验环境条件下,分别测试了复合材料单向层压板的拉伸、压缩、剪切、孔挤压和拉脱等力学性能。并在试验中适当考虑了复合材料经向和纬向力学性能差异、是否含缺口和是否含冲击损伤等情况。根据试验结果,研究了湿热环境对7781/CYCOM 7701玻璃纤维/环氧复合材料单向层压板典型力学性能的影响。研究表明：以RTD条件为基准,各项强度性能在CTD条件下均上升,而在ETW条件下均下降。其中,在ETW条件下,拉伸强度下降18%~25%,压缩强度下降10%~40%,剪切强度下降30%~50%,孔挤压强度下降约20%,拉脱强度下降接近30%;拉伸和压缩弹性模量受温度和吸湿条件影响较小,均在10%左右或以内;而泊松比和剪切弹性模量则受温度和吸湿条件影响很大,两者在ETW条件下的性能比在RTD条件下的性能分别下降约30%和50%。     

电热作用对碳纤维增强树脂基复合材料层板冲击性能的影响

针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板结构在低电流(安培级)作用下对其冲击性能和吸能特性的影响进行研究。结果表明，电热作用使得CFRP层板的温度迅速升高，随着电流强度增加，电热作用产生的焦耳热显著增加；同时，CFRP层板的电阻率随电流强度增大而降低，呈现出温敏效应。在相同冲击能量下，随着加载电流强度增加，CFRP层板的冲击响应完全不同，临界损伤冲击应力和最大冲击应力随加载电流强度增大而减小，且下降幅度随之增大；随着加载电流强度增加，CFRP层板对冲击能量吸收显著增加。冲击损伤分析可知，在相同冲击能量下，CFRP层板的冲击损伤面积随着电流强度增加而增大，损伤程度越严重，失效机制由基体裂纹、微小分层转变为大量纤维断裂、基体破碎等，即冲击损伤模式由微弱的冲击损伤转变为可见的冲击损伤；冲击凹坑深度也随着电流强度增加而显著加深，冲击凹坑回弹率也显著降低。     

孔隙率对聚酰亚胺复合材料力学性能的影响

利用超声衰减的强度随聚酰亚胺复合材料孔隙率增加而逐渐增加的性质,建立超声衰减的强度与孔隙率之间的关系,再将不同孔隙率与复合材料力学性能之间的关系对应起来.结果表明,可以通过超声衰减的強度直接预测复合材料的力学性能.     

APP对木粉-HDPE复合材料阻燃和力学性能的影响

以聚磷酸铵(APP)对木粉-HDPE复合材料(WF-HDPE)进行阻燃处理,用锥形量热仪系统评价复合材料的阻燃性能,并进行等温燃烧反应动力学分析,用万能力学试验机进行静态力学试验。结果表明,在35 kW/m2热辐射流量下,APP添加量达到15%时,WF-HDPE燃烧热释放速率(RHR)峰值和总热释放量(THR)均降低约50%、成炭率提高150%,表现出显著的阻燃作用;可用动力学模型ln(1-α)=-kt+C描述WF-HDPE的等温燃烧反应,APP的加入使反应速率常数k降低、半衰期延长。APP对WF-HDPE的冲击性能有显著的不利影响,但能改善刚性,对弯曲强度和拉伸强度影响不大。综合阻燃性能与力学实验结果,APP的适宜添加量为15%左右。     

浸泡腐蚀对复合材料导电性能和力学性能的影响

对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行浸泡腐蚀实验,并对腐蚀前后的试样进行电阻值测量、力学性能检测及试样形貌的显微观察.结果表明:浸泡腐蚀可显著影响试样的电阻值和短梁剪切强度.试样的电阻值随浸泡时间的延长,先增后减;同时浸泡使得试样短梁剪切强度明显降低,并且下降幅度与试样吸湿率相关.     

SPTW 对聚丙烯复合材料力学性能的影响

目的研究六钛酸钾晶须添加量的不同对聚丙烯复合材料力学性能的影响。方法采用硅烷偶联剂KH550改性六钛酸钾晶须(SPTW),利用熔融共混法,将改性过的六钛酸钾晶须与聚丙烯(PP)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)熔融共混制得PP/PP-g-MAH/SPTW复合材料。结果比较不同含量的六钛酸钾晶须对复合材料力学性能的影响,发现添加适量改性过的六钛酸钾晶须可明显改善复合材料的力学性能。随着六钛酸钾含量的不断增加,其弯曲强度也增大,当SPTW的质量分数为12%时,弯曲强度提高了21.5%,随着含量的继续增加,弯曲强度开始下降;其拉伸强度和冲击强度都呈先增加后降低的趋势,在SPTW质量分数为8.3%左右时,其拉伸强度和冲击强度分别提高了19.7%和31.8%。结论在聚丙烯中添加经硅烷偶联剂KH550改性的SPTW,其质量分数为12%时,力学性能最佳。     

孔隙含量对复合材料力学性能的影响

制造复合材料时,如果工艺参数选择不当,常常使复合材料中形成不同类型的孔隙。孔隙的存在会对复合材料性能产生很大影响。本文的目的在于讨论孔隙含量对单向复合材料机械性能的影响。这些性能包括:纵向、横向拉伸强度和模量;弯曲强度和模量;平面剪切强度和模量及层间剪切强度等。试件用纤维缠绕工艺制造。树脂基体由双酚-A型环氧树脂和热固性酚醛树脂构成。后者用作环氧树脂的固化剂。用E玻璃无捻粗纱作增强材料。试件在真空干燥箱中按预定的固化制度固化。复合材料中的孔隙含量用比重法测定。结果表明,单向复合材料中的孔隙含量对横向拉伸、层间剪切及平面剪切性能有明显影响。指出,通过控制工艺参数、降低孔隙含量,可以制得性能优异的复合材料。      

孔隙率对碳纤维复合材料超声衰减系数和力学性能的影响

复合材料的工艺过程对最终产品的力学性能具有决定性影响,但其机理十分复杂。通过设置一系列固化压力历程以产生不同水平的孔隙率,采用超声C扫描、显微镜分析和酸解法对孔隙的分布、形状、尺寸和体积含量进行了定性和定量表征。讨论了孔隙率对层压板层间剪切性能、弯曲性能和拉伸性能的影响规律,获得了性能下降的临界孔隙率值。结果表明:孔隙率对性能的影响只受孔隙含量、分布、尺寸和形状等的影响,而与产生方式没有直接联系。本文作者的研究将工艺参数、孔隙率和性能有机地联系起来,体现了复合材料设计、制备与性能一体化的特点。      

纤维涂层对复合材料力学性能的影响

对于ＳｉＣ纤维／ＭＡＳ微晶玻璃复合系统，发现在烧结温度下，纤维和基体之间有较严重的化学反应发生，界面结合强，力学性能较差．通过对ＮｉｃａｌｏｎＳｉＣ纤维加涂层，发现Ｎｂ２Ｏ５和ｃ涂层对复合材料的界面结合改善不大，而ＬＣＡＳ晶玻璃涂层能使纤维和基体间的界面结合明显减弱，力学性能大幅度提高，室温抗折强度和断裂韧性分别达３２７ＭＰａ和１３．９ＭＰａ·ｍ１／２．