预浸料在RTM工艺中的应用研究

采用共固化RTM工艺制备了碳纤维增强环氧树脂5284RTM/5228A复合材料层板。通过超声C扫描和显微分析法评价了层板的内部质量,通过短梁剪切强度和弯曲性能研究了层板的力学性能,利用DMA评价了层板的耐热性能。结果表明,所制备的层板内部质量良好,预浸料层的预处理对层板的内部质量、力学性能和耐热性能都没有明显影响,而热固性中介层的引入虽然不会影响体系的内部质量和力学性能,但会使层板的耐热性能降低。     

QW220/5284RTM复合材料的介电性能研究

采用RTM工艺制备了四种不同纤维体积含量的石英纤维增强环氧树脂基复合材料层板。研究了温度、吸湿、频率、纤维体积分数和后固化等因素对该复合材料体系介电性能的影响。结果表明,在30~150℃温度范围内,QW220/5284RTM复合材料的介电常数和介电损耗均随温度升高而增大;纤维体积分数为53%时,该复合材料体系的饱和吸湿率较低,约为0.44%,吸水后,介电常数和介电损耗都有一定程度的增加;室温下,7~18GHz频率范围内,该复合材料体系的介电常数和介电损耗随频率改变没有表现出明显和规律的变化;该复合材料体系的介电常数和介电损耗随着纤维体积分数的提高而分别增大和减小;后固化使该复合材料体系的介电常数和介电损耗均减小。QW220/5284RTM复合材料具有良好的介电性能,且介电性能具有较好的耐环境特性,可用于飞机透波结构。     

玻璃纤维-铝合金层合板湿热老化性能研究

通过研究玻璃纤维-铝合金层板在70℃、RH85%湿热环境下不同老化周期后的力学性能、基体红外光谱、铝合金表面形貌及元素变化,分析了层板的湿热老化机理。结果表明:在加速湿热老化条件下,复合材料层内部基体会发生吸湿塑化,并破坏树脂与纤维以及铝合金层的界面,影响了材料内部应力的传递,使与界面及桥接应力相关的性能发生明显退化;表层铝合金层随湿热老化时间的延长,表面氧化加剧,使铝合金塑性降低,主要影响依靠铝合金承载的力学性能。     

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料耐湿热性能

采用改性双马来酰亚胺树脂与碳纤维制备了耐热及耐湿热性能优异的复合材料。通过红外光谱分析、不同温度下力学性能测试及动态力学性能测试分析等,考察了该复合材料耐热及耐湿热性能;从吸湿特性、物理、化学特性及热应力等方面分析了湿热处理前、后复合材料高温环境下力学性能衰减机理。结果表明,复合材料吸湿初始阶段符合Fick第二定律,平衡吸湿率为0.97%~1.32%;湿热处理对复合材料基体化学结构和玻璃化转变温度基本无影响;界面处不断增大的热应力削弱界面结合强度,这是高温环境下力学性能下降的关键因素;与国内外同类复合材料相比,该复合材料湿热处理前、后在高温下弯曲性能和层间剪切强度保持率较高,耐热及耐湿热性能出众。     

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

航空用国产碳纤维/聚酰亚胺复合材料耐环境老化性能北大核心CSCD

选用国产T800级碳纤维和聚酰亚胺(PI)树脂通过RTM工艺制备了聚酰亚胺复合材料。采用酸性盐雾、湿热环境对复合材料进行老化处理,另外采用润滑油、燃油、蒸馏水、人工海水常温浸泡复合材料1000 h,研究复合材料的耐热及典型力学性能变化。结果表明:酸性盐雾处理后材料的弯曲和层剪性能小幅降低,开孔拉伸性能无变化,开孔压缩性能显著降低,耐热性能轻微降低。湿热处理对开孔拉伸性能无影响,开孔压缩性能及耐热性能轻微降低。液体浸泡后复合材料的面内剪切强度和模量均有所降低,对室温面内剪切性能的影响大于高温性能,层间剪切性能未明显降低,开孔压缩性能轻微下降。润滑油浸泡造成耐热性轻微降低,其余液体浸泡未造成耐热性下降。结合上述结果认为该聚酰亚胺复合材料的耐环境性能良好。     

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。     

湿热老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

分别利用材料万能试验机和DMA研究了湿热老化时间对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学性能的影响。结果表明,在湿热环境下加速老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和模量、弯曲强度和模量并未发生明显变化;压缩强度和层间剪切强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为14.4%和9.5%;湿热老化使得PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性有所提高,当老化时间为30d时,混杂复合材料的T_g从127.6℃升高到136.3℃,随着老化时间进一步延长,混杂复合材料的T_g降低,E'和E″向低温方向移动,表明混杂复合材料的耐热性又开始下降。     

表面改性对竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料湿热老化影响

采用碱处理以及碱-偶联剂处理竹纤维,利用非织造和热压工艺制备了竹纤维(BF)与聚丙烯纤维(PP)混杂毡平铺复合材料。研究了改性前后竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料的湿热老化行为的变化,并用SEM研究了复合材料界面结合状况。结果表明:竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料的吸湿规律符合Fick吸湿定律,和竹纤维含量无关,复合材料的吸湿行为不仅与竹纤维含量有关,还与材料内部孔洞密切相关。湿热老化对复合材料拉伸性能影响不显著,经过碱处理或者碱-偶联剂处理后,竹纤维与聚丙烯纤维混杂毡平铺复合材料耐湿热老化性能有较明显的提升效果,综合考虑湿热老化后复合材料的性能,碱-偶联剂处理后复合材料耐湿热老化性能最优,当湿热老化60 d后,复合材料的弯曲和拉伸强度分别为60.55、33.10 MPa,较未处理分别提高了49.51%、18.06%,弯曲和拉伸模量分别为3.91、3.58 GPa,较未处理分别提高了64.7%、7.28%。SEM结果显示:经过碱-偶联剂处理后,竹纤维与聚丙烯树脂之间的黏结得到了提升,复合材料内部孔隙减少,阻碍了水分在材料内的扩散,从而提升了复合材料的耐湿热老化性能。     

混杂纤维增强环氧树脂复合材料电缆芯湿热老化性能研究

高温高湿条件下对玻璃纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料电缆芯进行加速湿热老化试验,比较了两种直径的复合材料电缆芯在相同老化条件下的力学性能,并从微观角度分析了湿热老化后力学性能下降的原因。结果表明,该复合材料电缆芯耐湿热老化性能较好,在80℃及RH95%下老化1750h后其弯曲强度保留率大于65%,层间剪切强度保留率大于58%。     

湿热环境下碳纤维复合材料斜面胶接件拉伸试验研究

测量了胶膜及其复合材料斜面胶接件在湿热环境下的力学性能,对比分析了湿热环境对胶膜及其碳纤维复合材料斜面胶接件力学性能的影响,并分析了湿热对其破坏模式的影响。研究表明,胶膜的模量和强度吸湿后分别下降23.6%和27.0%,高温下分别下降69.4%和66.9%,吸湿后高温下分别下降85.0%和89.0%;其碳纤维复合材料斜面胶接件的名义剪切强度在吸湿后、高温下和吸湿后高温下分别下降了12.6%、36.4%和78.1%。同时,该斜面胶接结构的失效模式在室温干态时胶层和胶接界面破坏都有;吸湿致使胶接界面性能下降而发生更多界面破坏;高温环境下,以胶层破坏为主;湿热同时作用下,以界面破坏为主。     

聚酰亚胺纤维增强环氧树脂结构透波复合材料的性能研究及机制分析

选择聚酰亚胺纤维和环氧树脂,采用热熔法制备出了聚酰亚胺/环氧结构透波复合材料。通过傅里叶变换红外光谱、吸湿率、力学性能、介电性能、湿热老化性能以及扫描电子显微镜等表征手段,研究了聚酰亚胺/环氧结构透波复合材料的结构透波性能和耐湿热环境性能。研究结果表明：聚酰亚胺纤维中刚性共轭结构赋予了聚酰亚胺纤维复合材料良好的透波性能和耐湿热性能,但是与石英纤维增强环氧树脂复合材料相比,聚酰亚胺纤维增强环氧树脂结构透波复合材料仍存在着压缩强度、弯曲强度与层间剪切强度低、吸湿率高的问题;力学性能破坏模式分析结果显示,聚酰亚胺纤维同时存在有机纤维的吸湿、压缩强度低、纤维/树脂界面结合差的问题。     

单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。     

环氧树脂/有机化蒙脱土纳米复合材料的研究

采用插层原位聚合法制备了环氧树脂/有机化蒙脱土(EP/OMMT)纳米复合材料,探讨了OMMT的剥离结构及其对EP/OMMT纳米复合材料热性能和力学性能等影响。结果表明:当w(OMMT)=7%时,EP/OMMT纳米复合材料的热变形温度提高了24～27℃,Tg(玻璃化转变温度)提高了20～30℃,并且其力学性能和耐湿热性能均优于纯EP体系。     

复合材料湿热老化行为研究及其耐久性预测

本文研究了湿热老化环境对复合材料吸湿性能的影响,分析了材料弯曲强度、弯曲模量随老化时间的变化关系.研究结果表明,在湿热老化初期,材料吸湿变化满足Fickian扩散定律,在湿热老化后期材料增重率出现偏离Fickian定律的现象;随湿热老化时间的增加,复合材料的弯曲强度、弯曲模量均有不同程度的下降,并且在湿热老化后期复合材料弯曲强度受界面性能的影响显著.建立了复合材料力学性能与湿热老化时间的定性/定量关系,在耐久性预测模型中引入界面参数的概念,拟合结果与实测值较为接近.     

非连续湿热作用下树脂基复合材料性能变化及机理的研究

为研究非连续湿热作用对树脂基复合材料性能的影响及其湿热老化机理,对碳纤维增强环氧树脂基复合材料T700/TR1219B进行了湿热环境因素对比实验及循环吸湿实验,对比了经历不同吸湿-脱湿历程试样的弯曲和层间剪切性能及微观断口形貌。结果表明,单一湿度因素使T700/TR1219B体系力学性能降低,单一温度因素使其弯曲性能降低,层间剪切性能增强,湿热耦合作用会加剧材料性能的劣化;材料的吸湿和脱湿过程均满足Fick定律;随着循环次数的增加,材料的吸湿和脱湿速率均有所加快;吸湿后T700/TR1219B体系力学性能降低,出现树脂脱落等现象,脱湿后弯曲性能无法恢复未老化状态,但层间性能略有增加,且界面脱黏情况得以改善,层间裂纹不再明显。     

CF/PEEK层合板吸湿扩散机理研究

对复合材料层合板进行吸湿扩散机理研究是分析其湿热老化性能变化的前提。本文阐述了国内外复合材料吸湿扩散研究现状。以碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(简称CF/PEEK)层合板作为研究对象,构建其吸湿扩散模型。制备碳纤维增强聚醚醚酮复合材料层合板并进行吸湿试验,通过实际吸湿率对模型公式进行拟合,得到25℃下吸湿速率常数k为0.01503,扩散系数D为0.000414cm²/day; 75℃下吸湿速率常数k为0.05567,扩散系数D为0.003757cm²/day。发现温度越高扩散系数D越大,即水分子扩散越快,与此同时其平衡吸湿率也越高。其机理可用阿伦尼乌斯公式定量解释。     

热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响

分别利用材料万能试验机和DMA研究了热空气老化对PBO/T700层间混杂复合材料静态力学性能和动态力学行为的影响。静态力学性能测试结果表明,经热空气老化不同时间后,PBO/T700层间混杂复合材料的拉伸强度和压缩强度均出现了一定程度的下降,最大降幅分别为12.7%和6.9%,拉伸模量从126 GPa增大到145 GPa,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化较小。DMA测试结果表明,热空气老化使PBO/T700层间混杂复合材料的耐热性和刚性提高,随着老化时间的增加,E'向低温方向移动,E″向高温方向移动,说明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。     

三元双马来酰亚胺共聚物基复合材料

用自行研制的三元双马来酰亚胺共混树脂TB711初步制备了E-玻璃纤维和碳纤维复合材料,并测试了它们的力学性能,初步研究了TB711/碳纤维复合材料在室温、高温(150～250℃)以及经沸水作用和250℃热老化后的弯曲与层剪强度的变化。试验结果表明,TB711基复合材料具有优异的高温和湿热性能,但其耐250℃热氧老化的性能较一般。     

双马来酰亚胺改性芳香胺固化环氧树脂的研究

针对环氧树脂(EP)耐湿热性差和韧性不足的缺点,用双马来酰亚胺(BMI)对常用的芳香族二元胺(DA)固化剂进行扩链改性。研究了改性4,4′-二氨基二苯砜(DDS)固化剂对7种环氧树脂固化物的力学性能、热性能和工艺性能的影响,优化出一种BMI改性环氧树脂基体。改性树脂浇铸体韧性好、耐热性高,断裂韧性GIC195J/m2,断裂延伸率3.37%,Tg218℃,135℃弯曲强度保持率72.2%,沸水饱和吸湿率3.3%;其碳纤维复合材料综合性能良好、断裂韧性高、耐湿热性好,横向拉伸强度75.5MPa,层间断裂韧性GIC267J/m2,135℃湿态弯曲强度保持率70.5%,132℃湿态层间剪切强度保持率49.5%。