3232/Rc10 800预浸带的试制

选择了3232树脂和Rc10800玻璃粗纱，研究了各浸渍工艺参数对预浸带质量的影响，并试制出合格产品。     

自动铺放过程双马树脂预浸料温度与黏度

通过对自动铺放成型工艺的分析,探索了自动铺带成型过程中预浸料温度对复合材料黏性的影响规律。对影响预浸料温度的热风温度和铺放速度两个因素进行了研究,从理论上建立了热风加热温度和铺放速度与预浸料温度之间的关系,提出了控制预浸料温度的具体实施方案,指导自动铺带成型过程。根据双马树脂预浸料黏度和温度曲线,分别在不同的热风温度和铺放速度条件下进行实验,得到在热风温度为90℃、铺放速度为10~20m/min时,预浸料黏度满足铺覆性要求,验证了预浸料热风温度和铺放速度对复合材料制品质量的影响,为自动铺带工艺提供参考。     

基于热-力耦合模型的纤维丝束带铺放残余应力的模拟及实验研究

采用有限元分析计算和实验测试2种方法,在热-力耦合载荷作用下,对纤维丝束带铺放成型时的残余应力进行了研究。首先,建立纤维丝束带铺放的热-力耦合模型,利用有限元分析研究了不同温度和压力参数条件下纤维丝束带铺放残余应力的模拟结果。其次,对结果进行分析比较得到各个因素对纤维丝束带铺放残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对纤维丝束带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究,以验证热-力耦合有限元模型计算结果的正确性。结果表明:2种方法得到的残余应力分布基本一致,只是残余应力的最大值之间存在着差别。      

超薄预浸料对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能的影响

为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能,采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法,将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板,分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明,随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm,CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小,厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm,导电性能提高了约5倍;随着温度升高,CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降,厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板;在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性,表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力,从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。      

预浸料的超薄化对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸破坏行为的影响

采用自主研发的碳纤维（CF）宽展设备,将12K CF宽展预浸制备成0.02 mm和0.10 mm厚的CF/环氧树脂（EP）预浸料,利用模压工艺制成1 mm厚的单向层合板。利用万能试验机、声发射装置和高速照相机组成的集成系统测试其抗拉强度、加载过程中试样内部的损伤情况及断裂破坏时样品宏观形貌的变化。用SEM观测其拉伸断口形貌。分别用超景深显微镜、金相显微镜观测记录CF/EP复合材料预浸料和单向层合板中CF的排布状态以表征薄层化过程中CF和EP的分布状态对CF/EP复合材料拉伸性能的影响。结果表明:薄CF/EP复合材料预浸料中CF的排布更加均匀,制成的CF/EP复合材料单向层合板试样中层间树脂富集区的尺度明显小于厚CF/EP复合材料预浸料制成的试样,试样的抗拉强度提高了15%;薄CF/EP复合材料预浸料制成层合板试样的拉伸宏观断口形貌中分层劈裂现象减少,集束性增强,微观断口形貌中未发现横贯横截面的穿透裂纹。      

单向碳纤维/环氧树脂预浸料热解特性

通过热重实验研究了单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解性能,利用FESEM测试分析了单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解残留物的形貌特征,得到其热解反应过程的物质参与。研究结果表明,单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解反应在空气中分为三个阶段,其中第一、二阶段是环氧树脂基体的热解,第三个阶段是碳纤维的热解。不同形态的单向碳纤维/环氧树脂预浸料在不同加热速率下的热解规律：随加热速率的增加,每个阶段的初始分解温度、反应最终温度及最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围逐渐扩大,质量损失明显增加。在相同的升温速率下,块状的单向碳纤维/环氧树脂预浸料相对于其粉末材料的热解时间较长,每个阶段的热解温度较高。     

预浸带热压接机制与机构设计

为满足复合材料自动铺缠成型过程中预浸带换料续接对效率及可靠性的要求,首先,根据流变学原理及Gutowski铺放贴合分析方法建立了热压接模型;然后,应用幂律模型建立了树脂流体在平行板挤压下的控制方程;最后,分析了静态续接状态和动态续接状态下续接强度与续接压力、树脂黏度、续接温度、续接时间(或续接速度)和续接长度的关系,并设计了静态和动态热压接机构。结果表明:随续接压力、续接温度、续接时间和续接长度的提升,预浸带的续接强度提高。所得结论可帮助设计满足快速、稳定及可靠等要求的续接机构,为预浸带快速热压接系统的开发奠定了理论与设计基础。      

铺放工艺参数对预浸料丝束曲线铺贴质量的影响

为研究铺放工艺参数对复合材料预浸料丝束曲线铺贴质量的影响规律及作用机制,首先自主设计并搭建了可模拟铺丝机曲线铺贴运动的试验平台,进行了变铺放工艺参数与变铺放半径的预浸料丝束曲线铺贴试验.通过测量计算有效贴合长度比、褶皱角度及曲率半径比,并结合变铺放工艺参数的单因素剥离试验对铺放质量进行了表征.结果表明:曲线铺贴质量与预...     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料叠层的面内变形行为

为了充分了解热隔膜成型过程中预浸料的变形行为，通过偏轴拉伸测试探索了热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料在高温条件下的面内变形机制。研究参数包括试验温度、拉伸速率、预热时间和铺层顺序等。利用数字图像相关技术，在测试过程中监测单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形和纤维的旋转情况。结果表明，提高试验温度或降低拉伸速率均有利于促进单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形。铺层顺序对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层的变形行为有很大影响，[45/–45/90]_S铺层方式比 [45/90/–45]_S铺层方式更有利于纤维旋转，且[45/–45/90]_S铺层方式变形阻力更小。采用铰链连接网(Pin-joined net, PJN) 理论对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层变形过程中纤维角度变化进行预测并与实验结果进行对比，结果表明，用PJN理论预测的纤维旋转角度值与测试值存在较大偏差，说明其并不适用于预测热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料变形过程中纤维角的变化。同时，80℃预加热可以提高单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形阻力。      

纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

编织碳纤维/环氧树脂复合材料热扩散仿真

对编织碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料的三维热扩散性能进行有限元仿真研究。通过TexGen软件创建20层编织CF/EP复合材料三维仿真模型,计算了不同孔隙率样品的有效体积比热和热导率来设置材料属性,并使用幅值曲线模拟周期性点光源进行仿真。首先以孔隙率为0%的样品为例,采用非线性拟合求解热扩散系数,选出最优的调制频率范围为0.1~2 Hz。在此基础上研究了孔隙率对复合材料热扩散性能的影响。结果表明,编织CF/EP复合材料在平面内的热扩散系数随着孔隙率的增大而减小,孔隙率小于1.55%时,孔隙率每增加1%,热扩散系数下降5.4%。孔隙率大于1.55%时,下降速度变慢,仅为2.4%。在平面内沿着经纱和纬纱方向的热扩散较快,经(纬)纱45°方向的热扩散较慢,而在垂直方向上,由于点光源的穿透性使法向的热扩散最快,体现了热扩散的各向异性。      

碳纤维/环氧预浸料摩擦滑移特性测试及其变化规律

带曲率的复合材料层合结构在制备过程中,预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为,其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置,针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系,测试分析了不同工艺条件下,预浸料铺层与铺层之间,以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明,温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制,而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制;较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力,有利于预浸料铺层的滑移运动;预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关,其摩擦阻力受温度影响更明显,而受外压影响变化较小。     

碳纤维/环氧树脂预浸料固化过程中的热导率测定

采用调制式差示扫描量热技术(MDSC)实现了碳纤维/环氧预浸料固化过程中的热导率(垂直纤维方向和平行纤维方向)测定。在实验基础上建立了预浸料固化过程中的热导率二元二次函数模型, 确定了热导率随温度及固化度变化的函数关系。结果表明: T800/环氧预浸料沿纤维方向的热导率为1.15~1.40 W/(m·K), 垂直纤维方向热导率为0.85~1.25 W/(m·K)。在相同温度下, 预浸料的热导率值随固化度的增大而减小; 在相同固化度条件下, 预浸料的热导率值随温度的升高而增大。验证结果表明, 拟合所得热导率二元二次函数关系用于预浸料固化过程的数值模拟时, 将提高参数的准确性。     

碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻效应

以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制成复合材料,考察了该材料在单向拉伸载荷下的力阻响应。实验结果表明,该材料具有正力阻效应(拉应变引起材料的电阻增大)。其中,单层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻灵敏度可达13.9,但在加载过程中其电阻表现出逐渐衰减趋势;多层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻性能更为稳定,但随着层数的增加灵敏度逐渐降低,5层复合材料的力阻灵敏度下降到5.7。多层复合材料的立体导电网络是其稳定性提升和灵敏度下降的主要原因。将碳纤维毡/环氧树脂多层复合材料敷设在梁结构表面形成智能表层,利用其力阻性能实现了梁结构在循环载荷下的变形监测以及在单调载荷作用下损伤监测。     

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。     

碳纤维/双马树脂预浸料固化过程动态力学性能

采用动态力学分析法（DMA）对碳纤维/双马树脂预浸料恒温、升温过程中动态力学性能的变化进行了研究, 结合DSC、偏光显微镜确定了碳纤维/双马树脂预浸料的软化、熔融、凝胶、玻璃化转变及反应始终点的表征方法, 考察了预浸料各转变点随升温速率、温度、频率的变化规律以及预浸料的反应规律。结果表明, DMA能很好地表征碳纤维/双马树脂预浸料加热固化中的多种物理化学转变。由于双马树脂基体在180 ℃以上的反应机制与在180 ℃以下的不同, 这2个温度范围内碳纤维/双马树脂预浸料恒温固化终点的反应程度、力学转变率随恒温温度的变化规律不同。