国产CCF300碳纤维4轴向无屈曲织物层合板力学性能对比研究

设计制备了两种4轴向碳纤维无屈曲织物(NCF):第一种织物全部采用东丽公司T700 12k碳纤维,第二种织物中66.7%碳纤维采用国产CCF300 3k碳纤维(与东丽T300 3k碳纤维相当)。对该两种织物层合板0°、90°和±45°4个方向的抗拉伸、抗弯曲和抗层间剪切性能进行了测试与对比研究。结果表明:在现有生产条件下,国产CCF300 3k碳纤维最多可以代替4轴向NCF中66.7%的进口T700 12k碳纤维;国产碳纤维NCF层合板各方向归一化后的抗拉伸强度比进口碳纤维NCF层合板低18.7%～26.1%,而其他性能没有显著差别;两种NCF层合板的抗拉伸和抗层间剪切破坏模式相似。     

湿法缠绕成型T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料力学性能研究

研究了湿法缠绕成型的T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环及单向板力学性能。测试了树脂配方的粘度-温度特性,T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环的拉伸及剪切性能,采用SEM对NOL环拉伸试样破坏形貌进行了观察。测试了T700碳纤维/氰酸酯树脂单向板复合材料的常温拉伸性能、弯曲性能、层间剪切性能和高温弯曲性能。结果表明,树脂配方在25℃下的粘度为800 cps,可以直接在室温条件下用于复合材料湿法缠绕成型,并具有充分的使用期。NOL环的拉伸强度为2220 MPa,剪切强度为56. 8 MPa,树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维氰酸酯树脂单向板复合材料的高温力学性能优异,200℃下弯曲强度保留率高达60. 4%,250℃下弯曲强度保留率高达45. 0%。     

中小型无人机用国产碳纤维复合材料拉伸性能研究

研究测试了不同国产碳纤维预浸料的拉伸性能,包括T700中温固化0°/90°拉伸性能、T700高温固化0°/90°拉伸性能、T800高温固化0°/90°拉伸性能。0°拉伸强度最大达到2062Mpa(江苏恒神),拉伸模量最大139GPa, 90°拉伸强度最大51Mpa,拉伸模量9.15GPa, 0°压缩强度最大1171MPa,压缩模量130GPa, 90°压缩强度最大达到187MPa,而T700和T800高温固化国产碳纤维的性能更加优异,0°拉伸强度高了将近1500MPa,拉伸模量提高了将近100GPa左右。结果表明,目前国产T700中温固化碳纤维预浸料力学性能基本与进口材料相当,大于中小型无人机拉伸性能设计准则,能够满足中小型无人机的结构设计和生产。     

盐雾环境对玻璃纤维-铝合金层合板力学性能的影响

通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在盐雾环境下不同老化周期后的力学性能及复合材料层红外光谱,分析了层合板在盐雾老化条件下的性能变化。在加速盐雾老化条件下,树脂基体发生了降解,树脂-纤维界面及表面铝合金发生腐蚀破坏,随老化时间的延长,0°及90°层合板的拉伸、压缩及面内剪切强度均呈现出明显的下降趋势,90°层合板内部受到的损伤更为严重,盐雾环境会降低层合板内热固性树脂基体的交联程度,并破坏树脂-纤维及树脂-铝合金的界面,影响应力在玻璃纤维-铝合金层合板层间的传递,使材料力学性能发生衰减。     

干燥温度对CFRP力学性能的影响及作用机理

采用2种环境温度(70、85℃)对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板进行干燥处理,并对CFRP层合板分别进行拉伸、压缩和剪切实验,研究了中温干燥条件对CFRP层合板力学性能的影响,通过扫描电子显微镜和红外光谱,分析了中温干燥环境对CFRP层板的影响机理;通过最小二乘法拟合方法,提出了干燥环境下CFRP层合板力学性能的预测公式。研究结果表明:与未经干燥的试样相比,经中温干燥环境处理的CFRP层板的90°拉伸强度增加24. 99%,±45°剪切强度下降12. 92%;中温干燥环境对CFRP层合板力学性能的影响是由后固化作用和复合材料内部的热应力共同决定的,在中温干燥环境下,CFRP层合板未发生化学结构变化,CFRP层合板中的环氧基发生了进一步交联,环氧基树脂被后固化增强;拟合建立的不同干燥条件下的力学性能预测公式与实验结果基本一致。     

湿热环境对AC318/S6C10-800复合材料拉伸性能的影响

拉伸性能是复合材料层合板的基本力学性能,研究湿热环境对玻璃纤维复合材料拉伸性能的影响可以为复合材料工程应用提供重要参考。开展了不同湿热环境下的AC318/S6C10-800复合材料拉伸性能研究,分析了环境对AC318/S6C10-800复合材料弹性模量及拉伸强度的影响。研究结果表明,低温干态环境下强度性能数据相对室温环境略高,70℃湿态环境下强度性能最低,随着试验温度的升高,0°拉伸强度、90°拉伸强度基本呈线性下降趋势。研究结果为AC318/S6C10-800复合材料工程应用提供参考。     

(±45°/90°/0°)_s准各向同性层合板的拉伸强度

根据经典层合板理论,层合板(±45°/90°/0°)s是准各向同性层合板,其拉伸刚度在板面内各个方向上都相同,而拉伸强度是随偏轴角θ改变而变化,即强度方面不具有各向同性的特点。本文首先研究(±45°/90°/0°)s这种准各向同性层合板拉伸强度在偏轴角θ从0°至45°之间的变化情况,然后通过分别改变单层板强度参数和弹性常数来研究该层合板的拉伸强度的变化情况,并分析其破坏形式。最后与NCF材料的试验结果进行了比较。     

复合材料层合板面内剪切实验方法的评价

复合材料层合板的面内剪切特性是进行复合材料结构设计必不可少的参数。本文对常见的4种面内剪切实验方法进行了简单介绍。采用5种E玻璃纤维织物/乙烯基酯树脂层合板,其铺层结构分别为[0]3s,[0/90]3s,[CSM/0/90]2s,[±45]3s和[(0/90)2/(±45)2/(0/90)2]s。对2种复合材料层合板面内剪切实验方法进行了实验研究,分别为±45°拉伸实验(ASTM D3518)和V形开口轨道剪切实验(ASTM D7078)。实验结果表明,±45°拉伸实验在测试层合板面内剪切模量方面具有较高的精度,而在测试面内剪切强度方面往往偏低,具有非常差的精度。     

厚截面复合材料固化温度不均匀性对力学性能的影响

通过对厚截面复合材料层合板不同部位设置隔离膜与热电偶的方法来测试厚截面复合材料在固化过程中沿厚度方向的温度分布。采用横向拉伸和短梁剪切测试手段,研究了厚截面复合材料制件固化过程中沿厚度方向的温度不均匀性对力学性能的影响规律,并通过扫描电子显微镜(SEM)分析了层合板力学性能测试后的断面微观形貌。结果表明,厚截面复合材料固化过程中沿厚度方向存在明显的温度梯度,随着温差的增加,拉伸强度、层间剪切强度力学性能呈下降趋势。以上层合板为参考对象,当层合板沿厚度方向温差为20.6℃时,其横向拉伸强度相差7.4%,层间剪切强度相差6.8%;当层合板沿厚度方向温差为10.2℃时,其横向拉伸强度相差3.8%,层间剪切强度相差3.4%。这是由于固化温度过高,树脂与碳纤维界面的结合强度降低。该研究为厚截面复合材料制件热压罐成型过程中温度场均匀调控的必要性提供了重要的实验依据及理论参考。     

重力效应对VARTM工艺中树脂充模过程的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了环氧树脂/亚麻纤维复合材料层合板,记录了树脂在不同树脂流动倾角下的充模时间。通过对层合板进行拉伸、弯曲性能测试,研究了树脂流动倾角对复合材料层合板力学性能的影响。结果表明,在VARTM工艺过程中重力效应对树脂充模时间和层合板力学性能有显著影响;充模时间随着树脂流动倾角的增大(从–90°至90°)而增加;复合材料层合板的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量等均随树脂流动倾角的增大而增大,树脂流动倾角对弯曲强度的影响最大,且对强度的影响高于模量。由于树脂流动倾角影响了树脂与亚麻纤维的结合情况,导致树脂流动倾角为–90°和90°的复合材料层合板在拉伸与弯曲失效时拥有不同的失效形式。     

T700/3234预浸料自动铺带工艺研究

通过研究自动铺带设定温度对预浸料粘性的影响以及自动铺带橡胶辊压力和带间间隙对层压板性能的影响,讨论了T700/3234单向环氧预浸料自动铺带工艺特性,确定了T700/3234的自动铺带工艺参数,满足了大型复合材料壁板类产品的制造要求。     

改性双马树脂/碳纤维复合材料体系耐湿热性能研究

对5428/T700复合材料的吸湿率、不同吸湿条件下的玻璃化转变温度及高温湿态力学性能进行了研究。结果表明,5428/T700体系具有较低的吸湿率,经70℃去离子水水煮72 h,吸湿率为0.5%,饱和吸湿率(水煮360 h)为0.8%。而且随着复合材料吸湿量的增加,其Tg下降缓慢;5428/T700复合材料在干态170℃下的弯曲性能和层间剪切性能保持率在70%以上,在湿态150℃下的弯曲性能和层间剪切性能保持率在50%以上;5428/T700复合材料在湿态150℃下的开孔压缩强度保持率在80%以上。     

玻纤铺层方向对玻纤/EVE复合材料性能的影响

以0°,90°,0°/90°,0°/45°/-45°/90°分别作为玻璃纤维(GF)单向铺层方式,研究了不同的铺层方式对GF/EVE(环氧乙烯基酯树脂)复合材料力学性能的影响。结果表明,0°铺层方向的复合材料在单一方向的力学性能最好,0°/45°/-45°/90°铺层方向的复合材料可以看作各向同性材料,应用范围更加广泛。     

基于含硅多芳炔化合物制备新型聚三唑树脂

以含硅多芳炔化合物(PSA)与1,3,5-三叠氮甲基-2,4,6-三甲基苯(TAMTMB)为原料,通过1,3-偶极环加成反应制备了新型含硅聚三唑树脂Si-PTA3,考察了树脂的流变性能、固化行为、热性能及单体配比对其热性能的影响。采用模压法制备了单向T700碳纤维增强的Si-PTA3树脂复合材料T700/Si-PTA3,测定了其力学性能。结果表明,Si-PTA3树脂具有良好的加工性能,可在80℃下固化,耐热性较好;炔基与叠氮基摩尔比为1.1:1.0时树脂固化物的热性能最好,玻璃化转变温度达334℃,在氮气中热失重5%时的温度达351℃;复合材料T700/Si-PTA3常温下的弯曲强度高于1670 MPa,250℃时弯曲强度保留率超过67%。     

Mechanical properties and high temperature failure mechanism of carbon fibers reinforced polysilazane-derived SiCN ceramic matrix composites via PIP process

Carbon fibers reinforced SiCN ceramic matrix composites (C/SiCN) were prepared by PIP with homemade polysilazanes (PSN-T03). The PSN-T03 had a viscosity of less than 500 mPa·s and favorable good chemical stability at 80 ℃, which made it quite applicable for PIP process. PSN-T03’ curing reactions happened at temperatures ranging from 149℃ to 205℃, and conversion to amorphous SiCN ceramics could be finished at temperatures above 700℃ with a 70+ wt% ceramic yield. Tensile strength of C/SiCN composites were 230 MPa and 350 MPa respectively at room and high temperature (1400℃), and bending strength reached 380 MPa and 530 MPa. SiCN ceramics began to lose weight at 1400℃ due to the carbothermic reduction of the silicon nitride phase under inert atmosphere, which results in collapse of the mechanical properties of C/SiCN composites above 1400℃.     

真空热循环对T700/5224复合材料力学性能的影响

为了揭示T700/5224复合材料在真空热循环作用下的力学性能演化规律,本文在10-5Pa,-140～140℃条件下,对T700/5224复合材料的质损率和力学性能进行了表征,并采用SEM分析方法对试样表面形貌、断口特征及表层化学结构进行了研究。研究结果表明,随真空热循环次数的增加,T700/5224复合材料的质损率升高,经29次真空热循环后上升幅度降低,而经157次真空热循环后趋于平缓。随着真空热循环次数的增加,T700/5224复合材料90°拉伸强度首先降低,48次热循环后开始升高,198次热循环后趋于平缓;弯曲强度在48次真空热循环前变化不明显,48次真空热循环后开始上升,95次真空热循环后开始降低,经198次真空热循环后趋于平缓;层剪强度变化不明显。     

Quasi‐static and dynamic experiment investigations on the crashworthiness response of composite tubes

Crashworthiness performance of carbon and glass composite tubes have been comprehensive investigated under quasi‐static and dynamic axial crush testing. In this study, collapse modes and specific energy absorption (SEA) of different ply orientation of carbon fabric composites and unidirectional glass tubes were analyzed. For the weaker tensile strength and bending strength of glass composites, crack propagated approximately perpendicular to the fiber direction when the ply angle was small. Large amount of fibers breakage made the specific energy absorption over 80 kJ/kg under dynamic load. Thickness effect had inverse influence on SEA under different impact rate. The specific energy absorption declined as tube thickness increased under dynamic crush tests, however, increased under quasi‐static tests. Hybridization of glass/carbon tubes and carbon/carbon composites were analyzed by increased the axial fiber content. It was found that hybridization tubes of G803/3234 fabric and G827/3234 axial tapes with higher G827/3234 content present excellent energy‐absorption capability under dynamic and quasi‐static tests for all specimens tested. POLYM. COMPOS., 34:1099–1109, 2013. © 2013 Society of Plastics Engineers     

碳纤维树脂基复合板料的铺层方式对低速冲击性能的影响

为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板铺层方式对低速冲击性能的影响,设计了一系列CFRP板的冲击试验.对CFRP板的铺层方式、冲击能量的形式进行调节和改变,获取CFRP板在各种条件下的低速冲击行为;再通过冲击实验和超声波扫描的方法研究冲击过程中CFRP板的铺层方式和冲头质量对碳纤维树脂基复合材料板冲击性能的影响....