热膨胀工艺硅橡胶芯模对复合材料圆管成型的影响

在建立硅橡胶芯模尺寸及工艺间隙设计公式的基础上,采用硅橡胶热膨胀工艺制备了碳纤维/双马树脂复合材料圆管,考察了不同厚度硅橡胶芯模对成型过程温度分布及预浸料铺层内部树脂压力的影响,并分析了圆管的成型质量。结果表明：硅橡胶芯模的厚度对温度分布影响较大,厚度为5mm时,温度分布比较均匀;铺层内的树脂压力能够达到设计压力,但不...     

非均相固化体系对复合材料树脂微观力学均匀性的影响

采用热熔法制备预浸料涉及熔融树脂对纤维层的渗透,对于固化体系为非均相的环氧树脂基体,制备大厚度预浸料可能会受到固化剂分布不均的影响。利用纳米力学方法分别研究采用小厚度玻璃纤维预浸料制备的复合材料和通过树脂真空吸注工艺制备的玻璃纤维复合材料的内部树脂的微观力学均匀性。结果表明:由小厚度预浸料制备的复合材料,其内部树脂各区域具有较好的微观力学均匀性,各区域树脂的纳米硬度和耐磨损性基本相同,各铺层中心和边缘接近;通过树脂真空吸注工艺制备的复合材料则表现出明显的层状分布,固化剂和促进剂颗粒在纤维层外部富集,纤维层外层的树脂具有较高的纳米硬度和耐磨损性,而在纤维层内0.4mm深后的树脂纳米硬度下降,耐磨损性下降,纤维层内部的树脂纳米硬度很低。     

耐高温碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料制备及性能

采用前原位聚合的热塑性聚酰亚胺(PI)改性4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)/4,4′-邻二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系,制备了一种耐高温的改性双马来酰亚胺(BDPI)树脂,研究了BDPI树脂的微观形貌和耐热性能;通过前原位自增强技术制备了T800H碳纤维/BDPI预浸料,通过SEM研究了T800H/BDPI预浸料表面形貌,评价了T800H/BDPI复合材料高低温力学性能和断面微观形貌。结果表明:BDPI树脂满足预浸料加工工艺要求,BDM微米颗粒均匀铺覆于T800H/BDPI预浸料表面,粒径分布为30~70 μm,BDPI树脂固化物的玻璃化转变温度(T_g)为367℃,5%热失重温度(T_d5)为452℃;T800H/BDPI单向复合材料0°拉伸强度、0°拉伸模量和层间剪切强度分别为2 440 MPa、148 GPa和107 MPa,280℃其力学性能保持率分别为66.4%、87.2%和44.1%。      

苯并噁嗪-氨基稀释剂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用氨基稀释剂(AD)和端乙炔基型聚苯并噁嗪(EB)树脂改性一种具有高力学性能的聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)(PDMP)树脂。按照质量比PDMP∶EB∶AD=5∶1∶1进行共混后制备PDMP-EB-AD树脂。利用FTIR、DSC、介电分析仪(DEA)、TGA分析改性前后树脂的结构、黏度、固化过程和耐热性能变化。结果表明,AD与EB中的—NH₂和—C≡CH均参与进PDMP固化过程中,共混后PDMP-EB-AD树脂固化温度升高,黏度降低,热分解温度(T_d5)在N₂和空气下分别为539.5℃和518.7℃,1 000℃质量保留率分别为85.1%和18.1%。利用浸渍法将PDMP-EB-AD树脂与石英纤维(QF)制备成预浸料进行模压成型,制备的QF增强PDMP-EB-AD树脂(QF/(PDMP-EB-AD))复合材料力学性能极大提高,且树脂与纤维的黏结性得到改善。常温下QF/(PDMP-EB-AD)复合材料弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别为694.5 MPa和41.9 MPa,较QF/PDMP复合材料分别提高了176.6%和96.7%,250℃时弯曲强度和ILSS达到319.5 MPa和20.11 MPa。      

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。      

湿热循环对CCF300/QY8911复合材料界面性能的影响

通过对CCF300/QY8911复合材料试样进行循环吸湿-脱湿处理,绘制吸湿和脱湿曲线并用Fick第二定律进行拟合,采用层间剪切强度(ILSS)表征不同湿热条件对纤维/树脂界面性能的影响,再通过SEM观察试样剖面和侧面的微观形貌。结果表明:CCF300/QY8911复合材料的吸湿和脱湿行为符合Fick第二定律,试样水浸(水温71℃)14天后达到饱和吸湿率;水对CCF300/QY8911复合材料纤维/树脂界面的破坏分为可逆和不可逆,脱湿处理会消除可逆破坏,使干态ILSS有所回复;湿热循环次数增加会进一步引起纤维/树脂界面产生不可逆破坏,使CCF300/QY8911复合材料ILSS降低,但吸湿是引起这种复合材料ILSS性能下降的主要因素。     

碳纤维/环氧树脂预浸带铺放应力场及制品微观结构的模拟与实验

碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料在铺放成型时,由于树脂基体与碳纤维之间的热膨胀系数存在差异以及成型时热-力参数作用下由于纤维的变形而导致纤维与基体接触处产生应力集中等原因,在制品材料中会产生热残余应力。针对碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的实际结构特点,利用ABAQUS有限元软件建立含有界面的碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的细观代表性体积单元(Representative volume element, RVE)有限元模型,采用实验研究和有限元仿真分析的方法,研究在温度-压力参数作用下预浸带铺放制品残余应力的分布规律及影响机理。首先,建立预浸带铺放时的温度和压力模型,研究不同温度和压力参数条件下碳纤维/环氧树脂预浸带铺放制品残余应力的分布情况。其次,采用耦合降温法模拟碳纤维/环氧树脂预浸带残余应力随纤维体积含量、铺放压力以及铺放温度的变化规律,并采用扫描电镜对不同工艺参数条件下预浸带铺放制品的微观结构进行分析。通过对模拟结果进行分析比较得到各因素对制品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预浸带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究。      

复合材料干纤维增强回转体结构缠绕线型设计

复合材料干纤维缠绕增强结构可解决纤维缠绕树脂基复合材料结构耐冲击性差、低温环境树脂易失效等问题。干纤维增强结构缠绕过程中,纤维束重叠、压缩导致干纤维缠绕增强层各处厚度不一,会对缠绕线型稳定性产生影响。为满足缠绕线型稳定,研究了测地线干纤维缠绕增强层厚度变化及分布规律,分析了纱带宽度、极孔尺寸及芯模结构等参数对增强层厚度的影响,考虑芯模厚度的变化,逐层更新干纤维缠绕增强结构数学模型,进行了缠绕轨迹计算,获得测地线缠绕线型。缠绕实验表明：理论仿真获得的复合材料干纤维缠绕增强容器增强层厚度准确,缠绕线型稳定,无滑纱现象,验证了纤维厚度与缠绕轨迹计算方法的可行性和干纤维增强层厚度仿真的正确性。     

热塑性预浸带缠绕工艺参数及加热方式对成型质量及内应力的影响

采用热塑性预浸料带APC-2/AS4 进行了热芯和火焰两种方法的缠绕研究, 分析了两种方法成型时预浸料带的温度2时间过程和两种方法下工艺参数对成型质量及内应力的影响。结果显示: 热芯缠绕时制件的厚度受芯模温度限制, 而火焰缠绕则不受限制。热芯缠绕时, 缠绕张力和预浸料带的树脂含量是影响制件质量的主要因素。      

基于灰色关联分析和响应面法的复合材料缠绕成型多目标工艺参数优化

针对复合材料预浸带缠绕过程中制品的残余应力、孔隙率最小化和层间剪切强度（ILSS）最大化的多目标优化问题,采用Box-Behnken Design （BBD）原理设计四因素三水平的T300/环氧树脂预浸带缠绕实验;基于灰色关联分析（GRA）将多目标优化问题转化为单目标优化问题,利用主成分分析（PCA）法确定残余应力、孔隙率和ILSS对灰色关联度（GRG）的影响权重;通过对实验数据的回归分析,建立GRG与主要缠绕工艺参数（缠绕温度、张力、压辊压力和缠绕速度）的二阶预测模型;分析了各工艺参数对残余应力、孔隙率、ILSS和GRG的影响规律,确定缠绕工艺参数优化方案;利用响应面法（RSM）求解工艺参数优化问题并进行复合材料预浸带缠绕实验。结果表明:该优化方法获得的最优工艺参数组合可以有效改善残余应力、孔隙率和ILSS,提高预浸带缠绕制品的性能。      

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。     

Comparison of the mechanical and physical properties of a carbon fibre epoxy composite manufactured by resin transfer moulding using conventional and microwave heating

Microwave processing holds great potential for improving current composite manufacturing techniques, substantially reducing cure cycle times, energy requirements and operational costs. In this paper, microwave heating was incorporated into the resin transfer moulding technique. Through the use of microwave heating, a 50% cure cycle time reduction was achieved. The mechanical and physical properties of the produced carbon fibre/epoxy composites were compared to those manufactured by conventional resin transfer moulding. Mechanical testing showed similar values of flexural moduli and flexural strength for the two types of composites after normalisation of the corresponding data to a common fibre volume fraction. A 9% increase of the interlaminar shear strength (ILSS) was observed for the microwave cured composites. This enhancement in ILSS is attributed to a lowering of resin viscosity in the initial stage of the curing process, which was also confirmed via scanning electron microscopy by means of improved fibre wetting and less fibre pull-out. Furthermore, both types of composites yielded minimal void content (<2%). Dynamic mechanical thermal analysis revealed comparable glass transition temperatures for composites produced by both methods. A 15 °C shift in the position of the β-transition peak was observed between thermally and microwave cured composites, suggesting an alteration in the cross-linking path followed.     

Effect of Cold Plasma Treatment on the Mechanical Properties of RTM Composites

Cold plasma technology was used to treat the surface of carbon fibers braided by PET in this paper and SEM was used to analyze the fracture microstructure of composite interlaminar shear stress (ILSS). The result shows that the surface polarity of carbon fibers was modified by cold plasma treatment, which increases the impregnation of PET braided carbon fibers during the process of resin flowing, improves the interfacial properties of RTM composites, and therefore enhances the mechanical properties of the KTM composites.     

碳纳米管膜层间改性碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的结构调控及性能

对比研究了热塑性层间增韧和碳纳米管(CNT)膜层间混杂碳纤维(CF)/双马来酰亚胺复合材料不同层间结构调控方法,分析了其复合材料的压缩、动态力学、导电和电磁屏蔽等性能的变化。结果表明,热密实可显著降低层间CNT膜的厚度,抑制其局部富树脂程度,CNT膜-CF混杂复合材料的压缩强度得以提升,其压缩断口形貌明显不同于初始的CF复合材料。对比而言,热塑性树脂层间增韧CF复合材料的压缩强度明显低于CNT膜/CF混杂复合材料。CNT膜的加入贯通了混杂复合材料的层间导电通路,其厚度方向电导率提高了3个数量级,然而不同复合材料的体积电导率则表现出明显的“木桶效应”。值得关注的是,CNT膜层间混杂对提高CF复合材料的电磁屏蔽特性作用显著,其中致密CNT膜混杂复合材料的电磁屏蔽效能可达到90 dB。      

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

Effects of vacuum thermal cycling on mechanical and physical properties of high performance carbon/bismaleimide composite

The aim of this article was to investigate the effects of vacuum thermal cycling on mechanical and physical properties of high performance carbon/bismaleimide (BMI) composites used in aerospace. The changes in dynamic mechanical properties and thermal stability were characterized by dynamic mechanical analysis (DMA) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. The changes in linear coefficient of thermal expansion (CTE) were measured in directions perpendicular and parallel to the fiber direction, respectively. The outgassing behavior of the composites were examined. The evolution of surface morphology and surface roughness were observed by atomic force microscopy (AFM). Changes in mechanical properties including transverse tensile strength, flexural strength and interlaminar shear strength (ILSS) were measured. The results indicated that the vacuum thermal cycling could improve the crosslinking degree and the thermal stability of resin matrix to a certain extent, and induce matrix outgassing and thermal stress, thereby leading to the mass loss and the interfacial debonding of the composite. The degradation in transverse tensile strength was caused by joint effects of the matrix outgassing and the interfacial debonding, while the changes in flexural strength and ILSS were affected by a competing effect between the crosslinking degree of resin matrix and the fiber-matrix debonding.     

Electrospun nanofibre toughened carbon/epoxy composites: Effects of polyetherketone cardo (PEK-C) nanofibre diameter and interlayer thickness

Polyetherketone cardo (PEK-C) nanofibres were produced by an electrospinning technique and directly deposited on carbon fabric to improve the interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composites. The influences of nanofibre diameter and interlayer thickness on the Mode I delamination fracture toughness, flexure property and thermal mechanical properties of the resultant composites were examined. Considerably enhanced interlaminar fracture toughness has been achieved by interleaving PEK-C nanofibres with the weight loading as low as 0.4% (based on weight of the composite). Finer nanofibres result in more stable crack propagation and better mechanical performance under flexure loading. Composites modified by finer nanofibres maintained the glass transition temperature (T_g) of the cured resin. Increasing nanofibre interlayer thickness improved the fracture toughness but compromised the flexure performance. The T_g of the cured resin deteriorated after the thickness increased to a certain extent.     

加成型酚醛改性双马树脂及其复合材料性能

双马来酰亚胺(BMI)树脂因其优异的性能已在航空航天、电子和其他工业领域获得应用,为满足其在高速飞行器结构件中需求,用加成型酚醛树脂改性BMI体系以改善其热-力学性能。通过Williamson醚化反应合成了炔丙基醚化酚醛树脂(PN)和烯丙基醚化酚醛树脂(AN),采用熔融共混法分别与N,N’-(4,4’-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(BDM)和2,2’-二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系(BD)共混,制备了三元热固性树脂：PN改性BD(BDPN)和AN改性BD(BDAN)。研究了两种加成型酚醛树脂改性的BD树脂体系的加工工艺性和固化行为的变化,并对改性前后固化树脂及其复合材料的热、力学性能进行了研究。结果表明：共混树脂体系都在极性溶剂中有好的溶解性,加工窗口都有50℃以上。BDPN和BDAN固化反应只有一个放热峰,最高放热峰值温度比BD树脂低。用FTIR跟踪验证了BD、BDPN和BDAN树脂体系发生的Ene、DielsAlder、Claisen重排和炔基与马来酰亚胺环的聚合反应。PN热氧稳定性好,改性的BDPN固化树脂空气中质量损失5wt%的温度(T_d5)高于400...     

耐高温异构聚酰亚胺树脂及其复合材料

采用改性的单体反应物聚合法(MPMR)合成了一系列低黏度、耐高温异构聚酰亚胺树脂, 研究了树脂预聚物分子质量对树脂的高温流变行为、固化后热氧化稳定性的影响, 并对树脂的分子结构及其复合材料的加工工艺性能、力学性能进行了表征。结果表明: 树脂预浸液常温储存期大于两个月, 亚胺化后PI-2纯树脂最低黏度为154 Pa·s, 固化后树脂质量损失5%的温度大于560 ℃; 石英纤维/PI-2树脂基复合材料在室温和500 ℃的弯曲强度分别为917、197 MPa, 弯曲模量分别为29、22 GPa, 拉伸强度分别为760、341 MPa, 拉伸模量分别为32、31 GPa, 压缩强度分别为570、95 MPa, 层间剪切强度分别为62、10 MPa。