RTM聚酰亚胺复合材料力学性能研究

研究RTM聚酰亚胺树脂的流变学和凝胶行为,确定该树脂的复合材料成型工艺参数,测试其复合材料的室温和高温力学性能.结果表明:RTM聚酰亚胺树脂在高温下具有良好的流变性能,在260～280℃之间有较长的开放期,可以实现RTM工艺.RTM聚酰亚胺复合材料具有较高的玻璃化转变温度、良好的室温力学性能和优异的高温(288℃)力学性能保持率,可以低成本(RTM)地制造耐高温的聚酰亚胺复合材料.     

基于预浸料-树脂传递模塑成型工艺的复合材料纵横加筋舱段一体化制备与验证

针对舱段的结构特点设计了一种预浸料-树脂传递模塑(RTM)成型工艺。研究了预浸料树脂(AC631)与RTM树脂(6421A)的流变特性，结果表明两种树脂体系具有良好的共成型工艺基础。结合舱段结构设计、铺层设计、模具设计，开展了基于预浸料-RTM共成型技术的复合材料纵横加筋舱段一体化制备工艺验证，结果表明舱段结构具有良好的表观质量、尺寸精度及内部质量。常温、高温两种条件静强度试验验证了其使用强度，高温破坏试验研究了其失效机制与破坏模式。常温力学试验结果表明：在125%严酷机械载荷下，复合材料舱段能够保持良好的结构完整性，其最大应变仅为-1 283×10^-6，满足常温静强度设计要求。100℃下静强度试验结果显示，舱段在125%严酷机械载荷下未出现失稳、破坏等异常状态，最大应变仅为-1 315×10^-6，满足热力耦合工况条件下的强度设计要求。150℃高温破坏试验结果显示，舱段在143.2%严酷机械载荷下，加载侧纵向加强筋发生断裂破坏，裂纹向两侧延伸，舱段丧失承载能力，破坏模式为轴向筋条断裂导致蒙皮局部屈曲失稳破坏。     

RTM成型复合材料T型接头工艺参数优化与力学性能实验研究

对树脂传递模塑(RTM)成型的复合材料T型接头进行了工艺参数优化、制备及力学性能实验研究。应用流动模拟软件,对RTM成型的复合材料T型接头进行了基体流动数值模拟,确定模具最佳注射方式和出胶口位置,并优化了影响树脂充模时间的工艺参数,显著提高了RTM接头的工艺性能。根据优化工艺参数结果,制备了RTM成型的复合材料T型接头试样,并进行了拉伸和压缩试验,分析了其破坏机制。根据拉伸和压缩试验现象和结果,发现RTM成型的复合材料T型接头拉伸破坏模式主要为富树脂三角区的树脂与纤维布界面分层,其拉伸破坏主要取决于树脂基体抗剥离分层的拉伸强度;压缩破坏模式为底板中央部位的弯曲分层与折断,其压缩破坏由接头底板中的纤维布抗拉强度决定;T型接头的压缩破坏强度高于拉伸破坏强度。     

TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带翻边开口圆柱壳机匣件高温气动载荷下的承载性能

基于航空发动机的高温气动载荷环境,对树脂传递模塑(RTM)工艺制备的TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料带安装翻边和壳壁开口的圆柱壳机匣件开展了常温、200℃和260℃高温气动载荷下的仿真分析和承载性能试验。仿真计算得到复合材料机匣件的高应力水平发生在安装翻边和开口处。试验利用所设计的专用试验装置与机匣试验件合围成一套能够解耦内压和轴力的被试腔体结构,通过对被试腔体施加高温气体压力和机械静载联合模拟热气流载荷,相比传统的冲压胶囊加压方式,可以对机匣的翻边和开口处进行充分热压考核。常温、200℃和260℃承载试验后对机匣开口进行了无损检测,得到开口处的分层损伤区域随着载荷增大朝着正方和正圆的趋势扩大,260℃破坏试验得到TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料机匣件的失效模式与传统金属机匣的筒体破裂不同,失效方式为安装翻边断裂。研究表明,RTM工艺TG800碳纤维/聚酰亚胺树脂复合材料结构件的力学性能在200℃以内具备良好的温度稳定性,安装翻边为复合材料机匣件在航空发动机热气流载荷下的薄弱区域,应作为机匣件减重设计的重要优化部位。      

基于水溶性型芯的RTM成型的整体化复合材料翼盒研制

采用全数字化设计技术完成了复合材料整体翼盒的结构设计及铺层设计,同时采用PAM-RTM软件对复合材料翼盒的树脂传递模塑(RTM)成型工艺过程进行了树脂流动模拟,确定了底边线注射的最佳注射方式和工艺参数,并在此基础之上完成了RTM成型模具的设计和制造.采用基于水溶性型芯的RTM整体成型技术,制备了整体化的复合材料翼盒,验...     

基于孔隙控制的车身结构树脂传递模塑成型工艺设计

以典型车身结构B柱为研究对象,结合实验与仿真分析研究其树脂传递模塑(RTM)工艺的优化设计方法。研究了通过注射方式的优化控制树脂流动前沿,从而达到降低制件孔隙率和保证制件质量的目的。首先通过自制的变厚度渗透率测试模具获取所选用织物的渗透率,之后通过真空辅助RTM实验与对应模拟仿真进行对比分析来验证所采用仿真方法与渗透率数据的可靠性。最后结合充模周期与孔隙率控制理论对RTM工艺注射口分布及注射方式进行优化设计。结果表明,针对所选定车身结构,优化速率注射方式所获得的制件孔隙率最低,但充模周期较长,而基于双点注射的恒流量注射方式能较好地兼顾充模周期与制件孔隙率的要求。     

基于RTM技术的碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面一体化制备与验证

设计了一种碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面结构,采用PAM-RTM软件模拟了舵面在注胶过程中的树脂流动,根据模拟结果设计了成型模具,并通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了耐高温碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面,对其进行了力学试验,并将三维有限元分析结果与试验结果对比。试验结果表明,碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面在150%的使用载荷下保持了结构的完整性,骨架的最大应变为2 408×10–6,复合材料蒙皮的最大应变为2 371×10–6。有限元分析结果表明,金属骨架的最大应力出现在舵轴根部圆弧过渡区,而碳纤维/聚酰亚胺复合材料蒙皮的最大应力出现在与垫片外圆弧接触处;碳纤维/聚酰亚胺复合材料舵面的初始破坏为蒙皮单向带横向拉伸失效。      

RTM改性苯并噁嗪树脂及复合材料性能研究

研究了RTM改性苯并噁嗪树脂及复合材料性能.用DMA研究RTM改性苯并噁嗪树脂体系的储能模量、损耗模量和玻璃化转变温度;用流变仪研究黏度特性;用TGA和TGA微分曲线研究热分解性能;并研究了RTM改性苯并噁嗪树脂及复合材料的力学性能.结果表明:RTM改性苯并噁嗪树脂体系的玻璃化转变温度是206℃;至少有400min的低黏度(η≤0.5Pa.s)时间作为工艺开放期;在氮气气氛下,RTM苯并噁嗪树脂体系热失重分两个主要阶段,在375℃时发生5％热失重,800℃残碳率是45.2％;RTM苯并噁嗪树脂基体拉伸强度72.4MPa,拉伸模量5.07GPa,弯曲强度173MPa,弯曲模量4.6GPa;碳纤维增强RTM苯并噁嗪树脂基复合材料的常规力学性能优异.     

复合材料柔性RTM工艺的研究进展

树脂传递模塑工艺(Resin transfer molding,RTM)已经成为一种主要的复合材料低成本制造工艺,近些年获得了很大的发展.针对传统RTM工艺制件纤维体积含量低、不能整体成型复杂构件等不足,衍生出很多新的RTM工艺,柔性RTM工艺便是其中一种.柔性RTM工艺能够整体成型内部结构复杂、纤维含量要求较高的高性能复合材料,在制造航天航空等复合材料构件方面有着独特的优势.主要总结回顾了近几年来柔性RTM工艺的研究进展,并指出了柔性RTM工艺现存的不足.     

耐350℃ RTM聚酰亚胺树脂及其复合材料性能

以苯乙炔苯酐（4-PEPA）为封端剂,异构联苯四甲酸二酐（α-BPDA）作为二酐单体,通过选择合适的二胺单体及优化配比,研制了耐温等级高于350℃,适用于RTM工艺的聚酰亚胺基体树脂HT-350RTM,选用U3160单向碳纤维织物作为增强体,采用RTM工艺制备了HT-350RTM树脂基复合材料层合板（U3160/HT-350RTM）。结果表明：HT-350RTM树脂最低黏度可达390 mPa·s,在280℃下保持黏度低于1 Pa·s的时间大于2 h,能够满足RTM工艺的要求。经过高温固化后,HT-350RTM树脂的玻璃化转变温度为392℃,热分解温度（分解5%）高达537℃。采用RTM工艺制备的U3160/HT-350RTM复合材料层合板孔隙率仅为0.34%,室温下具有良好的基本力学性能,315℃和350℃下的力学性能保持率均高于60%,能够满足350℃工况下的长期使用要求。     

弯曲载荷下机织复合材料T型接头渐进失效分析

根据树脂传递模塑(RTM)成型的缎纹机织复合材料T型接头的结构特征和纤维布局特点, 基于ANSYS有限元数值分析平台, 建立符合其真实结构的几何模型和有限元分析模型。基于渐进失效强度预测方法的基本思想, 使用有限元计算软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)开发相应的程序, 实现改进形式的Hashin失效准则。采用合适的最终失效评价方法, 建立二维机织结构复合材料T型接头受弯曲载荷时的渐进失效预测方法, 能够有效地模拟从初始加载到最终失效过程中机织复合材料T型接头结构的力学响应及损伤的萌生与发展, 并预测结构的静强度。      

聚酰亚胺纤维增强树脂基复合材料的研究

以聚酰亚胺纤维为增强体,环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯和聚酰亚胺树脂为基体,通过模压成型法制备了4种聚酰亚胺纤维增强的树脂基复合材料。研究了4种基体树脂低聚物的固化行为和流变性能,并表征了4种相应树脂基复合材料的热学、力学、介电性能以及纤维与树脂之间的界面性能。结果表明:4种基体树脂低聚物最低黏度都低于15Pa·s,显示了良好的成型工艺性,环氧树脂基复合材料的力学性能最好,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别达到716MPa、54.9GPa和56.5MPa;聚酰亚胺树脂基复合材料的耐热等级最高,玻璃化转变温度大于300℃;氰酸酯树脂基复合材料的介电性能最优,介电常数在低频段低于3.3。     

石英纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料的疲劳特性

石英纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料具有比强度高、比刚度大、结构可设计性等很多优点,将在武器装备结构件领域广泛应用。对石英纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料的室温及高温拉伸性能进行了研究;对石英纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料的室温及高温拉-拉疲劳特性进行了研究。结果表明,复合材料的拉伸强度及弹性模量随着测试温度的升高而降低,并且在300℃时保留率分别是68%和80%。在相同应力水平下,复合材料的室温疲劳寿命比高温疲劳寿命高。在高温下,由于树脂软化,复合材料的经纱裂纹减缓。通过疲劳断裂的断口形貌和疲劳寿命变化,对复合材料损伤机制进行评估。     

三维编织碳复合材料的制备及其力学性能研究

采用真空辅助RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/EP)复合材料,通过对树脂的粘度特性和固化特性的分析,确定了最佳的工艺参数.金相显微镜对复合材料微观结构的观察表明树脂对纤维的浸润良好.同时,还研究了该工艺制备的C3D/EP复合材料的力学性能,结果表明随着纤维体积比的增加,复合材料的硬度、弯曲强度和冲击强度均提高,断口的扫描电镜观察表明复合材料的破坏方式是以脆性断裂为主.     

含磷聚芳醚酮-双马来酰亚胺树脂(PAEK-P-BMI)及碳纤维/PAEK-P-BMI复合材料

为提高树脂传递模塑(RTM)复合材料的整体韧性,结合“离位”复合增韧技术和RTM制造技术,应用新型热塑性含磷聚芳醚酮(PAEK-P)对碳纤维/双马来酰亚胺树脂(CF/BMI)复合材料进行增韧改性,研究了PAEK-P-BMI复合树脂的流变性能、分相行为及PAEK-P对CF/BMI复合材料韧性的影响。结果表明,分子链的刚性结构使PAEK-P具有高的耐热性,玻璃化转变温度达到268.8℃,PAEK-P在BMI树脂中的溶解性较差,PAEK-P-BMI复合树脂凝胶时间和黏度急增拐点时间受PAEK-P含量的影响很小;PAEK-P-BMI复合树脂在110℃/300 min条件下未出现相分离,但在后期的高温固化过程形成了分相结构,并在CF/PAEK-P-BMI复合材料中保持了分相形貌;与CF/BMI复合材料相比,CF/PAEK-P-BMI复合材料的冲击后损伤投影面积降低了69%,冲击后压缩强度提高了16.6%,冲击凹坑深度减小了34.4%。      

复合材料厚壁连杆RTM成型工艺模拟及制造验证

根据复合材料的可制造性及RTM成型工艺的特点对复合材料厚壁连杆的几何外形进行了优化设计。测定了纤维预成型体的渗透率参数, 采用数值模拟技术研究其RTM成型工艺过程, 并根据RTM流动模拟结果设计了成型模具, 成功地利用RTM工艺制备了复合材料厚壁连杆样件。对样件的力学试验考核表明, 采用基于数值模拟技术的工艺设计能够很好地满足制件的制造及载荷要求。     

聚酰亚胺树脂研究与应用进展

聚酰亚胺树脂是一种耐热性高、介电性能优异、机械强度良好的高分子材料。本文中主要介绍了聚酰亚胺树脂近几年的研究与应用进展情况。包括: 用新的合成方法引入特征元素或基团, 制备出性能优异或具有某种特色功能的新型聚酰亚胺树脂; 聚酰亚胺树脂在复合材料中的应用进展; 聚酰亚胺树脂在微电子工业中的应用进展;并且提出了聚酰亚胺树脂的发展方向。     

“离位”增韧技术在碳纤维/RTM聚酰亚胺复合材料中的应用

研究了“离位”增韧对RTM聚酰亚胺（PI-9731）树脂基复合材料力学性能的影响。结果表明: 当增韧剂的质量分数为15%时, 经粉末法和薄膜法“离位”增韧G827／PI-9731复合材料的室温层间剪切强度从增韧前的97.9MPa分别提高到108MPa和110MPa, 高温（288℃）层间剪切强度变化不大。G827／PI-9731复合材料经粉末法“离位”增韧后, Ⅰ型断裂能释放率从增韧前的310J/m2提高到410J/m2, Ⅱ型断裂能释放率从增韧前的590J/m2提高到939J/m2。而经过薄膜法“离位”增韧后, 其复合材料的Ⅰ型断裂能释放率提高到459J/m2, Ⅱ型断裂能释放率提高到1100J/m2。经电镜分析表明, 由于热塑性聚酰亚胺的引入, 在复合材料层间区域形成热固/热塑相反转结构, 在裂纹扩展的过程中, 包覆热塑性聚酰亚胺的PI-9731粒子发生明显取向和变形, 从而提高韧性。      

聚酰亚胺纤维/双马树脂复合材料抗高速冲击性能

采用热压罐成型工艺制备聚酰亚胺纤维/双马树脂复合材料,并采用空气炮冲击实验研究聚酰亚胺纤维体积分数和环境温度对复合材料层板抗高速冲击性能的影响。结果表明:与等面重下TC4钛合金相比,S35聚酰亚胺纤维复合材料抗高速冲击性能更优,且具有优异的高温抗高冲击性能。聚酰亚胺纤维体积分数越高,复合材料层板抗高冲击性能越高,其中,73%体积分数的聚酰亚胺纤维复合材料层板室温弹道吸能可达227.0J,比等面重下TC4钛合金高240%。冲击速率较低时,复合材料弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形凹坑,背弹面出现沿纤维方向的分层开裂;冲击速率较高时,复合材料层板弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形通孔,背弹面出现沿纤维方向大面积纤维分层开裂。     

高温复合材料舵面研制与试验验证

设计了一种蒙皮骨架结构高温复合材料舵面,并采用模压工艺制备了舵面,最后完成了舵面自由状态和固支状态下的固有模态测试,同时进行了静强度试验。采用三维实体单元,建立了舵面固有模态有限元分析模型,该模型分析的舵面固有模态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的有效性;并基于该模型研究了舵面在弯曲载荷下的破坏模式。试验结果表明: 舵面首先在根部树脂连接区发生树脂脱粘破坏,进而引起复合材料蒙皮与钛合金骨架的层间分层,从而导致整个舵面失效。有限元分析结果表明: 传感器质量分布对舵面的频率影响很大,但对其振型影响不大。应力分析结果表明: 根部树脂连接区的拉伸正应力导致此处树脂脱粘,有限元预测的破坏位置与试验结果一致。