结构化增韧层增韧RTM复合材料性能

从复合材料离位增韧思想出发,选用具有高孔隙率的尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,采用RTM工艺制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强环氧3266树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),并研究了其韧性相关性能和增韧机制。结果表明:U3160-PNF/3266复合材料层间仍保持其原有的结构形式,同时与层间树脂相互贯穿形成了一种非反应诱导相分离的双连续结构,并且这种双连续结构表现出显著的增韧效果。U3160-PNF/3266复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了1.1倍和1.4倍,冲击后压缩强度由212MPa提高到281MPa。     

尼龙无纺布增韧RTM复合材料的湿热老化性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,利用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了PNF层间增韧改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(U3160-PNF/3266),研究了U3160-PNF/3266复合材料的吸湿特性及湿热老化对其耐热性能的影响。结果表明:增韧前后复合材料具有相似的吸湿动力学特性,但在吸湿初期,U3160-PNF/3266复合材料具有更大的吸湿速率,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266复合材料的饱和吸湿率约为0.96%,略大于非增韧复合材料U3160/3266的0.87%。随着湿热老化时间的增加,两种复合材料的玻璃化转变温度均逐渐降低,并随着吸湿率的饱和而趋于平稳,达到饱和吸湿后,U3160-PNF/3266和U3160/3266复合材料的玻璃化转变温度分别下降了约15%和14%。     

尼龙无纺布结构化增韧层增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热力学性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160-PNF/3266)复合材料,研究了U3160-PNF/3266复合材料的面内力学性能及湿热老化后的力学性能变化,并分析了复合材料湿热老化前后的层间形貌。结果表明:PNF增韧层的引入并未导致复合材料面内力学性能的下降,与未增韧的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160/3266)复合材料相比,增韧复合材料U3160-PNF/3266的90°拉伸性能有所提高。而湿热老化处理对U3160-PNF/3266复合材料的基体和界面性能影响相对明显,尤其是尼龙纤维与树脂基体之间的界面结合性能,湿热老化处理后增韧复合材料的90°压缩和层间剪切性能保持率均明显低于未增韧复合材料的。     

层间颗粒增韧复合材料层压板的损伤阻抗特性

采用热塑性颗粒对HT7/ 5228 、HT3/ N Y9200G和HT3/ 5224 三种高温固化环氧基体复合材料层压板进行层间增韧。为了提高冲击后压缩强度(CAI) 和考察损伤阻抗, 测试了平均分层起始能量e_Ⅱc以及接触力-凹坑深度关系。试验结果表明, 增韧颗粒和基体树脂形成的层间区域能有效地吸收断裂能量并抑制分层的发生, e_Ⅱc显著提高。在静压痕力下, 层间增韧复合材料层压板具有较深的凹坑深度和较小的损伤面积。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、颗粒桥联以及裂尖屏蔽是主要的增韧机理, 颗粒的塑性变形和最终失效也耗散了大量断裂能量。      

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。     

树脂基复合材料增韧研究进展

经过几十年的发展,国内高韧性树脂基复合材料的研究有了很大进展,但其在工程上的应用才刚刚开始,仍存在一些问题。基于国内外树脂基复合材料的增韧研究现状,总结了不同的增韧方法,从基体增韧、层间增韧和Z向增韧3个方面出发,归纳出不同增韧方法的机理以及优缺点。     

复合材料叶片RTM成型缺陷研究

本文简要介绍了复合材料叶片的缺陷类型及其形成机理。综述了国内外在RTM工艺成型过程中纤维浸润和气泡形成方面的研究现状,对缺陷的排除方法进行了分析总结。     

复合材料螺旋桨RTM成型工艺研究

为开展复合材料螺旋桨成型工艺的研究,分析了不同成型工艺的特点,提出采用树脂传递模塑成型技术(RTM)制作螺旋桨模型,制订了模具制备方案、纤维剪裁和铺层实施方案以及RTM工艺流程,制作了螺旋桨模型,并提出了工艺改进方案,进而开展了螺旋桨模型的强度试验.强度试验结果显示:随着载荷的增加,各测点处的应变值均呈线性增长,当加载到8 k N时各测点应变均在弹性范围内,桨叶未发生破坏.研究表明:采用本文制定的模具制备方案,特别是针对桨叶纤维布剪裁、铺层的难题提出的适合复杂型线纤维布剪裁和铺层的实施方案,用于成型夹芯复合材料螺旋桨模型可以满足预期强度要求,验证了本文工艺的可行性.     

运用神经网络设计RTM成型复合材料力学性能

提出了一种设计RTM成型碳纤维织物／环氧复合材料力学性能的新方法．利用BP神经网络,以RTM成型工艺中注模压力、温度和时间为输入量,以复合材料层间剪切强度和弯曲强度为输出量,建立了反应工艺参数与力学性能内在规律的数学模型．利用此模型研究了在注模温度、时间确定的条件下注模压力与复合材料层间剪切强度的关系,网络输出的注模压力对复合材料层间剪切强度的影响规律与实验规律非常接近,说明建立的工艺参数与复合材料力学性能的关系模型是可靠的,可以用此模型对复合材料的力学性能进行设计。     

“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。      

“离位”增韧预成型体压缩特性

针对"离位"增韧预成型体的液态成型工艺性,研究了两种不同结构形式增韧层"离位"增韧预成型体的厚度压缩特性。分别采用多孔薄膜结构增韧层、高孔隙率无纺布结构增韧层与碳纤维织物交替铺层制备"离位"增韧预成型体,采用力学试验机测试其厚度压缩特性。实验结果表明,预成型体压缩过程中,在相同压力水平下,增韧层的引入会降低预成型体的纤维体积分数;不同压力水平下,预成型体的压缩行为与增韧层结构形式有关。此外,采用织物预成型体厚度压缩本构模型,对"离位"增韧预成型体的压缩厚度进行了预测,通过模型预测值与实验值的比较,确定了模型中的经验指数k=2时,两者吻合较好。     

基于NCF技术的RTM成型复合材料T型接头高效制造与验证

选用多层非屈曲经编织物(NCF)作为增强体, 提高了预成型体的铺覆效率及准确性, 同时根据T型接头的结构特点将其组合成工字梁形式并依此设计成型模具, 采用树脂传递模塑(RTM)成型工艺实现了复合材料T型接头的高效制造, 并对其拉伸和压缩力学性能进行了试验研究。结果表明: T型接头拉伸破坏由孔边蒙皮纤维拉断和腹板分层拉脱造成; 而压缩破坏则由腹板翻边分层屈曲和接头中部蒙皮纤维压断造成; T接头拉伸破坏载荷高于其压缩的破坏载荷。     

PVDF对芳纶无纺布/环氧树脂共固化复合材料力学和阻尼性能的影响

为评价热塑性结晶聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)对共固化复合材料动态力学和阻尼性能的影响,首先,将PVDF负载到芳纶无纺布(ANF)上,采用共固化工艺制备了PVDF-ANF/环氧树脂(EP)结构阻尼复合材料。然后,利用动态机械分析仪测试了PVDF-ANF/EP复合材料的损耗因子、损耗模量和储能模量的温度谱;通过弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的测试评价了复合材料的静态力学性能;通过单悬臂梁振动实验测试了复合材料的共振频率及自由振动衰减曲线,并计算了损耗因子;通过I型、II型层间断裂韧性实验及断面微观形貌的观察研究了复合材料的断裂韧性及增韧机制。最后,对复合材料的微观结构进行分析,探讨了其兼具力学性能和阻尼性能的结构内因。结果表明:通过在ANF表面负载PVDF,可在不引起复合材料力学性能明显下降的前提下,进一步提高PVDF-ANF/EP复合材料的阻尼性能和层间断裂韧性,复合材料的损耗因子提高了33.3%,I型和II型断裂韧性分别提高了168%和208%。     

The toughening mechanism of nacre and structural materials inspired by nacre

Abstract

The structure and the toughening mechanism of nacre have been the subject of intensive research over the last 30 years. This interest originates from nacre’s excellent combination of strength, stiffness and toughness, despite its high, for a biological material, volume fraction of inorganic phase, typically 95%. Owing to the improvement of nanoscale measurement and observation techniques, significant progress has been made during the last decade in understanding the mechanical properties of nacre. The structure, microscopic deformation behavior and toughening mechanism on the order of nanometers have been investigated, and the importance of hierarchical structure in nacre has been recognized. This research has led to the fabrication of multilayer composites and films inspired by nacre with a layer thickness below 1 μm. Some of these materials reproduce the inorganic/organic interaction and hierarchical structure beyond mere morphology mimicking. In the first part of this review, we focus on the hierarchical architecture, macroscopic and microscopic deformation and fracture behavior, as well as toughening mechanisms in nacre. Then we summarize recent progress in the fabrication of materials inspired by nacre taking into consideration its mechanical properties.     

晶须增韧陶瓷复合材料

综述了晶须增韧陶瓷复合材料的制备方法和分类;讨论了影响增韧效果的各种因素及对陶瓷材料力学性能、抗热震性和耐磨性等方面的影响;并将近年来有关晶须增韧陶瓷基复合材料机理方面的研究进展,晶须在陶瓷材料中的应用及今后的发展趋势等作以介绍.     

RTM工艺模拟及干斑缺陷控制研究

采用自主开发的RTM工艺3D模拟系统对所选复合材料构件进行了模拟分析,由此确定了最佳注射方式及注射口和溢料口的合理位置,在此基础上详细研究了消除构件干斑缺陷的方法,为优化工艺提供了依据.