炭纤维热处理对C/C复合材料力学性能的影响

采用化学气相沉积工艺对未处理和2 500℃热处理的炭纤维预制体进行致密化,对致密化后的C/C复合材料进行弯曲力学性能测试,借助偏光显微镜和扫描电子显微镜观察热解炭的组织、纤维的表面和弯曲试样断口的形貌.结果显示:高温热处理后,纤维表面变的更加光滑,表面出现很多沿纤维轴向的沟槽;致密化后的两种C/C复合材料的基体消光角约为21°,均为高织构热解炭;与未处理纤维增强C/C复合材料相比,经高温热处理后纤维增强的C/C复合材料的弯曲强度和模量均大幅下降,断裂特征由脆性转变为典型的假塑性,断口处有大量纤维拔出,纤维表面未粘附热解炭,表明对纤维进行高温热处理显著降低了纤维和热解炭基体的界面结合强度,导致材料强度降低,断裂呈假塑性.     

致密工艺对炭布增中2D—C／C复合材料力学性能的影响

研究了液相浸渍及化学气相法致密工艺对二维炭／炭（2D－C／C）复合材料力学性能的影响,尤其是对层间剪切强度（ILSS）的影响。结果表明：液相浸渍法增密周期短且致密效果好,但材料强度不高;而化学气相沉积（CVD）致密周期长,但材料层剪强度高;采用两种工艺联合致密,材料界面结合强度适中,且层剪强度高。     

单向C／C复合材料的界面层对其力学性能的影响

利用０．８Ｔ强磁场处理单向Ｃ／Ｃ复合材料的中间相沥青基体后发现其界面层呈ＴＯＧ弱界面结构，弯曲强度稍有下降，其韧性却有较大幅度的提高，并进一步分析研究了造成的原因。     

C/C复合材料液相浸渍制备工艺及其力学性能模拟

针对酚醛先驱体C/C复合材料液相浸渍制备工艺各组分相的化学转化特性, 基于Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相浸渍制备工艺力学模型, 详细分析了固化-炭化和石墨化两个重要的工艺阶段各组分相的体积变化规律, 得到的气孔体积分数与Micro-CT系统扫描处理的细编穿刺C/C复合材料微结构图像中气孔体积分数相吻合, 并结合均匀化方法对制备过程材料基体有效弹性模量进行了预测。结果表明: 材料基体的有效弹性模量随着致密化次数的增加而增大, 在每一次致密化过程中材料基体的有效弹性模量先增大后减小, 石墨化工艺过程中材料基体的有效弹性模量达到某一值后保持平稳。      

制备工艺对NaFeB磁体力学性能的影响

采用速凝法在铸带炉中制备NdFeB铸带,再经烧结制得NdFeB磁体.研究了制备工艺对磁体力学性能的影响.并将其结果与采用感应炉制得的铸锭经相同烧结工艺得到的磁体的力学性能进行了比较.实验结果得出:铸带速度2.6 m/s时磁体的抗弯强度约为231 MPa,当铸带速度增大到4.0 m/s,抗弯强度显著提高了50%;当氢含量从0.15%减少到0.047%,抗弯强度提高了1倍,达到270 MPa,冲击功也从2.78 kJ/m2增加到7.58 KJ/m2,这是因为在烧结过程中氢原子穿过晶粒和晶界扩散,其扩散通道导致的微裂纹强烈影响磁体的抗弯强度;磁粉粒度从4.0 μm减少到2.9 μm时,磁体晶粒减小,组织致密,抗弯强度从213 MPa增大到331 MPa.铸锭法制备的烧结磁体的综合力学性能均比铸带法磁体的性能差得较多.     

短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料的力学性能

利用模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了短切炭纤维增强沥青基C／C复合材料（简称SCFRC）。研究了短切炭纤维的体积分数对SCFRC材料的体积密度和力学性能的影响规律。借助光学显微镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察，分析了短切炭纤维对SCFRC材料的增强机制。结果表明，当短切炭纤维的体积分数由0％增大到11．8％时，SCFRC材料的力学性能随之呈线性增加；短切炭纤维增强SCFRC材料的机制主要有裂纹偏转效应、桥联效应以及脱粘和拔出效应。     

热处理对含CSiCTaCC界面C/C复合材料力学性能的影响

以准三维针刺炭纤维毡为预制体, 采用化学气相渗透工艺在预制体中炭纤维/基体炭之间制备C-SiC-TaC-C复合界面, 利用树脂浸渍-炭化工艺对材料进一步增密, 获得含C-SiC-TaC-C界面的C/C复合材料。研究了1400～2500℃不同温度热处理前后复合材料的微观结构和力学性能。结果表明: 热处理前, SiC-TaC界面为管状结构, 复合材料的抗弯强度为241.6 MPa, 以脆性断裂为主; 经1400～1800℃热处理后, TaC界面破坏呈颗粒状, 复合材料的平均抗弯强度下降到238.9～226.1 MPa, 其断裂方式不变, 但断裂位移由0.7 mm增至1.0 mm; 经2000～2500℃热处理后, SiC、 TaC界面均受到破坏, 复合材料平均抗弯强度急剧下降至158.7～131.8 MPa, 断裂方式由脆性断裂转变为假塑性断裂。      

碳纤维预制体结构对C/C复合材料及其螺栓力学性能的影响

以2D碳纤维预制体为增强体, 采用电耦合和等温化学气相渗联合工艺制备C/C复合材料, 研究不同预制体结构对C/C复合材料及其螺栓力学性能的影响。结果表明, 不同预制体结构增强的C/C复合材料表现出不同的力学行为。对于针刺结构, 随着针刺密度由35 pin/cm ²降至25 pin/cm ², C/C复合材料的拉伸、弯曲强度分别由60.1、119.9 MPa增大至69.5、176.8 MPa; 随着碳纱丝束由12 K变为3 K, C/C复合材料的拉伸、弯曲强度分别由69.5、176.8 MPa增大至105.5、184.4 MPa。对于12 K双向缝合结构, C/C复合材料的拉伸、弯曲强度分别为68.1、123.7 MPa。不同碳纤维预制体结构增强的C/C复合材料力学性能的差异主要取决于长纤维的完整性、大孔的分布和数量等因素。C/C复合材料的螺栓性能由于体材料性能和加工过程中缺陷的影响, 其拉伸强度略低于其体材料, 并表现出更为明显的脆性断裂模式。     

针刺工艺参数对炭布网胎增强C/C材料力学性能的影响

采用机械针刺技术, 研究了针刺密度、针刺深度对原位针刺增强碳布网胎迭层预制体结构C/C材料力学性能的影响. 结果表明, 采用高的针刺密度和针刺深度参数, 可获得高的预制体密度和纤维体积分数, 针刺密度和针刺深度对材料层间剪切性能的影响程度比对压缩、弯曲性能的影响程度大, 采用一定密度的碳布网胎时, 在一定范围内, 提高针刺密度和深度能提高材料的力学性能,当针刺密度控制在20～50针/cm²、针刺深度控制在12～16mm时, C/C材料力学性能随两针刺参数值升高而提高; 当针刺密度控制在30针/cm²时, C/C材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到137.68、224MPa, 剪切强度达到15.5MPa, 针刺深度为12mm时, 材料弯曲及X-Y向压缩强度分别达到134.24、213.2MPa, 为较佳的针刺工艺参数.     

制备工艺对Cf/SiC复合材料力学性能的影响

分别采用先驱体裂解-热压和先驱体浸渍-裂解方法制备出了Cf/SiC复合材料.重点探讨了不同制备工艺对复合材料纤维/基体间界面和力学性能的影响.研究表明,采用先驱体裂解-热压工艺制备复合材料时,由于制备温度较高,复合材料中纤维与基体间的界面结合强,同时纤维本身性能的退化严重,因此复合材料表现为脆性断裂,具有较低的力学性能.而采用先驱体浸渍-裂解法制备复合材料时,由于致密化温度较低,复合材料中纤维与基体的界面结合较弱,而且纤维的性能保留率较高.因此,纤维能够较好地发挥补强增韧作用,复合材料具有较好的力学性能, 其抗弯强度和断裂韧性分别为573.4MPa和17.2 MPa*m1/2.     

阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数, 研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响。通过SEM观察了铝合金表面Al₂O₃多孔膜和层板断面形貌, 分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响。结果表明, 阳极氧化电压为20 V时, GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大, 在20 min时出现最大值, 继续延长阳极氧化时间, 层板强度随之下降; 阳极氧化时间为20 min时, GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大, 在20 V时出现最大值, 继续增大电压, 强度随之下降。     

阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数,研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响.通过SEM观察了铝合金表面Al2O3多孔膜和层板断面形貌,分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响.结果表明,阳极氧化电压为20 V时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大,在20 min时出现最大值,继续延长阳极氧化时间,层板强度随之下降;阳极氧化时间为20 min时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大,在20V时出现最大值,继续增大电压,强度随之下降.     

Investigations on stamping of C/PEEK laminates: Influence on meso-structure and macroscopic mechanical properties under severe environmental conditions

This study was aimed at addressing the influence of stamping on the mechanical performance (tensile, in-plane shear and inter-laminar shear) of fabric reinforced thermoplastic laminates under severe conditions. The effects of processing have been discussed at different levels: influence on the micro-structure (porosity and mean free path) and meso-structure (reinforcement and matrix distribution), changes in the matrix properties as well as in the fiber/matrix interface. The obtained results and the SEM observations suggest that these changes are closely associated with the macroscopic mechanical behavior of laminates. Stamping proved to be a re-consolidation process, and the high stamping pressure promotes two primary mechanisms: re-compaction of the fiber network and migration of melted matrix. These mechanisms significantly influence the meso-structure properties (better interlaminar adhesion and fiber/matrix bonding), resulting in the improvement of the material properties.     

模压工艺对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层合板力学性能的影响

利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板,通过差示扫描量热（DSC）法试验分析,确定相变参数,运用ANSYS有限元分析,将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中,研究模压成型过程中温度场变化情况,为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标,采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响,得到最优模压工艺制备参数,获得最高复合材料层合板力学性能,为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明:模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为:热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为:热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa,在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板,层间剪切强度为31.12 MPa,压缩强度为100.96 MPa,冲击韧性为2.27 kJ/cm2。      

The mechanical properties of glass/polypropylene multilayer laminates

Multilayer laminates have been fabricated from thin sheets of glass and polypropylene. By the use of a special surface treatment applied to the glass surfaces, fully transcrystalline polypropylene layers could be formed. This facilitated the interpretation of the mechanical properties of the laminates in terms of the microstructure of the polymeric layers. It was found that the presence of transcrystalline layers leads to modest increases in flexural modulus and strength, and strain energy release rateG _c. These laminates can be valuable models for the mechanical properties of fibre-reinforced thermoplastics.     

面外波纹对复合材料层合板弹性性能的影响

基于经典层合板理论（CLT）,提出一个多参数解析模型,定量研究了面外波纹缺陷对含波纹缺陷的复合材料层合板弹性模量、剪切模量和泊松比等弹性性能的影响。 结果表明:面外波纹对主弹性模量、Z向弹性模量、X - Z平面剪切模量和面内泊松比都产生了显著影响;对于碳纤维/环氧树脂材料体系算例,在特定波纹比和波纹区域范围内,面内泊松比出现了负值。该建模方法为研究波纹缺陷对复合材料层合板弹性性能影响提供了参考。      

纤维分布均匀性对T300/BMP316复合材料层压板力学性能的影响

采用三点弯曲法和数字化冲击仪, 研究了纤维分布均匀性对T300/BMP316复合材料弯曲和冲击性能的影响, 用有限元方法分析了纤维分布不均匀复合材料弯曲变形时的应力分布, 提出了用纤维分布效应系数R来评价纤维分布不匀复合材料的性能。结果表明, 纤维分布不均使T300/BMP316复合材料的弯曲性能和冲击性能强烈地受到纤维分布方式和载荷方向的影响, 纤维分布效应系数R反映了纤维分布与性能的关系。      

Improvement of interlaminar mechanical properties of CFRP laminates using VGCF

In order to improve the interlaminar mechanical properties of CFRP laminates, hybrid CFRP/VGCF laminates have been fabricated by using a newly-developed method, i.e., powder method, where the powder of vapor grown carbon fiber (VGCF) is added at the mid-plane of [0°/0°]₁₄ CFRP laminates. Experimental results of double cantilever beam (DCB) tests indicate the improvement on the interlaminar mechanical properties of Mode-I fracture behavior with much higher critical load P_C and fracture toughness G_IC with VGCF interlayer. Crack propagation and fracture surface have also been observed to interpret this improvement mechanism. Moreover, based on experimental G_IC, numerical simulations using finite element method (FEM) with cohesive elements have been carried out to analyze the delamination propagation. The interlaminar tensile strength of hybrid CFRP/VGCF laminates, which is obtained by matching the numerical load–COD (crack opening displacement) curves to experimental ones, is higher than that of base CFRP laminates.     

Processing and mechanical properties evaluation of glass fiber-reinforced PTFE laminates

A specific manufacturing process to obtain continuous glass fiber-reinforced PTFE laminates was studied and some of their mechanical properties were evaluated. Young’s modulus and maximum strength were measured by three-point bending test and tensile test using the Digital Image Correlation (DIC) technique. Adhesion tests, thermal analysis and microscopy were used to evaluate the fiber–matrix adhesion, which is very dependent on the sintering time. The composite material obtained had a Young’s modulus of 14.2 GPa and ultimate strength of 165 MPa, which corresponds to approximately 24 times the modulus and six times the ultimate strength of pure PTFE. These results show that the PTFE composite, manufactured under specific conditions, has great potential to provide structural parts with a performance suitable for application in structural components.