碳纤维增强双马来酰亚胺树脂预浸料铺覆黏性及其储存老化行为

将碳纤维增强双马来酰亚胺树脂预浸料CCM40J/HT-280分别置于4种储存环境（真空、N₂、O₂、空气）进行室温老化实验,研究了预浸料铺覆黏性与储存环境和老化时间的关系,对不同环境下黏性失效前后的样品进行了DSC、流变、红外光谱分析。针对不同黏性级别的预浸料,采用热压罐成型工艺制备了复合材料层合板,对层合板内部成型质量及复合材料力学性能进行了研究。结果表明,真空和N₂环境储存下的CCM40J/HT-280预浸料黏性失效周期相比于O₂与空气中的样品延长约40%。DSC和流变测试结果表明,老化后树脂的交联程度大于新鲜树脂,树脂最低黏度也显著增大,O₂环境下的样品表现的更为明显;对红外光谱特征峰分析表明,O₂环境储存条件下树脂交联反应程度高于真空环境,说明O₂对双马来酰亚胺树脂室温下的老化具有促进作用。黏性失效的预浸料制备的CCM40J/HT-280复合材料内部多为层间或层内的密集孔隙,其弯曲强度下降约13.0%、弯曲模量下降约6.5%,层间剪切强度下降约10.7%。      

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。     

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的弯曲性能及破坏特征

以单向玻璃纤维/环氧树脂预浸料和一种平纹玻璃纤维/环氧树脂预浸料压制的环氧玻璃钢为研究对象,对其进行弯曲试验,并对比分析了试样的弯曲强度。结果表明:对于单向纤维单角度的铺设方式,0°纤维试样具有更高的弯曲强度;对于单向纤维交叉的铺层方式,0°纤维与90°纤维交替铺层的试样具有更高的弯曲强度;对于不同的铺层方式,0°纤维置于最外侧试样的弯曲强度高于90°纤维置于最外侧试样的弯曲强度;单向玻璃纤维试样的弯曲强度略高于平纹玻璃纤维试样的。     

石墨烯改性碳纤维树脂基复合材料的制备和性能评价EI北大核心CSCD

以石墨烯预浸料作为功能层,铺贴在碳纤维预成型体表面,通过热压罐共固化成型的方法,制备石墨烯改性碳纤维树脂基复合材料。利用超声扫描、金相电镜、四探针、矢量网络分析仪和万能材料试验机等测试手段研究石墨烯预浸料对复合材料内部质量、电磁屏蔽性能和力学性能的影响。实验结果表明:石墨烯预浸料的加入,并不会影响到复合材料的内部质量,并且石墨烯功能层和碳纤维结构层之间具有良好的界面相容性。在此基础上,石墨烯预浸料作为功能层,利用其优异的导电性能,可以使得复合材料的电磁屏蔽性能显著提高。当加入G105/3234石墨烯预浸料时,复合材料的电磁屏蔽效能由27.7 dB提高到64.7 dB。与此同时,改性后的碳纤维树脂基复合材料仍然可以保持良好的力学性能。     

碳纤维/环氧预浸料摩擦滑移特性测试及其变化规律

带曲率的复合材料层合结构在制备过程中,预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为,其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置,针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系,测试分析了不同工艺条件下,预浸料铺层与铺层之间,以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明,温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制,而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制;较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力,有利于预浸料铺层的滑移运动;预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关,其摩擦阻力受温度影响更明显,而受外压影响变化较小。     

多功能微机(手动)调控预浸胶机的研制

一.前言 预浸料是制造纤维增强复合材料用的一种预制铺层材料,也是用作复合材料设计和制造的中间材料。目前,在预浸料这一领域里的新发展,就象采用新纤维一样具有重大意义。 单向纤维预浸料所用增强材料常为玻璃纤维、碳纤维和有机纤维,所用树脂一般为热固性树脂和热塑性树脂。 预浸料的制造方法有:溶液胶预浸,熔融树脂预浸、熔融树脂涂膜后传递预浸、胶膜热融后传递预浸、胶膜热融后传递预浸、热塑性树脂制成膜热融传递预浸、热塑性树脂纤维与增强纤维混合排列热融预浸(即双纤维预浸)、热塑性树脂直接熔融预浸等。 制造预浸料用设备如按功能分有单功能预浸机、多功能预浸机;按结构分有滚筒式定长预浸机、连续卷盘     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料叠层的面内变形行为

为了充分了解热隔膜成型过程中预浸料的变形行为，通过偏轴拉伸测试探索了热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料在高温条件下的面内变形机制。研究参数包括试验温度、拉伸速率、预热时间和铺层顺序等。利用数字图像相关技术，在测试过程中监测单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形和纤维的旋转情况。结果表明，提高试验温度或降低拉伸速率均有利于促进单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形。铺层顺序对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层的变形行为有很大影响，[45/–45/90]_S铺层方式比 [45/90/–45]_S铺层方式更有利于纤维旋转，且[45/–45/90]_S铺层方式变形阻力更小。采用铰链连接网(Pin-joined net, PJN) 理论对单向碳纤维/环氧树脂预浸料铺层变形过程中纤维角度变化进行预测并与实验结果进行对比，结果表明，用PJN理论预测的纤维旋转角度值与测试值存在较大偏差，说明其并不适用于预测热固性单向碳纤维/环氧树脂预浸料变形过程中纤维角的变化。同时，80℃预加热可以提高单向碳纤维/环氧树脂预浸料的变形阻力。      

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。      

纤维复合材料层合板内埋光纤光栅传感器的保护技术

内埋的光纤Bragg光栅（FBG）传感器的存活率及测试精度是其在线监测纤维增强树脂基复合材料制备和服役状态的重要前提。采用[90₁₁/0₁₁]的碳纤维预浸料铺层方式,在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用模压成型工艺制备复合材料层合板。在异向铺排（光纤光栅方向与碳纤维方向不同）的45°方向光纤光栅传感器内埋于碳纤维预浸料层间的过程中,对其采用4种不同的保护方式。通过对比实验结果发现:当对异向铺排的FBG传感器不采取保护措施时,在加热加压复合材料时光纤光栅容易失活;整层铺设同向预浸料以保护异向铺排的FBG传感器的方式改变了具有特定铺层参数复合材料的力学性能;采用窄长条同向预浸料上下包埋保护FBG传感器的方式增大了应变光栅测量结果的系统误差;采用窄长条同向预浸料上下包埋并在邻近铺层开凹槽的保护方式能明显提高内埋光纤光栅的存活率及测试精度。      

自动铺丝过程中预浸料的侧向弯曲

根据自动铺丝过程中预浸料的受力特点,建立预浸料的侧向弯曲变形模型。利用最小势能原理、瑞利-利兹法以及相关的复合材料力学理论,推导出预浸料侧向屈曲半径公式。研究自动铺丝温度、压力、速度、黏附力等主要工艺参数对侧向弯曲性能的影响,并用自动铺丝机铺放不同半径的预浸料圆弧进行验证。结果表明:随着温度增大、压力和速度减小,预浸料的侧向弯曲性能提高;增加预浸料黏附力可显著提高其侧向弯曲性能,符合理论分析结果。     

High Temperature Residual Properties of Carbon Fiber Composite Sandwich Panel with Pyramidal Truss Cores

A study on the mechanical property degradation of carbon fiber composite sandwich panel with pyramidal truss cores by high temperature exposure is performed. Analytical formulae for the residual bending strength of composite sandwich panel after thermal exposure are presented for possible competing failure modes. The composite sandwich panels were fabricated from unidirectional carbon/epoxy prepreg, and were exposed to different temperatures for different time. The bending properties of the exposed specimens were measured by three-point bending tests. Then the effect of high temperature exposure on the bending properties and damage mechanism were analyzed. The results have shown that the residual bending strength of composite sandwich panels decreased with increasing exposure temperature and time, which was caused by the degradation of the matrix property and fiber-matrix interface property at high temperature. The effect of thermal exposure on failure mode of composite sandwich panel was observed as well. The measured failure loads showed good agreement with the analytical predictions. It is expected that this study can provide useful information on the design and application of carbon fiber composite sandwich panel at high temperature.     

铺放工艺参数对预浸料丝束曲线铺贴质量的影响

为研究铺放工艺参数对复合材料预浸料丝束曲线铺贴质量的影响规律及作用机制,首先自主设计并搭建了可模拟铺丝机曲线铺贴运动的试验平台,进行了变铺放工艺参数与变铺放半径的预浸料丝束曲线铺贴试验.通过测量计算有效贴合长度比、褶皱角度及曲率半径比,并结合变铺放工艺参数的单因素剥离试验对铺放质量进行了表征.结果表明:曲线铺贴质量与预...     

Experimental and analytical study on fiber-kinking failure mode of laminated composites

Compressive behavior of composite materials has received significant attention in recent years. In the present work, a recently developed strain based fiber kinking model and stress based ones for unidirectional laminated composites are compared with experimental results. These models are implemented into a finite element code and the obtained results for glass/epoxy (Type C) ASNA 4197 unidirectional composites are presented and discussed in detail. Experimental investigations on compressive strength and kink band formation were also performed for several specimens with various dimensions and off-axis angles made of the same glass/epoxy prepreg composite material. A special compressive fixture was also fabricated in order to ensure that the specimens are in full contact with the loading machine elements and also to eliminate the potential bending moments.Comparison between the experimental and analytical results indicated that the proposed fiber kinking model and the developed code can be used to predict the compressive strength of laminated composites due to fiber kinking mode.     

混杂比对碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响

利用层内混杂的方式制备碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物,通过对材料进行拉伸、三点弯曲等实验研究该织物增强复合材料的力学性能及混杂比对其力学性能的影响。结果表明,按照一定的混杂比加入芳纶纤维后复合材料的拉伸性能提高,表现出积极的混杂效应。由于延伸性好的芳纶纤维的加入,使复合材料的拉伸断裂伸长率明显提高,材料破坏模式出现了完全脆性断裂模式(C12材料破坏形式)和“扫帚”形纤维断裂模式(C8A4,C6A6材料破坏形式)。此外,按照一定的混杂比加入芳纶纤维也有效改善了碳纤维增强复合材料的破坏韧性,碳/芳纶纤维混杂MBWK织物增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量随混杂比的提高而呈下降趋势,当复合材料中芳纶含量从42%(体积分数,下同)(C6A6)到59.2%(C4A8)的变化过程中,弯曲强度和弯曲模量的降低率较高。0°试样在混杂比为59.2%(C4A8)时,弯曲挠度最大,达到7.49 mm,远高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料。所有90°混杂复合材料试样的弯曲挠度均高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料,表现出积极的混杂效应。     

纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

波移光纤性能研究

对2种波移光纤的特性进行了研究.实验结果表明,型号为V-11 (200) MS的波移光纤整体性能比BCF-91A波移光纤性能更好.与前者相比,后者在20 mm的弯曲半径下的光传输损耗要高4.8倍.而同时,2个光纤的光衰减长度相当类似,分别为(2.00±0.02)m和(1.98±0.02)m.此外,Y-11 (200) MS型波移光纤的相对光转换效率比BCF-91A的要高出50％.因此,在制作闪烁体中子探测器时,使用Y-11 (200) MS型波移光纤是一种很好的选择.     

曲线纤维增强复合材料圆环板的非轴对称弯曲问题

由自动铺丝机制造的结构具有面内变刚度特征。这种由空间变化引起的刚度变化使结构的控制方程成为了变系数偏微分方程,给求解非轴对称弯曲问题带来了很大挑战,难以求解其精确解。该文基于经典板壳理论,推导了柱坐标下正交各向异性变刚度圆环板非轴对称弯曲问题的控制方程。假定刚度分别随弹性模量指数函数和曲线纤维方向角连续变化,采用加权残值法计算了周边弹性约束时复合材料圆环板的挠度。通过与精确解结果的比对,验证该方法是有效的,并有较高精度。计算结果表明曲线纤维方向角的变化将使曲线纤维增强复合材料结构的相关力学性能明显优于同等比例的直线纤维增强复合材料结构。同时,结果还表明变刚度复合材料圆环板的非轴对称挠度与其周边的约束条件、材料参数、内外半径比值、纤维方向角等密切相关。     

Manufacturing of Silicon Carbide Knit Fabrics

Knit fabric textile structures are processed from silicon carbide multifilament fiber rovings. The minimum bending radius of the various single silicon carbide fibers is determined from loop tension test in order to derive boundary conditions for fiber bending in the knitting process. The processing conditions for knitting are modified in order to reduce buckling and friction acting on the silicon carbide fiber rovings. Fiber knit fabrics are fabricated with a modified 2 Tempi pattern chain which leads to high flexible manufacturing. Compared to woven silicon carbide fabric structures the knitted fiber perform offers a superior flexibility, wider range of pore size and a higher degree of drapability.     

碳纤维/铜纤维混编酚醛树脂基摩擦材料的制备及其弯曲性能

以碳纤维和铜纤维为原料制备了三维四层深交联机织物,并将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,然后将二者进行复合成型,制成三维深交联摩擦材料。通过改变织物纬向的铜纤维含量及位置获得四种深交联机织摩擦材料,探究不同位置和含量的铜纤维对摩擦材料纬向弯曲性能的影响。结果表明:摩擦材料的弯曲性能随着铜纤维含量的增加而减小;当铜纤维处在摩擦材料预制体中间层时,会降低复合材料的弯曲性能。材料的破坏模式具体表现为树脂基体的碎裂,以及纤维的抽拔及断裂。     

带筋管充液压形实验研究

为探讨带筋管整体成形的可行性,通过实验方法初步探讨了带筋管整体成形的力学条件及关键影响因素。实验结果表明,在消除筋板内环的径向、轴向和环向自由度后,充液压形工艺可实现带筋管的整体成形;采用充液压形工艺可以成形出高径比为5,径厚比为42.5的带筋椭圆紫铜管件。单自由度影响实验表明,侧翻和起皱是带筋管充液压形的两类典型缺陷,消除轴向自由度,可抑制侧翻缺陷的发生,消除环向自由度同时保持环向拉应力状态,有助于消除起皱缺陷。