单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法,利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和,解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题.分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量,考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能,并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较.结果表明:单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致;双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能,且二者得到的变化规律一致;湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势,国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系.     

复合材料层板热压工艺参数的分析与优化

在热固性树脂基复合材料热压成型过程中,外加压力和加压时机是决定层板厚度、纤维含量以及孔隙含量的两个主要因素.基于复合材料热压成型过程树脂流动模型,采用遗传算法,根据固化层板纤维体积分数的要求,对单向和正交两种铺层形式的T700/5228和T700/5224层板加压时机进行了分析.以航空航天应用的典型纤维含量为准,对优化得到的加压时机以及不同工艺条件下固化层板内纤维分布特点进行了分析.结果表明,纤维、树脂种类相同,铺层方式不同,加压时机差别很大;纤维种类、铺层方式以及初始和优化目标相同的条件下,不同树脂体系,加压时刻树脂粘度基本相同;层板内纤维分布均匀性主要由纤维层压缩特性决定.采用本文建立优化方法,可以快速地得到满足目标纤维含量要求的加压时机,具有重要的学术价值和工程应用意义,有助于降低成本,缩短复合材料研制周期.     

L形层板真空袋成型缺陷的实验研究

采用真空袋阳模成型法在不同条件下制备了90°的L形玻纤单向布/环氧树脂层板, 对层板不同位置处纤维密实和缺陷状况进行了研究, 考察了成型过程主要工艺条件对缺陷的影响规律。结果表明, 富树脂、 孔隙、 厚度分布不均和纤维屈曲变形是L形层板中主要的缺陷类型, 加压时机、 层板尺寸、 铺层方式以及边界条件对纤维密实和缺陷的形成都有重要的影响。对以上各种缺陷的产生机制进行了初步分析: 剪切流动的存在导致层板厚度分布不均匀而且出现富树脂区; 纤维的屈曲变形是由于轴向受压缩力; 本文实验条件下孔隙的主要来源是夹杂空气。研究结果对热压工艺中缺陷的预测与控制以及工艺参数的优化具有重要的指导意义。      

基于FEPG有限元分析系统的树脂充模过程模拟

为优化复杂预成型体结构的液体成型工艺,基于有限元法/生死节点法模拟了复合材料液体模塑成型过程树脂流动,并针对典型矩形平板、圆板结构、I型加筋壁板充模过程进行了仿真与验证。结果表明:典型矩形平板和圆板结构的充模过程模拟结果与理论解一致性较好,验证了生死节点法跟踪树脂流动前锋的有效性。含有方腔的变厚度圆柱体和正方体三维实体结构的充模过程模拟验证了有限元方法对三维结构的适用性。基于有限元法/生死节点法的液体充模过程模拟方法对于复杂求解区域具有更好适应性,可用于复杂实体结构的液体模塑成型工艺过程树脂流动规律预测、指导模具设计及工艺优化。      

阳离子引发剂对环氧树脂电子束辐射固化的影响

研究了碘Weng盐引发剂对于环氧树脂电子束辐射固化效果的影响。在环氧树脂溶液的辐射反应过程中，反应体系的引发速率和增长速率迅速达到最大值，然后不断减小。随着电子束辐射的进行，加入引发剂的环氧树脂体系温度以较快速度达到一个峰值后回落，并逐渐保持在一个稳定值。引发剂用量增加，环氧树脂辐射固化厚度以及在相同位置的固化度呈现一种先上升后下降的趋势。     

真空压力下树脂沿织物铺层厚度渗透速率

为了考察树脂膜熔渗(RFI)工艺过程中树脂在高温条件下沿织物铺层厚度方向的不饱和渗透特性, 应用自行设计的测试系统, 考察了液体沿织物铺层厚度方向流动前锋的影响因素, 测试并分析了液体沿玻璃纤维铺层厚度方向渗透速率的主要影响因素及其变化规律。结果表明, 液体沿纤维织物厚度方向流动为宏观上的一维流动。 真空压力增大、 树脂温度升高、 纤维体积分数减小, 均可使液体的渗透速率加快。另外, 对比发现, 70℃ E-51 环氧树脂沿玻璃纤维铺层厚度方向的渗透特性与室温下硅油的渗透特性基本相当。      

几种国产高模碳纤维特性实验分析

采用SEM、金相显微镜、AFM、XPS、XRD表征了3种国产（CCM40J,CCM40,CCM46J）和1种进口（东丽M40JB）高模碳纤维的表面特性及结晶结构,并对高模碳纤维与环氧树脂的微观界面及复丝力学性能进行了研究。结果发现:高模碳纤维的表面都存在明显沟槽,但表面粗糙度差异不大,均有圆形、腰果形、椭圆形等截面形状;表面主要含C、O、N、Si 4种元素,M40JB的O/C比和活性碳原子含量都高于国产高模碳纤维;按M40JB、CCM40J、CCM40、CCM46J的顺序,石墨微晶尺寸越来越大,石墨化程度增高,M40JB的取向度最小,CCM46J的取向度最大,而CCM40J与CCM40的取向度相近;表面能大小顺序为M40JB > CCM40 > CCM46J > CCM40J,80 ℃时与环氧树脂E51、固化剂4,4'-二氨基二苯砜（DDS）的树脂体系E51-DDS和4,4'- 二氨基二苯甲烷环氧树脂（AG80）、固化剂DDS的树脂体系AG80-DDS的动态接触角均在35°~50°之间,说明浸润性良好;CCM46J与E51-DDS的界面剪切强度（IFSS）最高,M40JB与AG80-DDS的界面剪切强度最高;国产3种高模碳纤维复丝的拉伸强度和拉伸模量都高于M40JB,其中CCM40J的拉伸强度最高,CCM46J的拉伸模量最高;所测高模碳纤维复丝的压缩强度能达到各自拉伸强度的44%~53%,CCM46J复丝的压缩强度最高。      

三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性

将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。     

不同预载/动载下纤维增强环氧树脂复合材料动态粘弹特性

采用德国GABO 公司的EPL EXOR 500 N 型动态力学分析系统对纤维增强648 环氧树脂复合材料进行测试和分析。该设备与以前使用较多的DMA 相比, 能够在动态力学分析中提供最高达500 N 的载荷。通过改变预载荷和动态载荷的大小、纤维种类以及材料模量, 对纤维增强复合材料进行了动态粘弹性研究。结果表明, 增大预载荷则储能模量增大, 增大动载荷则储能模量减小; 纤维种类对复合材料粘弹性能的影响较小, 而材料模量对粘弹性的影响较大。      

不同纤维堆积状态下饱和渗透率实验研究

通过调节压力控制纤维体积分数, 用单向饱和流动法对纤维层厚度方向的饱和渗透率进行了测定。考察了纤维体积分数随压力的变化规律, 并分别研究了纤维体积分数、纤维层数、铺层方式和纤维种类对渗透率的影响。结果表明, 当纤维体积分数超过某临界值后其值随压力增大的幅度减小。单向和正交铺层时层数变化对渗透率没有影响, 而平纹布渗透率随着纤维层数的增加而减小。此外, 纤维种类的改变对渗透率有明显影响。