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。     

国产T800级碳纤维/聚酰亚胺复合材料耐环境性能研究

选用新一代国产T800级碳纤维增强耐高温聚酰亚胺树脂预浸料,通过热压罐工艺制备聚酰亚胺复合材料。采用酸性盐雾、湿热环境对复合材料进行老化处理,研究复合材料的典型力学性能变化;另外,采用蒸馏水、航空燃油、航空润滑油、人工海水4种液体环境对复合材料进行常温1000 h浸泡处理,研究浸泡前后室温、280℃下复合材料力学性能的变化。结果表明：酸性盐雾处理对层间剪切性能影响明显,达13.4%,对其他力学性能影响均在5%以内;湿热处理未对力学性能造成明显损伤;4种液体环境浸泡处理后,蒸馏水、人工海水浸泡对常温层间剪切性能造成轻微损伤,性能下降约7%,高温面内剪切性能损伤不明显;常温层间剪切性能损伤较小,均在5%以内,高温层间剪切性能损伤增加,蒸馏水、人工海水浸泡后的损伤达到10%;常温开孔压缩性能损伤较小,在3%以内,高温开孔压缩性能损伤增加,蒸馏水、航空燃油、人工海水浸泡后的损伤超过10%。     

原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料损伤与修复研究

基于热塑性复合材料易修复的特性,开展了碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基复合材料修复技术研究。研究了工艺温度、压力和时间对复合材料力学性能的影响规律。结果表明：在200℃、0.75 MPa压力下保持10 min可以获得优化的复合材料力学性能。引入低速冲击损伤,使用热压修复工艺修复碳纤维增强PMMA基复合材料的损伤。通过X射线断层扫描测试、超声波无损检测技术和断面摄像方法评估了此复合材料的损伤行为和修复效果。结果表明：低速冲击对碳纤维增强PMMA基复合材料的损伤分为低变形量区域的纵向开裂与分层和高变形量区域的纤维断裂与基体失效的混合模式。碳纤维增强PMMA基复合材料损伤试样经过热压修复后,损伤外形恢复良好,损伤区域大小显著减少,内部的开裂和分层等损伤恢复良好,复合材料压缩强度从140 MPa恢复至263 MPa,达到未损伤复合材料压缩性能(307 MPa)的85.7%。     

碳纤维/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碳纤维/双马树脂复合材料,并采用空气炮冲击装置、超声水浸C扫描探伤装置和万能材料试验机等测试手段,研究碳纤维类型和碳纤维体积分数对复合材料层板抗高速冲击性能的影响.结果表明:与CCF300碳纤维、CCF700碳纤维和CCF800H碳纤维相比,TZ1000G碳纤维复合材料抗高速冲击性能最优;碳纤维体积分数越高,复合材料层板抗高冲击性能越高;碳纤维复合材料的破坏模式与冲击速率有关,冲击速率较低时,复合材料层板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,背弹面出现撕裂断口.     

航空用国产碳纤维/聚酰亚胺复合材料耐环境老化性能北大核心CSCD

选用国产T800级碳纤维和聚酰亚胺(PI)树脂通过RTM工艺制备了聚酰亚胺复合材料。采用酸性盐雾、湿热环境对复合材料进行老化处理,另外采用润滑油、燃油、蒸馏水、人工海水常温浸泡复合材料1000 h,研究复合材料的耐热及典型力学性能变化。结果表明:酸性盐雾处理后材料的弯曲和层剪性能小幅降低,开孔拉伸性能无变化,开孔压缩性能显著降低,耐热性能轻微降低。湿热处理对开孔拉伸性能无影响,开孔压缩性能及耐热性能轻微降低。液体浸泡后复合材料的面内剪切强度和模量均有所降低,对室温面内剪切性能的影响大于高温性能,层间剪切性能未明显降低,开孔压缩性能轻微下降。润滑油浸泡造成耐热性轻微降低,其余液体浸泡未造成耐热性下降。结合上述结果认为该聚酰亚胺复合材料的耐环境性能良好。     

碳纤维高温退浆处理对聚酰亚胺复合材料热老化的影响

分别从复合材料热氧化失重、表面和微观形貌、力学性能和玻璃化转变温度等方面，对比研究了碳纤维退浆和未退浆两种状态的聚酰亚胺复合材料在330℃下热老化过程中的性能变化规律及机理。结果表明：碳纤维退浆可以降低聚酰亚胺复合材料的热氧化失重率。碳纤维未退浆的复合材料由于界面层含耐温性低的环氧上浆剂，在热老化过程中界面容易破坏，导致裂纹较多，边缘纤维较快发生脱离。未退浆的复合材料虽然在老化前具有较高的层间剪切强度，但在热老化前期降低较快，退浆的复合材料在200 h老化后层间剪切强度反而更高。两种复合材料老化前的弯曲强度基本相当，但未退浆的复合材料在老化前期弯曲强度下降较快；退浆对弯曲模量影响不大。退浆后的复合材料玻璃化转变温度提高了15℃左右；经热老化后，未退浆的复合材料玻璃化转变温度略有提高，而退浆的复合材料基本不变。因此，对碳纤维进行高温退浆处理有利于提高聚酰亚胺复合材料在高温下长期使用的稳定性。     

两步法回收碳纤维增强高温环氧树脂复合材料的研究

以碳纤维/高温环氧(CF/HTEP)预浸料为原料，采用两步高温热分解方法裂解回收碳纤维增强高温环氧树脂复合材料中的碳纤维。第一步将CF/HTEP预浸料样品在不同温度的氮气保护下进行热分解；第二步将第一步处理过的样品在600℃空气中热分解处理。通过分析天平称量热分解前后样品的质量变化，计算基体树脂分解率；采用电镜观察不同样品的表面形貌；采用单丝拉伸性能测试回收碳纤维的力学性能。结果表明，通过两步高温热处理方法能够使基体树脂完全分解，获得表面质量良好的回收碳纤维；在850℃氮气中热处理120min,再在600℃空气中处理20min获得的回收碳纤维力学性能最好，拉伸强度保留90.4%。     

工艺因素对RTM成型聚酰亚胺复合材料性能的影响

采用低熔体粘度适用于液态成型的聚酰亚胺树脂研究了树脂传递模塑（RTM）工艺中树脂注射压力、注射流速、固化温度对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料性能的影响，以确定最佳的成型工艺参数。结果表明，随着注射压力增大，复合材料的玻璃化转变温度下降，层间剪切强度提高，弯曲强度略有提升。随着注射流速增加，复合材料玻璃化转变温度不变，层间剪切强度和弯曲强度降低。随着固化温度升高，复合材料的玻璃化转变温度升高，但固化温度达到400℃时，层间剪切强度和弯曲强度明显降低。根据树脂工艺性，综合考虑复合材料内部质量、耐热性和力学性能，采用注射压力1.2 MPa，注射流速15 mL/min以及固化温度380℃的成型工艺较优。