空间环境下碳纤维/双马树脂基复合材料的性能演化及损伤机理

目的基于碳纤维/双马树脂基(CF/BMI)复合材料在航天结构材料中广泛的应用前景,研究其性能演化及损伤机理,为评估与预测其在空间环境下的服役性能及寿命提供理论依据。方法利用地面试验装置模拟不同的空间环境因素包括真空热循环、质子辐照和电子辐照,利用动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、热膨胀分析、原子力显微镜(AFM)和力学性能测试等手段系统地研究CF/BMI复合材料在空间环境下的性能变化及损伤行为。结果真空热循环能够引发复合材料产生脱气行为与界面脱粘效应,使其横向拉伸强度退化,弯曲强度和层间剪切强度受到热循环初期固化交联作用的影响,呈现先升高后降低的变化趋势。质子辐照导致材料表面层化学键断裂及碳化,使力学性能及热性能受到一定程度的损伤。电子辐照能够引发辐照交联和辐照降解作用,在较高束流量辐照下降解作用占据主导地位成为复合材料力、热性能退化的决定性因素。结论预期研究成果为CF/BMI复合材料在空间环境下的服役性能及寿命的评估与预测提供了必要的理论依据。     

超高温陶瓷改性碳基/陶瓷基复合材料的多尺度构筑与性能研究进展

从复合材料的多尺度结构构筑出发,简述了超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的制备方法及其优缺点。综述了均质和非均质结构超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的结构设计、制备工艺、力学性能和烧蚀性能。提出设计开发低成本、短周期新工艺以及与现有工艺的有机结合以制备出更高综合性能要求的复合材料,是未来的主攻方向。从材料结构设计上,指出未来努力的重要方向。     

基于声发射技术的T700碳纤维/树脂基体界面性能评估

目的 采用声发射技术,对东丽T700碳纤维和2款树脂基体的界面性能进行评估。方法 通过多组单丝拉伸试验,获取T700碳纤维Weibull形状参数m和尺度参数σ₀。使用单纤维断裂方法,利用声发射技术进行监测,选择声发射信号的幅值和能量作为特征,对T700碳纤维和透明的E51环氧树脂及不透明的聚苯硫醚树脂的单纤维断点数量分别进行评估,并与显微镜观察的数量进行对比。结果 获取了T700碳纤维与2种树脂的单纤维断裂声发射信号特征数值。通过声发射监测和显微镜观察法,测量得T700碳纤维与E51环氧树脂的界面剪切强度分别为44.03、46.47 MPa,偏差在5.5%左右。通过声发射技术,测量得T700碳纤维与聚苯硫醚树脂的界面剪切强度达33.43 MPa。结论 使用声发射技术能够准确监测碳纤维/树脂界面中单纤维的断裂信号,为评价纤维和不透明树脂的界面性能提供了有效方法。     

高温真空老化对X2101双马树脂基复合材料结构及力学性能的影响

目的研究高温-真空环境对新型X2101双马树脂基复合材料结构及性能的影响。方法采用管式炉分别在330,350,370,400℃等高温/真空耦合条件下对X2101双马树脂基复合材料层合板进行热老化处理,利用称重法、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、万能试验机和动态热机械分析仪(DMA)等测试手段表征分析老化条件对复合材料的质损率、化学结构、力学性能、动态力学行为的影响。结果复合材料的最高质损率低于4%。在350℃以下,热老化对基体树脂化学结构的影响较小,随着老化温度的升高,储能模量呈现出先增大后减小的趋势;350℃热老化10 h后复合材料的力学性能保持率在65%以上。结论 X2101双马树脂基复合材料是一种性能优良的耐高温结构材料,可用于制造在300℃高温下服役的航空航天结构件。     

苯并噁嗪树脂基复合材料湿热老化性能研究

研究了苯并噁嗪树脂及苯并噁嗪树脂基复合材料的湿热老化性能。采用RTM工艺,制备了苯并噁嗪树脂浇铸体、碳纤维和玻璃纤维增强增强苯并噁嗪树脂基复合材料,采用DSC,DMA,TGA等表征了苯并噁嗪树脂及苯并噁嗪树脂树脂基复合材料的常温干态热性能,分别测试了70℃和120℃的湿热老化性能。结果表明：苯并噁嗪树脂浇铸体、碳纤维和玻璃纤维增强苯并噁嗪树脂基复合材料具有优异的常温干态力学性能。70℃时,部分性能保持率在70%以上;120℃时,部分性能保持率在50%以上。苯并噁嗪树脂及苯并噁嗪树脂基复合材料表现出优异的抗湿热老化性能。     

碳纤维增强尼龙复合材料低温环境适应性试验设计与分析

目的设计碳纤维增强尼龙复合材料低温环境适应性试验,分析低温环境中材料性能变化特征和老化规律,研究该材料在低温条件下的环境适应性。方法选取碳纤维增强尼龙复合材料的冲击强度为主要表征指标,对制备的缺口冲击试样开展-50℃低温试验和寒冷低温气候的自然环境试验,定期测试其冲击强度性能,分析各试验条件下力学性能特征和老化趋势。结果低温条件下碳纤维增强尼龙复合材料会发生明显脆化,表现为冲击强度下降达40%以上,而从低温恢复到常温状态,该材料性能亦会恢复到稳定值附近。结论针对碳纤维增强尼龙复合材料在低温环境下的环境适应性,其低温使用时抗冲击能力会明显下降,出现"脆化"现象,但该材料低温贮存性能较为优异,结合自然环境试验结果,可认为,低温环境下该材料具有较好的环境适应性。     

环境因素对长航时无人机机体结构复合材料的影响

从环境因素对复合材料作用和大展弦比结构影响等方面分析了长航时无人机机体结构复合材料在服役环境中的损伤。结合目前国内外研究现状,扼要叙述了环境因素对长航时无人机机体结构复合材料的影响研究领域当前的主要需求,提出了针对未来研究工作的若干建议。包括应以长航时无人机机体结构典型碳纤维增强树脂基复合材料和涂层体系为主要研究对象,开展跟随无人机的暴露试验和实验室模拟加速试验,研究复合材料在环境和载荷耦合作用下的力学性能变化,确定机体结构典型复合材料的损伤规律等。     

航空用碳纤维增强树脂基复合材料低温环境下弯曲性能变化研究

目的研究航空用碳纤维增强中温固化环氧脂基复合材料单向层压板在低温环境下不同试验方式弯曲性能的变化规律。方法通过改变压头半径、跨厚比、以及压头与试样之间有无塑料薄膜衬垫等试验方式,研究-50℃低温环境下不同试验方法弯曲性能的变化规律。结果低温环境下,不同的试验方式对碳纤维增强树脂基复合材料弯曲性能测试数据的影响有所不同。当使用塑料薄膜衬垫时,会显著降低试样上表面压头部位的应力集中,在低温环境下试样弯曲性能变化最低;当压头半径减小时,低温环境对试样弯曲性能影响最显著。结论如需测量温度对试样弯曲性能的影响,建议选择压头半径较小,无塑料薄膜衬垫,跨厚比L/h为32:1的试验方案。     

短碳纤维增强铝基复合材料的半固态加工

采用M4 0石墨纤维和LY12合金 ,挤压浸渗后半固态下直接充填成形 ,制备了短碳纤维增强铝基复合材料。研究了半固态加工对材料的组织与性能的影响及与固态塑性成形的区别。结果表明 :半固态下加工碳纤维的纤维长度明显高于固态加工。材料强度也有较大的提高     

湿热条件下飞机聚合物基复合材料界面问题研究进展

综述了湿热环境下飞机聚合物基复合材料界面问题近年来的研究成果。分析并总结了湿热环境对复合材料界面的作用机理及对复合材料界面力学性能的影响;详细阐述了一些涉及环境作用的聚合物基复合材料界面理论与试验手段问题;最后提出了存在的主要问题及今后的发展趋势。     

Si(B)CN 陶瓷及其复合材料评价与应用研究现状

总结了近年来Si(B)CN陶瓷及其复合材料评价与应用研究现状。首先介绍了Si(B)CN陶瓷及其复合材料的制备,而后详细综述了Si(B)CN陶瓷及其复合材料在力学性能、氧化行为、烧蚀行为、疲劳与蠕变性能、环境性能等方面的性能评价,并对其应用现状进行了概述。     

Modeling and interpretation of fiber orientation-based failure mechanisms in machining of carbon fiber-reinforced polymer composites

The development and implementation of a microstructure-based finite element model for the machining of carbon fiber-reinforced polymer composites is presented. A new approach to interfacial modeling is introduced where the material interface is modeled using continuum elements, allowing failure to take place in either tension or compression. The model is capable of describing the fiber failure mode occurring throughout the chip formation process. Characteristic fiber length in the chips, and machining forces for microstructures with fibers orientated at 0°, 45°, 90°, and 135° are examined. For model validation purposes, the model-based machining performance predictions are compared to the machining responses from a set of orthogonal machining experiments. A parametric study is presented that identifies a robust tool geometry, which minimizes the effects of fiber orientation and size on the machining forces.     

某型武器复合材料漆层开裂原因分析及试验研究

对某型武器进行环境试验考核时,碳纤维复合材料出现了不同程度的漆层开裂现象,针对这些问题,进行了技术性分析,并进行措施改进。通过确定合理的喷漆环境、表面质量、喷漆工艺及油漆厚度等,某型武器碳纤维复合材料顺利通过环境试验,漆层无开裂现象,取得了良好的效果。     

严酷海洋大气环境下玻璃纤维复合材料腐蚀老化规律研究

目的 研究严酷海洋大气环境下,玻璃纤维增强树脂基复合材料的腐蚀老化规律.方法 通过实海大气环境试验,分析了南海岛礁大气环境下,复合材料暴露不同周期后的腐蚀形貌特征以及力学性能变化规律,建立了腐蚀老化性能预测灰色模型GM(1,1),并与青岛、厦门和三亚等典型海洋大气环境进行对比研究.结果 随暴露时间的增长,南海岛礁大气环境下的复合材料发生严重的纤维裸露,其弯曲强度呈下降趋势,基于弯曲强度建立的灰色模型GM(1,1)精度达到1级;与其他典型海洋大气环境相比,随着纬度的降低,复合材料的弯曲强度呈下降趋势.结论 灰色模型GM(1,1)对复合材料在岛礁等严酷海洋大气环境下的腐蚀老化性能预测精度较高.影响复合材料性能的最主要环境因素为辐照,其次为相对湿度和温度.     

电辅助膜生物反应器体系中Co纳米催化膜处理焦化废水研究

为探究电辅助膜生物反应器（electrical membrane bioreactor,EMBR）处理难降解有机废水的效果、产电性能及抗膜污染性能,以金属有机骨架化合物（metal-organic frameworks,MOFs）为前驱体,通过碳化制备具有高催化氧还原（oxygen reduction reaction,ORR）活性的负载Co纳米颗粒的氮掺杂碳催化剂（Co-NPs）,以碳纤维布作为基体组装Co-NPs/PVDF碳纤维基催化膜,并构建催化膜耦合EMBR体系处理实际焦化废水.考察碳化温度、Co/N协同作用、N掺杂含量及形态对ORR活性的影响,探究了催化膜在EMBR体系中处理实际焦化废水的污染物去除效率、抗污染特性和产能效果.结果表明:①Co-NPs的ORR反应为4电子转移还原途径,还原产物为水.②Co-NPs/PVDF碳纤维基催化膜在微电场下保持稳定的高膜通量.催化膜污染在运行初期符合膜孔堵塞模型,后期表现为滤饼层污染模型控制,膜污染以滤饼层污染为主.微电场可以降低滤饼层比阻,能有效解决膜污染问题.③EMBR体系处理实际焦化废水,COD、TN、NH₄+-N和挥发酚的去除率分别为97.2%、43.8%、82.9%和99.8%.④系统最大产电功率密度为823.8 mW/m3,库仑效率为8.3%.研究显示,以MOFs为前驱体制备的Co-NPs纳米催化剂,以碳纤维布作为基体制备Co-NPs/PVDF碳纤维基催化膜,耦合EMBR体系在焦化废水处理过程中表现出了高效的污染物降解效率、能源转化效率,并且微电场环境可达到抗膜污染效果.      

基于表面活性剂和混凝机理控制陶瓷窑炉黑烟污染的实验研究

针对工业燃煤陶瓷窑炉黑烟难治理的现状,提出了控制黑烟的新方法.在燃煤陶瓷窑炉的烟道中采集沉积炭黑,并分析炭黑物理、化学性质.从改变炭黑的润湿效果、沉降状态入手,通过一系列的正交实验,分析了选取的表面活性剂及混凝剂对炭黑的润湿与混凝作用,筛选出了效果较好的混凝剂与表面活性剂的混合溶液作为去除炭黑的吸收液.对筛选出的混合溶液进行炭黑沉降实验,分析炭黑沉降率得到最佳配方: 100 mmol/L Na₂SO₄+ 1.2 mmol/L SDBS+ 40 mg/L PAM.吸收炭黑后,溶液与炭黑有明显的分层,中间溶液澄清透明,其炭黑的去除率达94.34%.配制吸收液的药品价格便宜且吸收液可以循环利用,可节省药剂和水的用量.