PMI泡沫夹层复合材料电性能设计与实验研究

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层复合材料具有优异的宽频透波性能,被广泛用于制备透波雷达天线罩。为了设计满足宽频透波要求的某型天线罩,从复合材料结构原理出发,选择石英纤维增强环氧树脂复合材料为蒙皮,PMI泡沫为芯材的A夹层结构方案,采用三维全波电磁场仿真软件(CST软件)计算比较了不同蒙皮厚度和芯材厚度对A夹层结构透波性能的影响,得到了理论最优结构。进一步的平板试验结果表明,透波率的实际测试值与理论计算结果基本吻合,可见设计的A夹层复合材料结构可满足某型天线罩的宽频透波要求。     

Nomex蜂窝夹层结构共固化技术及静态压缩力学性能研究

利用玻璃钢蒙皮和芳纶纸蜂窝,采用整体共固化的方式,对芳纶纸蜂窝夹层结构的一体化成型技术进行了研究,验证了蒙皮-蜂窝芯子-蒙皮(三明治结构)结构一体化成型的工艺可行性,并制备蜂窝夹层结构。通过比较夹层结构的粘接效果和面外静态稳定压缩测试,结合压缩应力-应变曲线,采用理论分析方法建立了夹层结构屈服强度本构方程。工艺试验和测试结果表明,采用玻璃钢蒙皮和芳纶纸蜂窝所制备的蜂窝夹层复合材料,蒙皮与蜂窝夹芯间胶接质量良好,弹性阶段面外静态稳定压缩强度达到5MPa,具备优异的层间和抗压性能,为其在相关领域的应用提供了一定理论基础。     

FRP透波窗性能设计研究

本研究针对FRP透波窗在使用频段范围实现透波率和结构性能的需求，通过材料选择、透波性能设计、仿真分析和结构设计，采用夹层结构形式，制造了FRP透波窗试验件，进行了结构试验和透波试验。试验结果表明，FRP透波窗的结构设计满足承载和密封性要求，同时在1.0GHz～3.0GHz频段范围内的透波率均大于80%,满足透波性要求。实现了对FRP透波窗的承载、密封和透波的设计要求，可以对内部设备的运行状态实现监测。     

透波材料的优化设计

本文通过常规树脂基体、玻纤织物增强材料和蜂窝芯材等主要原材料之间的优化复合设计,开展单板、三夹层结构和五夹层结构各形式复合材料之间的制作、电性测试与分析,优化设计出了一种新型兼顾电性、力学性能的功能型五夹层复合结构透波材料,满足了高性能舰载雷达宽频带、高透波等电性指标要求,同时还满足了其高比强、刚度的力学指标要求,解决了传统型设计和材料通常无法满足其电性能、强刚度、低成本制作的矛盾。     

Nomex蜂窝夹层复合材料的成型工艺研究

针对Nomex蜂窝填充双马树脂基复合材料夹层结构在固化成型过程中易出现的蜂窝芯边缘塌陷问题进行研究。通过采用不同的成型工艺方法,以及对共固化工艺参数进行调整,研制出相应的双马来酰亚胺树脂基碳纤维/蜂窝夹层结构层板,并且对夹层结构的力学性能、内部质量以及平面拉伸性能进行测试。在此基础上分析了成型压力参数对夹层结构质量的影响。相关工艺试验表明蜂窝芯塌陷的原因主要是固化过程中蜂窝芯边缘的滑移引起的蜂窝局部失稳,通过采取分步成型、蜂窝先胶接后修型的方法能够有效地解决Nomex蜂窝夹层结构填充双马树脂基复合材料结构成型过程中的蜂窝芯塌陷问题。     

一种玻纤/环氧-Nomex蜂窝夹层复合材料制备工艺与性能研究

以玻纤增强环氧预浸料、阻燃环氧结构胶膜和高密度Nomex蜂窝芯通过共固化工艺制备了夹层结构复合材料板,并对其进行了相关性能研究。通过分析预浸料蒙皮和胶膜中环氧树脂基体流变特性,以及研究共固化过程中的固化压力和升温制度对所制备夹层板力学性能的影响关系,制定出了适宜的复合材料成型工艺制度。结合上述研究成果,进一步对采用不同面重胶膜和铺层结构制备出的夹层板进行了性能测试,考核结果表明:胶膜用量的增加可以明显提高Nomex蜂窝夹层板的滚筒剥离强度和长梁弯曲性能,而对平面压缩性能影响较小,但会明显降低复合材料的整体阻燃和烟毒性能;此外,对称铺层结构的材料整体结构稳定性明显优于非对称铺层结构。     

PMI泡沫的耐高温压缩蠕变性能

聚合物泡沫芯材的耐高温压缩蠕变性能对复合材料泡沫夹层结构的共固化成型有重要意义。本文介绍了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫耐高温压缩蠕变性能的研究现状,分析了PMI泡沫耐高温压缩蠕变性能的材料和环境影响因素,最后对可应用于泡沫耐高温压缩蠕变性能测试的几种方法进行了比较。     

共胶接T型加筋壁板模具设计及成型工艺研究

本文选取T型加筋壁板作为典型结构件,研究了热压罐共胶接工艺中成型模具的设计和模具对成型质量的影响。首先针对T型筋条的结构和成型特点,设计了两种模具方案,研究了硬模(金属模具)/硬模、硬模/软模(橡胶模具)两种模具配合方式对筋条成型质量的影响,并进一步研究了筋条、蒙皮的固化顺序对T型加筋壁板共胶接质量的影响。结果表明,T型筋条成型中拐角区的传压及受压均匀性是模具设计中考虑的要点;与硬模/硬模配合方式相比,硬模/软模配合方式可以提高筋条拐角区的受压和密实均匀性,不容易出现因受压不均而在拐角区和填充区产生的纤维褶皱及孔隙缺陷,但是筋条尺寸精度低于硬模/硬模的情况;采用有限元法模拟分析了硬模、软模内部压力分布,发现模拟结果与实验结果基本一致;已固化筋条与未固化蒙皮胶接时,胶接区蒙皮的厚度均匀性不易保证,采用未固化筋条与已固化蒙皮共胶接的方式更容易保证胶接区的质量。本文研究结果对壁板类结构整体化工艺成型质量的控制具有指导意义。     

某型飞机PMI泡沫夹层结构翼梢小翼成型技术研究

以某型飞机PMI泡沫夹层结构翼梢小翼为研究对象,通过对翼梢小翼结构特点和技术难点分析,开展了异形复杂型面硬质泡沫精确加工、弯管类零件成型方案、小翼零件成型工艺方案设计以及胶接夹具工装方案设计等4个方面的攻关研究。结果表明,分步固化成型工艺方案及软硬组合模工装形式合理可行,试验件完全满足相关技术和质量要求,为类似泡沫夹层结构复材制件的制造提供了参考。     

复合材料机载天线罩多学科优化设计

提出一种复合材料机载天线罩多学科优化策略。以满足天线罩透波率为要求,基于等效传输线理论,对天线罩电性能进行分析,找出符合电性能指标的铺层厚度区间,将对透波率的约束转换到设计变量铺层厚度中。在满足透波率要求的前提下,建立了以质量最小为目标,结构刚度强度为约束,罩壁不同方向铺层厚度为设计变量的优化数学模型,以实现天线罩的轻量化设计。以某A-夹层机载天线罩为例进行了优化分析,研究结果表明,优化后的天线罩有显著的轻量化效果和较高的透波率表现,验证了优化方法的可行性。     

碳/环氧复合材料C波段天线反射面研制

简述了碳/环氧复合材料C波段天线的组成,并对天线反射面制造工艺过程、材料选择及特性、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择、产品质量控制等内容进行了研究.结果表明:研制的某型号卫星蜂窝夹层结构复合材料抛物面天线的型面精度可控制在均方差精度为0.16 mm,经多次飞行试验考核,该天线各项指标均达到设计要求.     

极限固化工艺对中温环氧/玻璃纤维复合材料性能的影响

研究了极限固化工艺即高温点工艺B和低温点工艺C对中温环氧/玻璃纤维复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度、滚筒剥离强度和介电性能的影响,并与标准固化工艺A进行比较。结果表明:相比于标准工艺A,SW220A/3218及SW110A/3218层合板的力学性能无明显变化;对于SW280A/3218层合板,在工艺B和工艺C条件下,相对标准工艺A,其弯曲模量变化不大,但工艺B条件下SW280A/3218层合板纬向弯曲强度下降约11%,经向弯曲强度下降约18%,经向和纬向层间剪切强度分别下降约12%和约11%,夹层结构其上蒙皮及下蒙皮的滚筒剥离强度分别下降约7%,13%;相比于标准工艺A,在工艺C条件下成型的SW280A/3218层合板,纬向弯曲强度下降约14%,经向弯曲强度下降约16%,纬向层间剪切强度变化不大为66.62 MPa,而经向层间剪切强度下降约8%,夹层结构上蒙皮及下蒙皮的滚筒剥离强度分别下降约25%,31%;极限固化工艺条件对层合板的介电性能没有影响;SW280A/3218、SW220A/3218及SW110A/3218层合板在3种工艺条件下的性能均能满足Q/ZHFC 8246—2015标准要求。     

复合材料U形混杂夹层结构固化变形及控制研究

本文以复合材料U形混杂夹层结构为研究对象，通过固化变形仿真模型建立、求解和试验件制造，初步得出零件固化变形规律。将固化变形仿真模拟的结果作为成型工装设计依据，并制造的试验件，试验件型面合格点数由36.36%提高至88.41%,证明基于试验数据修正固化变形仿真模型的参数及变形预测方法适用于U形混杂夹层结构。按照本文中的固化变形补偿方法进行成型工装设计，可以实现对零件的固化变形控制，从而减少试模次数和降低工装返修率，大大降低制造成本。     

中温固化环氧预浸料的综合性能研究

为提高预浸料在无人机上的国产化应用,对自制中温固化EP(环氧树脂)体系及其预浸料进行了综合性能研究。试验主要通过对基体及复合材料样件进行部分性能测试,采用DSC(差示扫描量热)法对基体进行了T_g(玻璃化转变温度)测试,采用24 h水煮试验方法对复合材料样件进行吸水率测试。研究结果表明:EP基体及预浸料制作的样件具有良好的综合力学、耐湿热性能和韧性特征;其中基体样件弯曲和压缩强度在130 MPa以上,各模量均在3.0 GPa以上,T_g值约142℃,样件断裂破坏具有明显的韧性特征;在0.7 MPa压力下,热压罐成型的各类复合材料样件经24 h水煮后吸水率皆在3%以下,UD(单向碳带预浸料)样件的0°弯曲强度约1 826 MPa,0°弯曲模量约139 GPa,层间剪切强度约80 MPa。     

双曲率、高性能天线罩的研制

主要介绍了蜂窝夹层结构的双曲高性能雷达天线罩选用的材料体系、成型工艺和制造技术,着重论述了模具结构的选择、蒙皮的装配和下料问题.研制的天线罩较好地通过了力学、电学性能测试和无损检测.     

成型压力对自粘性预浸料复合材料性能的影响

本文通过试验比较了ACG公司以MTM-28为树脂基体的几种预浸料经热压罐固化成型与烘箱真空固化成型层压板或蜂窝夹层结构面板试样的力学性能,验证了该类预浸料适用于两种固化工艺条件的规范是适当的.     

双马来酰亚胺/碳纤维蜂窝夹层结构孔隙优化

双马来酰亚胺(BMI)树脂/碳纤维(CF)预浸料作为蒙皮结构与芳纶纸蜂窝芯共固化工艺既要控制蒙皮的成型质量,又要控制蜂窝与蒙皮的黏接质量,同时蜂窝芯零件的耐压较小,因此针对共固化工艺过程中经常出现的孔隙问题进行研究。通过对孔隙数学模型进行分析,基于BMI树脂预浸料高挥发分和高流动的特性,对成型过程中预浸料铺层数、袋内真空压力、预浸料树脂含量调节不断优化。以无损检测和金相分析为手段,分析了成型工艺过程中的影响因素。研究发现,BMI/CF预浸料在蜂窝夹层结构中的孔隙率与铺层层数、袋内真空压力和BMI树脂含量有关。孔隙的产生主要是由于挥发分在预浸料和胶膜界面处的浓度差异引起的,当预浸料铺层层数≤10层时,蜂窝夹层件孔隙<1.5%;当预浸料铺层层数>10层时,蜂窝夹层件孔隙>1.5%。通过吸胶工艺及调节袋内真空压力能够有效地降低蜂窝夹层结构中的孔隙含量。     

3D打印连续芳纶纤维/聚乳酸波纹夹层结构复合材料的压缩性能研究

以连续芳纶纤维(Kevlar)为增强体,热塑性聚乳酸(PLA)为基体,采用熔融沉积成型(FDM)工艺,设计并制备了一体成型的Kevlar/PLA波纹夹层结构复合材料。研究了Kevlar/PLA波纹夹层结构复合材料在压缩载荷下的断裂模式,分析了结构参数、工艺参数对试样的压缩性能和结构密度的影响。结果表明,随着芯层波纹数量的增加,试样的压缩性能与结构密度均呈增大趋势;随着芯层波纹高度的增大,试样的压缩强度先增大后减小,结构密度不断减小;随着打印层高的增大,试样中的纤维体积含量不断减少,试样的压缩强度略有下降。     

夹层结构天线罩的低成本制造工艺

随着复合材料技术的发展,天线罩原材料的低成本化与成型工艺的低成本化是天线罩设计、生产的方向。本文对夹层结构天线罩的原材料进行了优化选择及性能测试,采用无溶剂湿法预浸料和真空袋压法制造了雷达夹层结构天线罩。通过对天线罩进行电性能及环境适应性测试,制造的天线罩满足产品设计使用要求。采用湿法预浸料的低压成型夹层结构天线罩工艺可以大幅度降低主材费用,在加工成本相仿的条件下较传统的干法预浸料/PMI芯材天线罩成本降低超过50%,与蜂窝夹层结构天线罩制造成本相比总成本降幅可达70%,具有较好的经济效益,可在各类地面雷达天线罩的生产制造中推广应用。     

高速列车用PMI泡沫力学性能研究

本文对车用复合材料夹层结构用PM I泡沫ROHACELL71S进行了拉伸、压缩、剪切试验。试验表明,ROHACELL71S泡沫的性能优于AIREX R82.80,能满足高速列车车体夹层结构用泡沫的要求。