复合材料胶接修理层合板拉伸性能及影响参数

胶接修理是效率较高、应用较广的复合材料结构修补技术。对采用不同参数进行挖补和贴补修理的复合材料层合板的拉伸性能进行实验研究。结果表明:挖补修理实验件的强度恢复率约为66%~91%,贴补修理实验件的强度恢复率约为44%~61%。在挖补修理实验件中,减小挖补斜度、采用双面挖补、使用热压罐固化,在贴补修理实验件中,采用双面贴补、增大补片尺寸,均可得到更高的强度恢复率。在实验基础上建立的有限元模型,能够有效预测实验件的失效载荷、破坏模式,并可分析实验件的应力分布和渐进损伤过程,为设计修理方案提供参考。     

复合材料层压板单面贴补修理建模分析研究

胶接修理技术是一种优质、高效、低成本的结构修理技术.针对复合材料层板的胶接贴补修理进行计算模拟分析,并与实验结果相对比.采用ABAQUS有限元软件对层压板的损伤板和单面贴补修理板进行有限元建模,分析修补前后的应力分布情况,计算出失效强度与完好板进行对比,得出修补后的强度恢复率.     

耐高温异构聚酰亚胺树脂及其复合材料

采用改性的单体反应物聚合法(MPMR)合成了一系列低黏度、耐高温异构聚酰亚胺树脂, 研究了树脂预聚物分子质量对树脂的高温流变行为、固化后热氧化稳定性的影响, 并对树脂的分子结构及其复合材料的加工工艺性能、力学性能进行了表征。结果表明: 树脂预浸液常温储存期大于两个月, 亚胺化后PI-2纯树脂最低黏度为154 Pa·s, 固化后树脂质量损失5%的温度大于560 ℃; 石英纤维/PI-2树脂基复合材料在室温和500 ℃的弯曲强度分别为917、197 MPa, 弯曲模量分别为29、22 GPa, 拉伸强度分别为760、341 MPa, 拉伸模量分别为32、31 GPa, 压缩强度分别为570、95 MPa, 层间剪切强度分别为62、10 MPa。      

炭纤维/ 环氧复合材料单面修补中心裂纹铝合金板的静态和疲劳特性

利用真空袋压工艺, 采用单向炭纤维复合材料补片对中心裂纹铝合金板进行了单面胶接修补。测试了复合材料修补板的静态拉伸强度及修补板在拉拉疲劳过程中的裂纹扩展、界面脱粘和剩余拉伸强度等疲劳性能。结果表明, 复合材料补片胶接修补能有效地提高裂纹板的破坏强度和刚度, 降低裂纹板的疲劳裂纹扩展速率, 提高其疲劳寿命。裂纹板经单向炭纤维/ 环氧复合材料补片修补后, 其破坏强度从311. 48 MPa 提高到364. 74 MPa ,疲劳寿命从32217 次提高到77546 次。疲劳导致修补结构的粘接界面脱粘, 脱粘区域近似椭圆形; 脱粘面积随疲劳周次的增加而增加, 且增加的幅度与疲劳周次相关。      

新型含硅氧烷液体环氧树脂的合成与表征

以四甲基二乙烯基二硅氧烷和间氯过氧化苯甲酸为原料,通过一步氧化反应制备了1种新型含硅氧烷液体环氧树脂(SiO-EP).采用核磁、红外和质谱对该环氧树脂的结构进行了表征.采用示差扫描量热法(DSC)和热失重法(TGA)对SiO-EP/PN固化物进行了热性能分析,发现该树脂的玻璃化转变温度Tg为81℃,N2条件下700℃时燃烧残炭率高达62%.拉伸和弯曲测试表明该树脂具有良好的力学性能,其拉伸强度和弯曲强度分别为72MPa和103MPa.     

铝合金裂纹板的阳极化处理与复合材料补片胶接修理效果

采用磷酸阳极化方法对胶接修理铝合金裂纹板的粘接表面进行了处理,并用单向碳纤维/环氧复合材料补片对铝合金进行了修补.测试了阳极化铝合金的粘接性能、修补结构的静态力学性能和疲劳性能,考察了粘接表面的阳极化处理对修补结构的静态力学性能和疲劳性能的影响.结果表明,磷酸阳极化在铝合金表面形成多孔膜,复合材料补片修补胶接时胶粘剂能渗透进入阳极化铝合金表面的多孔膜,在粘接界面上形成一层过渡层,该过渡层的形成能有效提高其与复合材料的粘接性能,其粘接副的拉剪强度提高了104%;铝合金裂纹板胶接修理前的粘接表面的阳极化处理能大幅度地提高修复结构的静态强度和疲劳寿命,当用单向碳纤维/环氧复合材料补片单面修补时,修补结构的破坏强度为418.13MPa,恢复到完好板的93.42%;修补结构的疲劳寿命相对裂纹板延长了1.42倍,比未阳极化的修补板的疲劳寿命增加了27.59%.修补前的阳极化处理也使修补结构在一定周次疲劳后的剩余强度有所提高.     

修理工艺对边缘封闭蜂窝夹层结构弯曲性能的影响EI北大核心CSCD

采用四点弯加载方式研究含损伤的边缘封闭蜂窝夹层结构修理后的弯曲性能,同时分析损伤直径、损伤类型和修理设备对修理板弯曲性能的影响。结果表明:所有修理板的抗弯强度恢复率基本处于90%以上;热压罐固化比热补仪固化效果稍好;胶接质量好的前提下,损伤大小对修理效果没有影响,然而损伤越严重,对胶接质量的要求就越高;修理后结构中央的抗弯强度恢复率比结构边缘损伤的高。     

聚丙烯腈基预氧丝毡复合材料的力学性能研究

为了制备拉伸和弯曲性能良好的聚丙烯腈基预氧丝毡/环氧树脂复合材料,研究了聚丙烯腈基预氧丝毡含量和固化温度对复合材料拉伸和弯曲性能的影响,优化出力学性能最佳的聚丙烯腈基预氧丝毡/环氧树脂复合材料制备方法,并拍摄了复合材料拉伸断口的SEM图像.研究表明:当聚丙烯腈基预氧丝毡含量为15%时,其纵向和横向的拉伸断裂载荷达到最大值,分别为1 643.73和1 235.72 MPa;同时纵向和横向弯曲强度也达到最大值,分别为64.39和53.06 MPa;复合材料的SEM图像显示,纵向拉伸断口处有少量裸露纤维,其分布方向与针刺毡铺网方向一致.     

复合材料胶结修补缺损金属结构的力学性能研究

进行了未修补与复合材料胶结修补的含穿透性裂纹金属试样的力学性能实验,测定了失效载荷,并分析了失效机理;采用实体层单元模拟复合材料补片和胶层,建立了复合材料胶接修补缺损金属结构的三维有限元分析模型,数值模拟了两种试样的载荷-位移曲线和应力分布,预测了破坏位置,与实验现象吻合良好。研究发现,与未修补的试样相比,经复合材料修补后的缺损结构承载能力得到明显提高。     

先驱体转化法制备2D Cf/SiC-Cu复合材料及其性能

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出在Cf/SiC体系中引入Cu,通过Cu发汗降低材料表面温度以提高材料的抗烧蚀性能.采用先驱体转化法制备了铜体积分数分别为2.18%、4.86%和6.53%的新型复合材料,同时考察了其力学性能和烧蚀性能.结果表明,随着铜含量的增加复合材料试样的弯曲强度逐渐下降,分别为261.07 MPa、203.61 MPa、164.91 MPa;试样的断裂韧性也逐渐下降,分别为13.4 MPa·m1/2、12.5 MPa·m1/2、11.8 MPa·m1/2.三种复合材料试样在氧乙炔焰烧蚀30 s后,试样结构均保持完整,弯曲强度分别下降到121.16MPa、140.23 MPa、122.87 MPa,质量烧蚀率分别为0.036g/s、0.050g/s、0.064g/s.与其他喉衬材料相比,2D Cf/SiC-Cu材料密度低、力学性能和抗烧蚀性能好,具有良好的应用前景.     

非等温DSC法研究复合材料用环氧树脂的固化反应

采用非等温DSC研究了一种复合材料用环氧树脂体系的固化反应。采用n级反应模型和Malek等转化率法确定了固化反应动力学方程,通过外推法优化其固化工艺,测试优化后工艺下制备的树脂浇铸体的固化度和力学性能。结果表明,n级反应模型与实验值差别较大;采用Malek等转化率法判断固化反应按自催化反应机理进行,在2.5～15℃/min升温速率下,自催化模型计算曲线与实验曲线吻合较好;优化确定其固化工艺为70℃/2h+110℃/2h,在该工艺下制备的浇铸体固化度达98.51%,拉伸强度和弯曲强度分别为75.11MPa和128.10MPa。     

端氨基液体丁腈橡胶/环氧树脂绝缘胶黏剂的制备与性能EI北大核心CSCD

介绍了一种端氨基液体丁腈橡胶(ATBN)增韧改性环氧树脂(EP)的绝缘胶黏剂;借助红外光谱表征胶黏剂固化前后的分子结构变化;通过拉伸与T剥离强度测试表征胶黏剂的黏接性能,借助弯曲与冲击强度测试及冲击断面扫描电镜照片进一步解释胶黏剂的黏接特性;通过击穿场强、体积电阻率以及介电性能测试考核胶黏剂的绝缘性能。研究发现,ATBN分子结构中的活性基团参与了胶黏剂的固化反应;当ATBN添加量为EP的20%时,胶黏剂的拉伸和T剥离强度达到4.92 MPa和9.87 N/mm,分别较纯EP体系提高77%和98%;在此添加量下弯曲强度为113 MPa,冲击强度为18.73kJ/m^2,体积电阻率为1.54×10^(14)Ω·m,击穿场强为25 kV/mm,工频下介电常数为4.53,介电损耗为0.0148。     

一种复合材料修补用树脂的研究

研发了以多官能环氧树脂为主体,脂环胺为主要固化剂的66℃固化双组分复合材料修补树脂体系.通过液体丁腈橡胶增韧,使树脂在保留原有低黏度和相对高玻璃化温度的同时,提高了常温性能,基本上克服了多官能团环氧脆性大、室温和低温性能较差的缺陷.用修补树脂制作补片形成贴补修复试样,按照国际航空复合材料修补标准测试了试样的基本性能,对...     

基于图像处理的碳纤维增强树脂基复合材料固化压力-缺陷-力学性能建模与评估

利用热压罐成型工艺制备了不同固化压力条件下的碳纤维增强树脂基复合材料层合板,分析了超声相控阵C扫描图像与微观缺陷的对应关系,研究了固化压力、孔隙缺陷及力学性能之间的关联规律。结果表明：利用超声C扫描图像差异能够表征孔隙等缺陷含量,在本实验条件下,固化压力由0 MPa提高到0.6 MPa,复合材料孔隙率降低96.7%,拉伸强度（TS）和层间剪切强度（ILSS）分别提高56.1%和68.8%。在此基础上,对不同固化压力条件下制备的复合材料层合板的超声相控阵C扫描图像进行图像处理并定义成型质量指数,实现了基于C扫描图像对孔隙缺陷的定量表征。最后,通过对孔隙缺陷检测、力学性能测试及图像定量化评价结果进行数学拟合,建立了基于图像处理的固化压力-缺陷-力学性能之间的数学关联模型（CPDMP模型）,并给出了成型质量指数阈值为81%,及可接受的孔隙率应不高于1.1%,相应的固化压力应不低于0.35 MPa。     

紫外光辐射固化共混改性环氧树脂复合材料的力学和热老化性能

利用湿法手工铺叠工艺和紫外光固化技术,制备以双酚A环氧树脂E-44与有机硅环氧树脂ES-06共混改性光敏树脂体系为基体的玻璃布增强复合材料,测试并分析比较了复合材料的力学和热老化性能.结果表明,在光敏树脂基体中加入链转移剂以及对光固化后的复合材料进行加压后固化处理,均能显著提高复合材料的性能.采用E-44与ES-06质量比为2:1的共混改性树脂体系制备的复合材料的力学性能和耐热老化性能最佳,其拉伸强度达到146.6 MPa,拉伸模量为19.4GPa,弯曲强度为152.5MPa,层间剪切强度达到16.2 MPa.     

基于纳米压痕法的民机复合材料胶接维修界面微区力学性能研究

胶接维修是民机碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结构的重要维修方式,而胶接界面微观结构及微区力学性能几乎决定了胶接维修效果及耐久性。以共固化胶接维修试样为基础,以维修试样的界面微区为研究对象,采用扫描电镜(SEM)对界面微区形貌进行分析;采用纳米压痕仪对界面微区的微观力学性能进行测试,主要表征界面微区不同位置的微观硬度、模量及加载-卸载曲线。研究结果表明,胶接维修界面存在过渡区域,其宽度约为2μm;维修母体与补片中纤维的微观力学性能并无太大差异;但由于固化成型工艺不同(母体为热压罐工艺,补片及胶膜为真空袋工艺),母体树脂的硬度与弹性模量略高于补片树脂。     

端氨基液体丁腈橡胶/环氧树脂绝缘胶黏剂的制备与性能

介绍了一种端氨基液体丁腈橡胶(ATBN)增韧改性环氧树脂(EP)的绝缘胶黏剂;借助红外光谱表征胶黏剂固化前后的分子结构变化;通过拉伸与T剥离强度测试表征胶黏剂的黏接性能,借助弯曲与冲击强度测试及冲击断面扫描电镜照片进一步解释胶黏剂的黏接特性;通过击穿场强、体积电阻率以及介电性能测试考核胶黏剂的绝缘性能。研究发现,ATBN分子结构中的活性基团参与了胶黏剂的固化反应;当ATBN添加量为EP的20%时,胶黏剂的拉伸和T剥离强度达到4.92 MPa和9.87 N/mm,分别较纯EP体系提高77%和98%;在此添加量下弯曲强度为113 MPa,冲击强度为18.73kJ/m~2,体积电阻率为1.54×10~(14)Ω·m,击穿场强为25 kV/mm,工频下介电常数为4.53,介电损耗为0.0148。     

不同增强材料增强苄基化麦草复合材料的研究

以麦草苄基化产物为基体,分别以球磨胡桑枝条木粉、膨润土、凹凸棒土分别为增强材料进行共混制备复合材料,探讨增强材料与麦草苄基化产物基体的质量比对复合材料力学性能的影响。实验结果表明,复合材料的力学性能要比麦草苄基化产物的力学性能强,其拉伸强度和弯曲强度随增强材料在材料中质量分数的增加,先增加后降低。在3种增强材料中,木粉的增强效果最好,拉伸强度和弯曲强度最大分别达28.6MPa和42.8MPa,增幅分别为27.11%和32.10%。     

玻璃纤维/环氧树脂复合材料的微波固化行为及力学性能

采用微波固化技术,对玻璃纤维/环氧树脂复合材料进行固化试验研究,运用红外测温方法、差示扫描量热仪、力学拉伸试验机和扫描电子显微镜等试验手段分析其固化行为及微观形态,对固化试样进行了力学性能测试,并与热固化试样进行了对比。研究结果表明,微波固化能显著提高固化反应速率,相比热固化缩短了78%的固化时间;微波固化复合材料具有比热固化复合材料高的玻璃化转变温度(Tg);微波固化试样的拉伸强度能达到热固化试样的85%,而面内剪切强度却要高于热固化试样约5%。扫描电镜分析表明微波固化试样树脂基体与纤维的粘接情况要稍好于热固化试样。     

防火玄武岩纤维中空织物复合材料的制备及性能

采用手工铺料法制备了水性无机硅树脂/玄武岩纤维中空织物复合材料，在其表面涂覆防火涂料，三次固化制备出防火玄武岩纤维中空织物复合材料。采用电子万能试验机、氧-乙炔烧蚀试验机、热重分析仪表征了复合材料的力学性能、阻燃性能和耐高温性能。详细考察了防火涂料用量和固化工艺对复合材料力学性能和阻燃性能的影响，研究了材料的结构和耐高温性能。结果表明：防火涂料用量为14.5%,第一次固化温度80℃/固化时间5h,第二次固化温度120℃/固化时间4h,第三次固化温度120℃/固化时间1.5h,在上述固化工艺条件下复合材料的力学性能和耐烧蚀性能较好；其拉伸强度、弯曲强度、质量烧蚀率分别为34.97MPa、60.36MPa、61mg/s;复合材料热失重15%的温度为683.9℃;防火涂料的涂覆有助于提升复合材料的耐高温性能。