5428/T700体系成型“T”型长桁工艺研究

针对飞行器复合材料常用蒙皮和长桁结构,利用5428/T700体系采用胶接共固化工艺整体成型了"T"型长桁。通过长桁外形、厚度及内部质量的检测,分析了工艺过程中模具选型、预吸胶工艺、结构预成型和固化组装对零件质量的影响。结果表明,模具组合方案、单向材料填充量通过与长桁结构中R角的关联影响热压罐压力传递,升温至130℃和加压0.3MPa作为5428/T700预吸胶参数能保证预浸料排胶,采用中温固化硅橡胶作为边缘封挡材料能够减少分层缺陷,5428/T700体系可用于复杂复合材料结构成型。     

吸胶膜对复合材料构件固化过程中树脂流动行为的影响

热固性树脂基复合材料构件成型过程中的树脂流动行为决定了其最终成型后的纤维体积分布情况,严重影响构件的最终成型质量。而吸胶膜作为预浸料中的多余树脂流出构件后的吸收载体,其材料特性对树脂的流动过程起主导作用。以吸胶膜为关注重点,基于AS4/3501-6复合材料体系,建立了厚截面复合材料构件在热压罐中固化压实的仿真模型,模型包括了固化反应、热传导和紧密压实三个模块。模型与实验中构件的压实情况对比,验证模型的可行性。通过模型计算结果研究了吸胶膜的孔隙率、渗透率及厚度等关键参数在压力、温度等工艺条件的协同作用下对树脂流动行为的影响规律。结果表明:吸胶膜的孔隙率和厚度作为吸收树脂载体的空间度量,对构件的最终压实厚度起主要作用;吸胶膜的渗透率通过树脂流动速度影响固化压实过程,渗透率过小时,构件的压实厚度明显减小。     

耐高温树脂的固化动力学分析及其力学性能

本文对一种耐高温环氧树脂体系进行了固化动力学研究,计算出该树脂体系的活化能为70.62kJ/mol、反应级数为0.93,并得到该体系的反应速率常数方程和动力学方程式,确定了树脂体系的固化工艺。还制备了T700碳纤维单向板,并对其力学性能进行测试。结果表明,该树脂体系具有优良的耐热性（树脂固化物的Tg达到218℃）、反应活性高,适用于快速成型固化工艺,其复合材料具有良好的力学性能。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性,分析了该固化体系浇铸体的性能;并以碳纤维(T-700S)为增强材料,采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-3/T-700S复合材料,研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能,并对弯曲断面进行分析。研究结果表明,WBS-3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好,适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺;由此制得的WBS-3/T-700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能,其弯曲强度为1434MPa,拉伸强度为1972MPa,剪切强度为76.1MPa,玻璃化温度(Tg)超过210℃;该WBS-3/T-700S复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。     

5428/T700复合材料的耐湿热性能

5428树脂是一种高韧性改性双马树脂，通过对5428／T700复合材料的吸湿率、不同吸湿条件下的玻璃化转变温度（Tg）及高温湿态学性能进行研究，结果表明5428／T700复合材料的饱和吸湿率仅为0．82％左右，温、湿度对其Tg的影响较小，故体系具有良好的耐湿热能力。     

QC方法提高复合材料制件质量的研究

运用质量控制(QC)方法,开展以5428/T700体系复合材料"T"型长桁制件质量提高为目标的对策研究。针对统计结果中较突出的长桁分层缺陷和厚度超差问题,全面分析了主要影响因素,并提出了有效对策。结果表明,通过量化单向材料填充量和选用硅橡胶作为边缘封挡材料改进措施,能够消除长桁下缘条分层缺陷;通过改进预吸胶和固化组装方案,厚度超差问题得以有效解决。指出QC方法是提高复合材料制件质量的有效分析方法。     

厚截面复合材料固化温度不均匀性对力学性能的影响

通过对厚截面复合材料层合板不同部位设置隔离膜与热电偶的方法来测试厚截面复合材料在固化过程中沿厚度方向的温度分布。采用横向拉伸和短梁剪切测试手段,研究了厚截面复合材料制件固化过程中沿厚度方向的温度不均匀性对力学性能的影响规律,并通过扫描电子显微镜(SEM)分析了层合板力学性能测试后的断面微观形貌。结果表明,厚截面复合材料固化过程中沿厚度方向存在明显的温度梯度,随着温差的增加,拉伸强度、层间剪切强度力学性能呈下降趋势。以上层合板为参考对象,当层合板沿厚度方向温差为20.6℃时,其横向拉伸强度相差7.4%,层间剪切强度相差6.8%;当层合板沿厚度方向温差为10.2℃时,其横向拉伸强度相差3.8%,层间剪切强度相差3.4%。这是由于固化温度过高,树脂与碳纤维界面的结合强度降低。该研究为厚截面复合材料制件热压罐成型过程中温度场均匀调控的必要性提供了重要的实验依据及理论参考。     

改性双马树脂/碳纤维复合材料体系耐湿热性能研究

对5428/T700复合材料的吸湿率、不同吸湿条件下的玻璃化转变温度及高温湿态力学性能进行了研究。结果表明,5428/T700体系具有较低的吸湿率,经70℃去离子水水煮72 h,吸湿率为0.5%,饱和吸湿率(水煮360 h)为0.8%。而且随着复合材料吸湿量的增加,其Tg下降缓慢;5428/T700复合材料在干态170℃下的弯曲性能和层间剪切性能保持率在70%以上,在湿态150℃下的弯曲性能和层间剪切性能保持率在50%以上;5428/T700复合材料在湿态150℃下的开孔压缩强度保持率在80%以上。     

不同双马树脂制备预浸料对复合材料单向板力学性能的影响

采用热熔预浸技术,对TR525型树脂和改性BMI型树脂制备了两种规格的东丽T700预浸料,测试了预浸料的物理性能,并且用DSC法测出了两种树脂的固化曲线,确定了树脂的固化制度。对东丽T700/TR525型预浸料和东丽T700/改性BMI型预浸料分别制备了复合材料单向板,对单向板力学性能进行了测试。结果表明,东丽T700/改性BMI型复合材料单向板0°拉伸强度、90°拉伸强度和层间剪切强度比东丽T700/TR525型复合材料单向板分别高出15.00%、87.39%和27.72%,达到了2391.22MPa、24.38MPa和84.86MPa。     

电子束固化碳纤维缠绕复合材料性能研究

结合压力容器缠绕成型工艺,研究了电子束固化树脂体系的工艺性能、固化参数及力、热性能;在国内首次采用电子束固化技术制备了T700碳纤维复合材料压力容器并通过水压试验验证。试验结果表明:电子束固化环氧体系(EB-1)具有较好的工艺性能和力学性能,耐热性能优良,达到191. 4℃;采用电子束固化工艺制备的T700碳纤维/EB-1复合材料NOL环的拉伸强度为2020 MPa,层间剪切强度为68. 9 MPa;制备的150 mm压力容器的特性系数PV/Wc为44 km,达到了目前同类热固化复合材料的水平,固化周期仅为热固化复合材料的1/15。     

Effects of compaction and UV exposure on performance of acrylate/glass‐fiber composites cured layer by layer

With an aim to reducing manufacturing costs, in general and specifically to provide a solution to the thick laminate curing depth issue for composite materials, UV curing technology was combined with a fiber placement process to fabricate acrylate/glass‐fiber composites. A novel layer‐by‐layer UV in situ curing method was employed in this article and interlaminar shear strength (ILSS) tests and SEM were used to evaluate the effect of processing parameters, including compaction force and UV exposure dose, on ILSS. The SEM images from short‐beam strength test samples and the results of ILSS showed that the fibers' distribution was uniform in the cured matrix resin resulting from the compaction forces and that beneficially influenced the ILSS of the composite greatly. However, the matrix resin produced large shrinkage stresses when it reached a high degree of conversion (DC) in one‐step, which resulted in poor interlaminar adhesion. In addition, the fast curing speed of UV on the composite resulted in poor wetting between fiber and resin, and accordingly resulted in lower ILSS. To overcome these problems and obtain high ILSS value composites, an optimized compaction force and UV exposure dose were determined experimentally. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012     

界面渗透率对厚复合材料层板流动-压实过程影响的数值分析

基于有效应力原理与达西渗流定律,建立了厚复合材料层板流动-压实过程的多场耦合有限元数值模型,通过与厚单向板试验结果的对比,验证了模型的正确性。建立了含界面层的厚正交层合板流动-压实计算模型,分析了垂直于层间界面方向的界面渗透率对正交层合板流动-压实过程的影响。通过与同等厚度单向板的分析结果对比表明,当不同方向铺层层间界面渗透率高时,厚正交层合板的流动-压实过程几乎与相同厚度单向板的流动-压实过程相同。但当层间界面的渗透率低时,会阻碍内部树脂的流动,导致正交层合板内部纤维体积含量提升慢,且越靠近内部,界面渗透率的影响越明显,最终在界面处纤维含量出现明显的跳跃分布。     

Pressure window analysis for thin laminated composites in autoclave process

The curing temperature, pressure, and curing time have significant influence on finished thermosetting composite products. The external pressure and the time of pressure application are two major factors affecting the laminate thickness, fiber volume fraction, and void content. Based on the resin flow/fiber compaction model and corresponding program developed by our group, the genetic algorithm is accepted to design the pressure window for the consolidation of thin laminate. The objective of the optimization is to find the time of pressure application that achieves the desired average fiber volume fraction under given pressure. The pressure windows are analyzed for S‐2 glass fiber/5228 and T700S/5228 laminates with unidirectional and bidirectional lay‐up. It is found that no special viscosity region can be defined as pressure window for many factors affecting the consolidation process. The fiber and lay‐up type largely affect the time of pressure application. For laminates with the same fiber and lay‐up type, the fiber distribution is not much influenced by pressure cycle. The uneven degree of fiber distribution is larger for the fiber bed having higher deformation properties. With the genetic algorithm optimization system, the time of pressure application can be gotten quickly. It is helpful for the improvement of composite parts quality, reduction of the fabrication cost. POLYM. COMPOS., 2009. © 2008 Society of Plastics Engineers     

碳纤维/单分子环氧树脂基复合材料的研究

以流动性优异的单分子环氧树脂4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯为基体树脂,甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂,苄基二甲胺为促进剂,初步研究了其固化反应的化学流变特性,获得了基本的固化工艺。然后以T700S碳纤维平纹织物为增强材料,制备了2mm厚度的环氧/碳纤维复合材料层压板材。试验结果表明,通过稀释剂浸渍,复合材料中的CF质量分数可以达到70%以上。在完全无稀释剂时,CF的质量分数可以达到64%。复合材料的最高拉伸强度和弯曲强度分别为916MPa和1031MPa,其玻璃化转变温度为177℃。     

固化体系对环氧树脂耐高温性能的影响

针对覆铜板的耐高温要求,分别使用胺类固化剂4,4′-二氨基二苯砜(DDS)、4,4′-二氨基二苯醚(DDE)和乙二胺(EDA)固化改性双酚A型环氧树脂,研制适用于耐高温覆铜板的环氧树脂固化物。用示差扫描量热法(DSC)研究其固化过程,讨论了固化剂用量、固化剂种类及固化温度等因素对固化物玻璃化转变温度(Tg)的影响。实验结果表明,固化物耐热性最好的配比不是化学计量,而是偏离化学计量,在理论用量的基础上适当增加固化剂用量,可有效地提高固化产物的玻璃化温度Tg值;使用芳香胺类固化剂固化双酚A型环氧树脂,其固化产物有较高的玻璃化温度,可以满足覆铜板耐高温的要求。     

新型可见光固化树脂

针对一些过氧化物固化不能满足特殊的施工环境,以及紫外光固化存在对人体有害、应用范围窄、厚膜固化性不好等缺点,开发了1种利用可见光光源进行固化的变性乙烯基酯树脂(VLC树脂),通过测定其黏度、比重、酸价、力学性能、Tg、热变形温度、积层板在一定浓度的酸、碱、水、有机溶剂等介质里面的强度保持率,分别对树脂液态特性、树脂浇铸体及积层板的力学性能以及积层板的耐腐蚀性能进行了表征,通过与一般的过氧化物固化的乙烯基酯树脂的浇铸体及积层板性能比较,可以看出:可见光固化与常见的过氧化物固化相比,性能相当甚至更佳,并且可见光固化速度极快,苯乙烯挥发极少,作业简单,无须加促进剂和固化剂,无须繁琐的搅拌和脱泡过程,提高生产效率的同时,大幅度降低施工成本。     

CEg基体及其纤维缠绕复合材料耐热性能研究

针对纤维缠绕的特点，对氰酸酯（CE）树脂进行了改性（改性后的氰酸酯树脂称为CEg基体），改性的目的是不仅使CE树脂适合纤维缠绕工艺，而且不降低纯CE树脂及其复合材料的耐热性能。通过实验摸索出适合纤维缠绕工艺的CEg基体配方及其工艺参数、固化参数。用SEM（扫描电镜）研究了T700／CE以及T700／CEg复合材料的剪切断口形貌；用TG／DTA研究了氰酸酯树脂改性前、后的复合材料热分解温度；用DSC研究了CE和CEg基体的玻璃化温度。研究结果表明：CEg基体最显著的特点是不仅使纤维缠绕工艺和固化工艺简单易行，而且不降低纯氰酸酯树脂及其复合材料的耐热性能。改性后的氰酸酯树脂可以充分发挥氰酸酯树脂的耐高温优势，这是本研究的特点，达到了预期的效果。