各种纤维强化铝合金复合材料的制造技术

介绍了一些碳纤维的生产方法、碳纤维在与铝基材料复合前的预处理,基体与纤维的复合固结(一般用热压、真空铸造)等技术,还介绍了轧制法、HIP法等复合工艺及不同工艺纤维复合材料的各种机械性能。除碳纤维外,又介绍了SiC纤维及Si-Ti-C-O纤维等。     

聚三氟氯乙烯-金属基体复合结构一体化成型技术研究

简述聚三氟氯乙烯原材料与聚三氟氯乙烯材料成型工艺研究进展,介绍聚三氟氯乙烯在火箭阀门中的应用和聚三氟氯乙烯-金属基体复合结构一体化成型技术的研究进展,对聚三氟氯乙烯-金属基体复合结构的阀门在航天领域未来研究方向进行展望.     

耐高温对位芳纶纸基材料增强工艺的研究

对位芳纶纸基材料因其分子链刚性结构以及纤维表面化学惰性导致其力学性能较差,即使通过环氧树脂增强,其综合性能仍然不能达到航空航天等耐高温结构材料的要求。为了获得优异力学性能和耐高温性能的纸基材料,高强,高模及耐高温树脂聚酰亚胺作为增强树脂被采用,而其制品的力学性能受到成型加工工艺的影响。采用100℃预固化,250℃,20MPa热压成型的工艺将获得最佳力学性能,其裂断长达到8350m。通过DSC及TGA分析,其玻璃化转变温度及初始分解温度分别为275、550℃,有望作为航空航天等领域耐高温结构材料使用。     

纤维增强复合材料抗弹吸能特性研究

为研究树脂基纤维增强复合材料的抗弹吸能特性和机制,采用4.5 g球形碎片模拟弹,对不同基体的玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料板进行了弹道极限V50和抗冲击贯穿试验,分析了不同冲击状态下各复合材料靶板的吸能特性和破坏特点.研究发现,增强纤维的应变率效应会显著地反映到复合材料板的抗弹吸能特性中,破坏模式决定复合材料板的抗弹吸能能力;弹体冲击入射速度、纤维与基体的界面特性是影响复合材料板抗弹吸能的重要因素.结果表明,在一定速度下的贯穿比吸能试验方法,可有效地评价和比较各树脂基纤维增强复合材料板的抗弹性能,该试验方法是对V50试验方法的有效补充.     

石英纤维复合材料作为高频透波雷达天线罩的研究

玻璃纤维增强树脂基复合材料是一种广泛应用的雷达天线罩材料,其应用频段主要在10 GHz范围内,对于高频波段(10~20 GHz),需要采用具有更好介电性能的石英纤维作为增强材料。以石英纤维布为增强材料,以环氧树脂为基体,利用真空灌注成型法制备石英纤维增强环氧树脂复合材料和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料,并用微波矢量网络分析仪测量样品在高频波段的介电性能,以及利用电子万能拉伸机测试样品的拉伸性能。结果表明:在相同体积分数条件下,石英纤维增强复合材料的介电常数(3.82)和损耗角正切(0.003 4)远远优于玻璃纤维增强复合材料,适用于制作高频波段的雷达天线罩。     

芳纶复合材料对球形弹丸的抗贯穿性能研究

以芳纶纤维织物为增强材料、聚氨酯为树脂基体的芳纶复合材料,进行了2.05 g钨合金球、1.03 g钢球和4.50 g钢球的抗贯穿性能研究,并分析了芳纶复合材料对以上3种典型球形弹丸的抗弹性能差异。试验结果表明:芳纶复合材料的抗贯穿性能与测试过程中采用的弹丸种类有关,采用2.05 g钨球时较低,采用1.03 g钢球时较高,采用4.50 g钢球时居中。进而提出了一种新的芳纶复合材料抗贯穿性能表征方法,即直接作用面积比吸收能(PSEA)法。PSEA值在芳纶复合材料受到材质相同的球形弹丸冲击时基本相同,据此在芳纶复合材料对某种球形弹丸的弹道极限速度已知时,可计算出对其它球形弹丸的弹道极限速度。验证结果表明:弹道极限速度的计算值和实测值相差1%~6%.     

杨木纤维/镍铁氧体复合中空微管的制备及吸波性能

采用化学离析法制备杨木纤维,高温烧结形成杨木纤维碳材;Sol-gel法制备杨木纤维/镍铁氧体复合中空微管和镍铁氧体纳米粉料。利用XRD,SEM和矢量网络分析仪对3种样品的结构、形貌和吸波性能进行表征。结果表明:复合微管长度约为100μm,直径约为5μm,包覆的镍铁氧体层厚度约为1.5μm;复合微管的吸波性能远高于纳米粉料和杨木纤维碳材料,其在(2～18)GHz内的最大反射损耗达-30.4 dB(10.6 GHz),反射损失低于-10 dB的频率为(5.8～13.6)GHz。与已有研究结果比较,复合微管材料具有较低的质量分数和更宽的吸波频带。     

复合防护结构抗破片侵彻性能的研究

为提高复合柔性结构的抗破片侵彻能力,采用AUTODYN中Euler-Lagarange算法对不同位置和厚度聚脲材料复合柔性结构的抗破片侵彻效果进行数值模拟,并通过正交试验对复合柔性结构防护性能的影响因素进行了研究。结果表明：聚脲材料在复合柔性结构内侧位置时抗破片侵彻能力最强;抗破片侵彻效果与聚脲材料厚度成正比;复合柔性结构防护性能影响因素的主次顺序为：防爆液体厚度、芳纶纤维层数、聚脲材料位置、聚脲材料厚度。     

氧化铝涂层对Al2O3f/SiO2复合材料弯曲性能的影响

以氧化铝纤维为增强体,采用缠绕成型工艺制备氧化铝纤维/石英基体(Al₂O_3f/SiO₂)和氧化铝纤维/氧化铝涂层/石英基体(Al₂O_3f/Al₂O₃/SiO₂)氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。测试1 200℃下的弯曲强度,用电子显微镜(SEM)观察断口微观形貌。结果表明:氧化铝涂层可有效抑制石英基体与氧化铝纤维间的强结合,在1 200℃下弯曲强度为143 MPa,远高于无氧化铝涂层的Al₂O_3f/SiO₂复合材料的弯曲强度(75 MPa)。     

石墨/聚酰亚胺复合材料弹头基体结构的制造方法

本文介绍了用石墨纤维与添加型聚酰亚胺树脂(T300/F178)组成的复合材料制造典型弹头基体结构壳体的方法,确定了缠绕铺层、减小体积和高压釜固化的技术,明确了加工工艺条件对复合材料性能,包括微裂纹的影响,用色谱技术对 F178树脂作了鉴定,这项工作是美国空军材料实验室根据 F33615-76-C-5013合同主持进行的。     

载荷加载速率对碳纤维镁合金层合板层间断裂韧性的影响

分别采用镁合金和碳纤维代替工程中常用的玻璃纤维增强铝合金层合板中的铝合金和玻璃纤维,通过将单向碳纤维/环氧树脂预浸料交替层压,得到复合材料板,并用环氧树脂将复合材料板与镁合金薄板加压黏结在一起,得到碳纤维增强镁合金层合板。采用单悬臂梁测量载荷速率对碳纤维增强镁合金层合板层间断裂韧性的影响。结果表明:层间裂纹在低载荷速率时以稳定的方式扩展,而在高速率时裂纹的扩展变得不再稳定;在低速率(1~1 000 mm/min)载荷下,载荷速率对层间断裂韧性有轻微的影响;层合板在高速率载荷下的层间断裂韧性大于低速率下的层间断裂韧性。     

纤维增强复合靶抗贯穿规律的研究

通过将球腔膨胀模型和柱腔模膨胀型相结合的方法 ,提出了一种计算纤维增强复合靶抗贯穿规律的新工程分析方法 ,此方法考虑了复合靶的各向异性特征和撞击所引起的冲击波的衰减效应 .利用新的分析方法完成了聚乙烯纤维增强复合靶和芳纶纤维增强复合靶抗贯穿规律的分析计算 .计算结果与我们自己所完成的实验结果符合良好     

复合结构活性破片对双层靶标毁伤效应

研究可承受炸药爆炸加载的活性破片毁伤威力具有实际应用意义.通过14.5 mm口径弹道枪加载试验分析铝粉与聚四氟乙烯复合结构活性破片撞击不同组合形式下双层靶标毁伤效应,并采取多元回归分析方法建立活性破片对前层板的穿孔直径和后层板的扩孔面积经验公式.结果表明:在800～1400 m/s速度范围内,活性破片撞击前层钢板或铝板...     

陶瓷/玻纤复合防护结构层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律研究

为研究陶瓷/玻纤复合防护结构的层间位置对抗破片侵彻性能的影响规律,文中采用145 mm弹道枪加载方法进行了30 g破片对18 mm厚陶瓷(含有3 mm厚玻纤包裹层)/20 mm厚玻纤复合板的侵彻试验,并获得了破片的最小贯穿速度.同时,通过数值仿真进一步研究了复合板层间位置对抗破片侵彻性能的影响.结果表明,当靶板总厚度为38 mm左右,30 g破片以1 300 m/s的初始速度侵彻陶瓷/玻纤复合结构时,陶瓷板与玻纤板的厚度比在0.9.~1.7之间时其抗破片侵彻能力较好.     

金刚石线锯切割碳纤维复合材料实验研究

为研究金刚石线锯切割碳纤维复合材料的锯切工艺,在总结国内外大量文献资料的基础上,利用自行研制的金刚石线锯切割加工机床对金刚石线锯切割碳纤维材料进行了实验研究。实验结果表明：适当降低线锯进给速度和提高线锯线速度时碳纤维复合材料的切缝轨迹更加理想;金刚石线锯在线速度较低和线锯张紧力较高条件下的稳定性较好;切向锯切力随线锯线速度的增加而减小,更有利于保证工件切割质量;法向锯切力随线锯进给速度的增加而增大;线锯上金刚石颗粒分布不均、工件厚度和位置及线锯运动方向的改变,使得碳纤维材料线缝轨迹不是理想的直线。     

不同弹芯材料侵彻钢装甲对靶板硬度的影响

对钨丝增强非晶复合材料和93钨合金进行模拟靶试对比试验,通过对弹坑头部附近靶板进行微观组织观察和显微硬度测试,研究高速侵彻后不同弹芯材料对靶板组织和性能的影响。结果表明:两种弹芯材料高速侵彻后的钢靶板,弹坑附近的靶板硬度都较侵彻前的原始靶板有很大提高,且非晶复合材料弹芯侵彻形成的弹坑附近高硬度层更宽,其宽度是93钨合金弹芯侵彻形成的高硬度层的2.5倍左右;弹坑附近组织存在很大差异,钨合金弹芯的弹坑附近是形变织构组织,而复合材料弹芯靠近弹坑处的靶板发生了马氏体转变。     

组合间隙对纤维/陶瓷复合板抗弹性能的影响

为了研究纤维/陶瓷复合材料板与装甲钢背板的组合间隙对其抗弹性能的影响,进行了纤维/陶瓷复合材料板抗穿甲弹性能试验,发现组合间隙对复合材料板抗穿甲弹侵彻能力存在一个快速转变区,同时分析了成因机制.研究认为,组合间隙对纤维/陶瓷复合材料板抗弹性能的负面影响是明显的,组合间隙对复合板抗侵彻能力的影响程度与陶瓷片的厚度有关.     

复合材料座钣动态响应分析及结构优化

为研究迫击炮座钣轻量化问题,提出了一种碳纤维复合材料座钣设计方案。采用碳纤维增强树脂基复合材料作为座钣主体,以大变形分散吸收后坐能量; 采用钛合金驻臼和边角承受后坐力,防止局部冲击损坏。基于三维Hashin准则开发了VUMAT材料子程序,模拟复合材料的失效行为。建立了复合材料座钣与土壤耦合的全炮非线性动态有限元模型,通过仿真计算获得了座钣最大应力和最大位移,分析了不同土壤类型对炮口扰动的影响。通过最优拉丁超立方试验设计,建立了座钣5层BP神经网络代理模型和多目标优化模型; 利用BP神经网络与带精英策略的非支配排序遗传算法对座钣进行了多目标优化设计。优化后炮口扰动显著降低,座钣质量比初始设计减少了11.38%。     

Twaron织物树脂层压复合材料靶板剩余速度的研究

利用MTS801材料测试系统，旋转盘式杆杆型冲击抖动拉伸试验装置和弹道冲击侵彻测试装置，分别对Twaron纤维材料的应变率效应，Twaron织物树脂层压复合材料靶板的准静态和弹道冲击侵彻进行了测试研究，提出了基于准静态侵彻测试结果的预测Twaron织物树脂层压复合材料靶板剩余速度的简单能量模型。