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耐烧蚀复合材料用改性酚醛树脂研究进展

白侠 , 李辅安 , 李崇俊 , 张世杰

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2006.06.014

本文从结构改性、共混改性等方面介绍了近年来国内外对耐烧蚀复合材料用各种改性酚醛树脂的合成方法、分子结构、改性机理以及改性后酚醛树脂的性能和应用概况,并指出今后改性酚醛树脂仍是一种低成本耐烧蚀复合材料的树脂基体,在航天材料领域有着广泛的应用.

关键词: 酚醛树脂 , 烧蚀材料 , 改性

不同针刺预制体结构对C/C复合材料力学性能的影响

郑蕊 , 徐征 , 李旭嘉 , 嵇阿琳 , 李崇俊

宇航材料工艺

在斜纹碳布/碳纤维网胎、无纬布正交/碳纤维网胎针刺圆筒预制体的基础上,通过在其结构中增加角度缠绕连续纤维,设计和研制了新型结构针刺预制体,并对比研究了不同针刺预制体结构对圆筒C/C复合材料力学性能的影响.结果表明,无纬布正交铺层针刺C/C复合材料的层剪、轴向拉伸强度都高于斜纹碳布增强针刺C/C材料,其中轴向拉伸强度达到157.0 MPa,提高了83.0%;其层剪、轴向拉伸强度均有所提高,其最大分别可达到11.68和179.0 MPa,分别提高了22.6%和14%.

关键词: 针刺预制体 , C/C复合材料 , 层剪强度 , 拉伸性能

二维C/C复合材料高温力学、热物理性能研究

李崇俊 , 郑金煌 , 苏红 , 邓红兵

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2004.01.008

研究了二维C/C(2D-C/C)复合材料在高温下层剪强度、弯曲强度和模量、热导率和线膨胀系数的变化规律.结果表明,所制得的2D-C/C复合材料的层剪强度随温度的升高变化不大、弯曲强度随测试温度的升高而增加;2 000℃的层剪强度、弯曲强度分别达到14.8 MPa和227.4 MPa,较室温分别提高了9.6%和60%.弯曲模量在1 000℃时增加到39.4 GPa,在2 000℃则下降,低于室温数值.2D-C/C复合材料的热导率、线膨胀系数在z向和x-y向都具有明显的各向异性.未石墨化2D-C/C复合材料200℃的z向热导率是4.41 W/(m·K),且随温度的升高而增加;而石墨化2D-C/C复合材料200℃的z向、x-y向热导率分别是18.02W/(m·K)和73.29W/(m·K),随温度的升高而下降.2D-C/C复合材料在z向的线膨胀系数较大,800℃以内在8×10-6/K~10×10-6/K之间;而在x-y向线膨胀系数在800℃以内都很小,基本上接近于零.

关键词: 二维碳/碳复合材料 , 高温性能 , 层间剪切强度 , 热导率 , 线膨胀系数

碳纤维表面状态对C/C复合材料性能影响的研究

李崇俊 , 金志浩 , 郑金煌 , 马伯信

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2000.03.006

用两种经高温处理的碳纤维织物,以酚醛树脂作为基体先驱体,制备了二维C/C复合材料.通过扫描电镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)研究了两种碳纤维(TCF和JCF) 的表面状态,测试了C/C复合材料(TCC和JCC)的层间剪切强度、拉伸性能.SEM观察表明,TC F及J CF表面都有沟槽,但TCF横断面呈腰子形非圆形;XPS分析表明TCF表面含氧官能团数量多. 力学测试结果为:TCC层间剪切强度(ILSS)高于JCC,达到16.1 MPa;TCC拉伸强度、模量均高于JCC,而JCC断裂延伸率达1.1%,是TCC的3倍.拉伸断口SEM分析表明,TCC断口平整,无纤维拨出,呈脆断;JCC断口有纤维拨出,是纤维控制的多层基体断裂.

关键词: 碳纤维 , 表面状态 , C/C复合材料 , 层间剪切强度

黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

李崇俊 , 马伯信

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2007.02.003

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究.和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究.结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲.黏胶丝基碳纤维的密度仅1.39g/cm3;拉伸模量很低,约50 GPa.炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60.黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16.2 MPa;其拉伸强度为46.6 MPa,弯曲强度高达95.5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa.黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6.48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2.18×10-6 /K,远高于PAN基C/C复合材料的-0.387×10-6 /K.总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料.

关键词: 碳纤维 , 黏胶丝基碳纤维 , C/C复合材料 , 炭化 , 层剪强度

致密工艺对炭布增强2D-C/C复合材料力学性能的影响

张晓虎 , 李崇俊 , 崔红 , 苏红 , 郑金煌 , 黄健

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2001.04.008

研究了液相浸渍及化学气相法致密工艺对二维炭/炭(2D-C/ C)复合材料力学性能的影响,尤其是对层间剪切强度(ILSS)的影响.结果表明:液相浸渍法增密周期短且致密效果好,但材料强度不高;而化学气相沉积(CVD)致密周期长,但材料层剪强度高;采用两种工艺联合致密,材料界面结合强度适中,且层剪强度高.

关键词: 致密工艺 , 2D炭/炭复合材料 , 层剪强度

衣康酸氨化对聚丙烯腈基碳纤维聚合和原丝性能的影响分析

韩笑 , 王希杰 , 王增加 , 王华 , 李崇俊 , 刘建军

高分子材料科学与工程

为制备力学性能优异的聚丙烯腈基碳纤维,采用氨化度不同的衣康酸(IA)单体与丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)和乙烯磺酸(AS)制备聚丙烯腈(PAN)基碳纤维.通过聚合转化率的测定表征聚合反应速度,显微镜观察原丝断面形貌,广角X射线衍射表征原丝结晶取向度,动态热机械法表征原丝的玻璃化转变温度和热收缩率,电子万能试验机表征原丝及碳纤维的力学性能.测试结果表明,IA经氨化后制备得到β-衣康酸铵,以β-衣康酸铵作为共聚单体制备的PAN纺丝液的数均相对分子质量达到64100,相对分子质量分布指数为2.96,比粘为1.86;纺丝后原丝断面明亮整齐,氨化度为25%的原丝在12倍牵伸下,单丝拉伸强度为6.8 cN/dtex,弹性模量为113.0 cN/dtex;该原丝的玻璃化转变温度较未氨化原丝提高了3.19℃;该原丝经炭化后的碳纤维(1K)的拉伸强度达到4572 MPa,弹性模量249 GPa,钩结强力62.4N,纤维的力学性能和韧性得到提高.

关键词: 衣康酸 , β-衣康酸铵 , 聚丙烯腈基原丝 , 碳纤维

碳/碳销钉研究

李崇俊 , 金志浩 , 崔万继 , 霍肖旭

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2000.02.009

碳纤维由混编、软编制成预制体,后经致密化制成C/C销钉复合材料.讨论了编织方法、复合工艺、界面、加工性等影响C/C销钉的因素.高压碳化沥青碳基体与碳纤维界面结合强;纤维体积分数对碳销钉的强度起决定性作用;软编C/C销钉可机加性好. 带轴纱4向软编C/C销钉的纤维含量高,剪切强度高达63.7 MPa.

关键词: 碳/碳复合材料 , 销钉 , 工艺 , 界面

纤维单向缠绕成型锥形壳体的研究

白侠 , 李辅安 , 李崇俊 , 王增加

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2007.05.010

本文主要从铺层设计、线型设计、缠绕工艺参数的合理选择及固化成型等方面着手,利用纤维单向缠绕技术对制备锥形壳体的工艺过程进行初步探索研究.实验结果证明,纤维单向缠绕制备锥形壳体具有可行性,是一种新型成型方法.

关键词: 纤维单向缠绕 , 复合材料 , 锥形壳体 , 成型工艺

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