碳/双马复合材料在真空热循环下的损伤效应及机理

论文摘要

复合材料以其优异的性能在航空航天领域得到广泛应用,现成为第四大航空航天结构材料。空间环境中的原子氧、紫外辐射、粒子辐射、高真空、等离子体、热循环以及微流星体与空间碎片等都对航空航天材料的性能产生影响,同时由于复合材料结构自身的复杂性,开展空间环境对复合材料性能的影响规律的研究具有重要而现实的意义。本文对碳纤维/双马树脂基复合材料进行低地球轨道环境模拟试验,在±140℃、10-3Pa下对其进行不同次数的真空热循环。研究真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料的物理性能和热性能的影响,用AFM和SEM分别对试样的表面形貌和断口形貌进行观察。研究表明,真空热循环使碳纤维/双马树脂基复合材料的质损率增加,通过AFM可以看出试样的表面粗糙度增加,且在表面的纤维和树脂基体之间出现微裂纹;试样的拉伸强度下降,在48次循环后趋于平缓,由SEM断口照片可以看出试样的界面粘结变差;弯曲强度和层间剪切强度出现先升后降的变化趋势,同时在48次循环时出现极大值;通过动态力学分析（DMA）研究发现对应的α松弛峰移向高温,而且峰高降低,峰变宽,即随着真空热循环次数的增加,Tg上升,交联密度增加;通过热膨胀系数曲线发现,随着真空热循环次数的增加,由于界面脱粘的出现,而使热膨胀系数增大。这说明真空热循环可以使碳纤维/双马树脂基复合材料发生出气现象、表界面受到一定程度的损伤及树脂基体发生后固化等现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 树脂基复合材料的国内外研究进展
• 1.2.2 复合材料的成型工艺
• 1.2.3 低地球轨道空间环境对复合材料的影响
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 主要实验材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 真空热循环试验
• 2.3 材料性能测试分析方法
• 2.3.1 质量损失
• 2.3.2 力学性能测试
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.4 动态力学机械性能分析（DMA）
• 2.3.5 表面形貌观测
• 2.3.6 热膨胀试验
• 第3章 真空热循环对碳纤维/双马树脂复合材料物理性能的影响
• 3.1 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料质损率的影响
• 3.2 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料表面形貌的影响
• 3.3 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料力学性能的影响
• 3.3.1 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料90°拉伸性能的影响
• 3.2.2 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料弯曲性能的影响
• 3.2.3 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料层间剪切性能的影响
• 3.4 真空热循环对碳纤维/双马树脂基层合板的力学损耗因子的影响
• 3.5 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料热膨胀系数的影响
• 3.5.1 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料横向热膨胀系数的影响
• 3.5.2 真空热循环对碳纤维/双马树脂基复合材料纵向热膨胀系数的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文