国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展
发布时间：2021-01-29 00:54
高强中模碳纤维增强复合材料是当前及未来相当长时期内主要的航空结构复合材料。借鉴国外高强中模碳纤维及其高韧性复合材料发展经验,在国内高强型碳纤维复合材料成熟经验的基础上,实现了高强中模T800级碳纤维规模化生产,系统分析了与国产高强中模碳纤维匹配的树脂基体、预浸料及其复合材料技术现状。国产T800H级碳纤维增强高韧性环氧树脂基和双马树脂基复合材料抗冲击性能达到国外同类复合材料的水平,高韧性环氧树脂基复合材料的耐湿热性能优于国外同等韧性的复合材料。国产T800H级碳纤维增强高韧性复合材料预浸料具有优异的工艺性能,可同时满足手工铺贴、自动铺带和自动铺丝3种铺放工艺要求。在T800级复合材料成熟应用的基础上,未来主要发展高压缩强度、高模量和基于BVID的高冲击韧性高强中模碳纤维复合材料。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
国产T800S(a)与T800H(b)碳纤维的截面形状对比
以复合材料的耐温级别为标准,航空碳纤维增强树脂基结构复合材料可分为中温、中高温和高温复合材料,主要对应的为环氧、双马、聚酰亚胺树脂基体等热固性树脂。而以复合材料的冲击后压缩强度(compressive strength after impact, CAI)为划分标准,航空碳纤维复合材料大致可分为基础型、第一代韧性复合材料、第二代韧性复合材料和第三代韧性复合材料(图2)[12]。环氧树脂具有工艺性能好、耐腐蚀、耐温较好、韧性好等特点,是高性能树脂基复合材料最常用的树脂基体,广泛应用于大型飞机、直升机、通用航空和歼击机等飞行器。20世纪70年代末,随着碳纤维及其复合材料的发展,基本型碳纤维复合材料在波音飞机(B737,B757,B767)的升降舵等活动翼面得到大量应用,通过将近1500架飞机使用复合材料升降舵发现,仅有40架飞机的复合材料升降舵出现问题,这些问题中大部分为外来物体冲击导致的分层损伤(图3),因此如何提高复合材料的抗冲击损伤成为复合材料技术的重要关注点[13]。为了提高树脂基复合材料的抗冲击韧性,研究人员首先想到的是采用热塑性树脂代替热固性树脂基体,但是热塑性树脂基体缺乏黏性和铺敷性成为了复合材料制造工艺中难以解决的问题[14]。研究人员继续从热固性树脂基体的增韧改性角度解决问题。因此,随着碳纤维复合材料在活动翼面结构的广泛应用,碳纤维复合材料进一步推广到了飞机主结构,低速冲击成为复合材料分层损伤核心因素,而抗低速冲击损伤能力将直接影响到材料CAI和设计许用应变。
环氧树脂具有工艺性能好、耐腐蚀、耐温较好、韧性好等特点,是高性能树脂基复合材料最常用的树脂基体,广泛应用于大型飞机、直升机、通用航空和歼击机等飞行器。20世纪70年代末,随着碳纤维及其复合材料的发展,基本型碳纤维复合材料在波音飞机(B737,B757,B767)的升降舵等活动翼面得到大量应用,通过将近1500架飞机使用复合材料升降舵发现,仅有40架飞机的复合材料升降舵出现问题,这些问题中大部分为外来物体冲击导致的分层损伤(图3),因此如何提高复合材料的抗冲击损伤成为复合材料技术的重要关注点[13]。为了提高树脂基复合材料的抗冲击韧性,研究人员首先想到的是采用热塑性树脂代替热固性树脂基体,但是热塑性树脂基体缺乏黏性和铺敷性成为了复合材料制造工艺中难以解决的问题[14]。研究人员继续从热固性树脂基体的增韧改性角度解决问题。因此,随着碳纤维复合材料在活动翼面结构的广泛应用,碳纤维复合材料进一步推广到了飞机主结构,低速冲击成为复合材料分层损伤核心因素,而抗低速冲击损伤能力将直接影响到材料CAI和设计许用应变。高温固化环氧树脂基复合材料经历了基础型、第一代韧性、第二代韧性和第三代韧性树脂基体的发展过程(表3)。尤其是20世纪90年代以后,随着高强中模碳纤维技术的突破和产业化,在基本型环氧树脂基复合材料(如5208/T300,3501-6/AS-4等复合材料)的基础上,开展了大量的高强中模碳纤维增强韧性复合材料研究[15]。可见,自从第一代韧性树脂基复合材料之后,高强中模碳纤维成为结构复合材料的主要增强碳纤维。第一代韧性环氧复合材料(中等韧性)的CAI大约在170～250 MPa(如977-3/IM7,8552/IM7等复合材料);第二代韧性环氧复合材料(高韧性)的CAI大约在245～315 MPa(如M21/IM7,977-2/IM7等复合材料);而第三代韧性环氧树脂基复合材料(超高韧性)的CAI已经达到315 MPa以上(如3900-2/T800,977-1/IM7,5276-1/IM7,8551-7/IM7,M91/IM7和M21EA复合材料等)[16]。高温固化环氧树脂基复合材料抗冲击性能如表3所示。文献表明,第三代高韧性复合材料主要应用于大型民机主承力结构和发动机叶片等对抗冲击韧性要求较高的结构中,如3900-2/T800复合材料应用于B787,M21E/IMA应用于A350,8551-7/IM7应用于GE90发动机叶片等。而F-35,F-22这类新一代军用飞机中仍然大量采用977-3/IM7复合材料[17],8552/IM7复合材料大量应用于CH-53K等新一代直升机等。
本文编号：3005990
【文章来源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
国产T800S(a)与T800H(b)碳纤维的截面形状对比
以复合材料的耐温级别为标准,航空碳纤维增强树脂基结构复合材料可分为中温、中高温和高温复合材料,主要对应的为环氧、双马、聚酰亚胺树脂基体等热固性树脂。而以复合材料的冲击后压缩强度(compressive strength after impact, CAI)为划分标准,航空碳纤维复合材料大致可分为基础型、第一代韧性复合材料、第二代韧性复合材料和第三代韧性复合材料(图2)[12]。环氧树脂具有工艺性能好、耐腐蚀、耐温较好、韧性好等特点,是高性能树脂基复合材料最常用的树脂基体,广泛应用于大型飞机、直升机、通用航空和歼击机等飞行器。20世纪70年代末,随着碳纤维及其复合材料的发展,基本型碳纤维复合材料在波音飞机(B737,B757,B767)的升降舵等活动翼面得到大量应用,通过将近1500架飞机使用复合材料升降舵发现,仅有40架飞机的复合材料升降舵出现问题,这些问题中大部分为外来物体冲击导致的分层损伤(图3),因此如何提高复合材料的抗冲击损伤成为复合材料技术的重要关注点[13]。为了提高树脂基复合材料的抗冲击韧性,研究人员首先想到的是采用热塑性树脂代替热固性树脂基体,但是热塑性树脂基体缺乏黏性和铺敷性成为了复合材料制造工艺中难以解决的问题[14]。研究人员继续从热固性树脂基体的增韧改性角度解决问题。因此,随着碳纤维复合材料在活动翼面结构的广泛应用,碳纤维复合材料进一步推广到了飞机主结构,低速冲击成为复合材料分层损伤核心因素,而抗低速冲击损伤能力将直接影响到材料CAI和设计许用应变。
环氧树脂具有工艺性能好、耐腐蚀、耐温较好、韧性好等特点,是高性能树脂基复合材料最常用的树脂基体,广泛应用于大型飞机、直升机、通用航空和歼击机等飞行器。20世纪70年代末,随着碳纤维及其复合材料的发展,基本型碳纤维复合材料在波音飞机(B737,B757,B767)的升降舵等活动翼面得到大量应用,通过将近1500架飞机使用复合材料升降舵发现,仅有40架飞机的复合材料升降舵出现问题,这些问题中大部分为外来物体冲击导致的分层损伤(图3),因此如何提高复合材料的抗冲击损伤成为复合材料技术的重要关注点[13]。为了提高树脂基复合材料的抗冲击韧性,研究人员首先想到的是采用热塑性树脂代替热固性树脂基体,但是热塑性树脂基体缺乏黏性和铺敷性成为了复合材料制造工艺中难以解决的问题[14]。研究人员继续从热固性树脂基体的增韧改性角度解决问题。因此,随着碳纤维复合材料在活动翼面结构的广泛应用,碳纤维复合材料进一步推广到了飞机主结构,低速冲击成为复合材料分层损伤核心因素,而抗低速冲击损伤能力将直接影响到材料CAI和设计许用应变。高温固化环氧树脂基复合材料经历了基础型、第一代韧性、第二代韧性和第三代韧性树脂基体的发展过程(表3)。尤其是20世纪90年代以后,随着高强中模碳纤维技术的突破和产业化,在基本型环氧树脂基复合材料(如5208/T300,3501-6/AS-4等复合材料)的基础上,开展了大量的高强中模碳纤维增强韧性复合材料研究[15]。可见,自从第一代韧性树脂基复合材料之后,高强中模碳纤维成为结构复合材料的主要增强碳纤维。第一代韧性环氧复合材料(中等韧性)的CAI大约在170～250 MPa(如977-3/IM7,8552/IM7等复合材料);第二代韧性环氧复合材料(高韧性)的CAI大约在245～315 MPa(如M21/IM7,977-2/IM7等复合材料);而第三代韧性环氧树脂基复合材料(超高韧性)的CAI已经达到315 MPa以上(如3900-2/T800,977-1/IM7,5276-1/IM7,8551-7/IM7,M91/IM7和M21EA复合材料等)[16]。高温固化环氧树脂基复合材料抗冲击性能如表3所示。文献表明,第三代高韧性复合材料主要应用于大型民机主承力结构和发动机叶片等对抗冲击韧性要求较高的结构中,如3900-2/T800复合材料应用于B787,M21E/IMA应用于A350,8551-7/IM7应用于GE90发动机叶片等。而F-35,F-22这类新一代军用飞机中仍然大量采用977-3/IM7复合材料[17],8552/IM7复合材料大量应用于CH-53K等新一代直升机等。
本文编号：3005990
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