收藏本站
《南京航空航天大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板制备及性能研究

胡玉冰  
【摘要】:纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)作为一种超混杂复合材料,以其优异的疲劳特性以及抗冲击性能被科研工作者广泛关注,并已成为大型飞机机身、机翼蒙皮结构的重要选材之一,尤其是机翼前缘等对冲击及疲劳性能都有高要求的关键结构。然而随着超音速飞机及空天飞行器的进一步发展,航空航天领域对复合材料提出更高的要求,提高材料的耐温及耐久性是纤维金属层板亟待解决的问题。本文以新型PMR聚酰亚胺为树脂基体,研究制备了新一代的耐高温纤维金属层板(Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板),以提高材料的高温性能。同时,开展Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板性能实验研究及耐久性研究,以揭示其性能与结构之间的关系,分析材料老化过程中的性能衰减机理,为材料性能设计提供理论基础。此外,还开展了 Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板喷丸成形研究,获得理想的成形技术方案,为Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的工程化应用提供理论依据及工程指导。首先,对Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的制备进行了研究。开展了 CF/PMR聚酰亚胺预浸料的制备工艺优化及钛板表面粘接改性方法探索。采用滚筒法成功制备了CF/PMR聚酰亚胺预浸料,优化的工艺参数为:纱宽设置为3.7 mm,排布张力4-7 N,排布速度设置为22 m/min。此参数下制备的预浸料表面质量优异,纤维体积含量为50%左右。钛板表面粘接改性实验结果发现,表面处理能极大提高Ti/PMR聚酰亚胺之间的界面粘接性能,采用喷砂处理、铬酸阳极氧化(CAA)和NaTESi阳极氧化处理的钛/PMR聚酰亚胺拉伸剪切强度较未处理的试样分别提高15%、30%和41%;拉伸剪切断裂功分别提高了 53%、168%和182%,I型层间断裂韧性分别提高了 67%、73%和87%。其次,探究了 Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板层板性能与铺层结构之间的关系,研究了层板受载过程中的力学响应特征并对其失效机理进行了分析。同时,研究了Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板在不同温度下的性能变化规律,分析了循环交变热场(-65℃~135℃)对Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板性能的影响规律。研究结果表明,该层板具有优异的耐高温特性,在所研究的温度区间内,其力学性能随温度的升高呈下降趋势,但在300℃时层板仍保持较高的力学性能。该层板在300℃测试条件下的抗拉强度、弯曲强度以及层间剪切强度较室温测试条件下分别下降约50%、45%以及46%。经过热循环处理1000次后,Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的界面未见明显的分层以及裂纹产生,其抗拉强度以及层间剪切强度基本保持不变。此外,本文还对对Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的耐湿热老化特性进行了研究,结果表明,在85℃/95%RH湿热条件下处理1000 h 后,Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的层间剪切强度仅下降了约10%,弯曲强度下降约11%;通过对比不同湿热老化条件下Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的吸湿特性,发现温度影响水分子在复合材料内部的扩散速率,相对湿度决定着复合材料的饱和吸湿率。对于正交铺层Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板,预浸料层的饱和吸湿率为Me=5.11×10-5×(RH)2.15,水分子在Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板预浸料层的扩散系数为DY= 9.2 × 1O-3 × e(-1532 22/Tmm2/s;任意时刻预浸料层的吸湿率为最后,本文对Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板的喷丸成形特性进行了研究。通过采用不同喷丸介质以及喷丸工艺参数,对该层板的喷丸成形可行性进行了探究,结果表明,Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板具备喷丸成形的可行性,并且采用陶瓷丸AZB425进行喷丸成形实验可以得到较好的喷丸成形效果。此外,通过对Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板喷丸变形规律的研究发现:喷丸过程中表面覆盖率随着喷丸时间的延长而增加;喷丸试片的弧高值最初随表面覆盖率的增加线性增加,最终趋于稳定,达到“饱和”状态;试片的表面粗糙度随喷丸时间的增加而增大,最终趋于稳定。喷丸试片的弧高值随喷丸强度的提高线性增大,喷丸试片的曲率半径与其弹性模量成正比,与其表面产生的喷丸压应力以及应力层深度成反比;在同样的喷丸工艺下,变形更易于在垂直于纤维方向产生。合理的喷丸工艺不会导致Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板力学性能的下降,并因加工硬化现象对其静强度具有一定的改善作用。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V262;TB33

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁恒亮;陈静;任远春;;铺层参数对层间剪切强度的影响[J];航空制造技术;2014年15期
2 冯宇;殷景华;陈明华;刘晓旭;雷清泉;;聚酰亚胺/TiO_2纳米杂化薄膜耐电晕性能的研究[J];中国电机工程学报;2013年22期
3 杨栋栋;潘蕾;徐凤娟;徐飞;;Ti/APC-2纤维金属层板的制备及拉伸性能研究[J];纤维复合材料;2013年01期
4 王冰;李玲;;聚合物基复合材料吸湿性能研究进展[J];中国塑料;2013年02期
5 许巍;陈力;张钱城;杨金水;魏悦广;卢天健;;粘结界面力学行为及其表征[J];中国科学:技术科学;2012年12期
6 张龙;王波;矫桂琼;黄涛;;纤维桥连对复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响[J];航空学报;2013年04期
7 赵伟栋;蒋文革;孙红卫;杨士勇;;新型耐370℃聚酰亚胺复合材料固化工艺与性能研究[J];材料科学与工艺;2011年05期
8 廖建;曹增强;代瑛;马鸿义;;GLARE层板偏轴拉伸性能[J];塑性工程学报;2007年05期
9 林华香;王绪绪;付贤智;;TiO_2表面羟基及其性质[J];化学进展;2007年05期
10 陈建升;陶志强;胡爱军;范琳;杨士勇;;KH-308聚酰亚胺及其复合材料的研究[J];宇航材料工艺;2006年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 徐飞;优化Ti/PEEK粘结性能的钛板表面处理工艺研究[D];南京航空航天大学;2014年
2 杨栋栋;Ti/APC-2纤维金属层板的制备与力学性能研究[D];南京航空航天大学;2013年
3 赵鹏;纤维增强树脂基复合材料湿热老化性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 樊玉;Ti/CF/PPEK复合层合板的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
5 马宏毅;玻璃纤维—铝合金层板的制备和性能研究[D];北京航空材料研究院;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李玉龙;刘会芳;;加载速率对层间断裂韧性的影响[J];航空学报;2015年08期
2 范勇;王欢;武传刚;杨瑞宵;陈昊;;拉伸纳米掺杂三层复合PI薄膜的介电性能[J];哈尔滨理工大学学报;2015年04期
3 荣雪荃;严继康;易健宏;杜景红;康昆勇;甘国友;;铈掺杂二氧化钛的化学态分析[J];人工晶体学报;2015年05期
4 潘志龙;;钛酸钡改性及其聚酰亚胺复合材料的性能研究[J];电子科技;2015年03期
5 付红梅;朱光明;王宗瑶;宋鑫月;;纳米材料改性聚酰亚胺研究进展[J];中国塑料;2015年02期
6 惠秋芳;杨春;李华强;;无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜耐电晕性能研究进展[J];哈尔滨理工大学学报;2015年01期
7 许巍;于慧臣;陶春虎;;轻质合金胶接接头强度的胶层厚度依赖性的实验研究[J];机械强度;2015年01期
8 刘立柱;王凤春;杨智;翁凌;丁军;崔巍巍;张明艳;;Al_2O_3对聚酰亚胺纳米复合薄膜性能的影响研究[J];绝缘材料;2014年06期
9 余常友;胡小芳;宋宏臣;程倩;;TiO_2溶胶改性PVDF超滤膜的制备与性能研究[J];塑料工业;2014年12期
10 张明艳;张宪芳;刘畅;吴琼;崔宇;;碳管长径比对MWNTs/PI复合薄膜介电性能的影响[J];功能材料;2014年22期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈庆林;混杂纤维复合材料力学性能与仿真应用研究[D];江苏理工学院;2018年
2 王国建;玻纤增强复合材料紫外线、高温老化性能演变与抗冲击性能分析[D];新疆大学;2018年
3 唐钱;木纤维/聚己内酯复合材料热老化性能研究[D];中南林业科技大学;2018年
4 申瑞;水分侵入复合绝缘子影响因素研究[D];华北电力大学(北京);2017年
5 徐翌伟;GLARE层板弯曲性能及失效机制的研究[D];南京航空航天大学;2017年
6 边佳燕;PMI泡沫夹层结构复合材料吸湿性能研究[D];国防科学技术大学;2016年
7 朱新峰;Steel/CFRP复层材料混合热拉深成形实验研究[D];江苏大学;2016年
8 秦杰;玻璃纤维增强树脂/镁合金复合层板的制备及其性能研究[D];重庆大学;2016年
9 戴琦炜;Ti/C_f/PEEK/Ti复合管的制备工艺及性能研究[D];南京航空航天大学;2016年
10 陈凯;Ti/Cf/PMR层板高温力学性能与疲劳裂纹扩展速率的研究[D];南京航空航天大学;2016年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 屠德民;王霞;吕泽鹏;吴锴;彭宗仁;;以能带理论诠释直流聚乙烯绝缘中空间电荷的形成和抑制机理[J];物理学报;2012年01期
2 封彤波;肇研;罗云烽;陈达;张佐光;;循环湿热环境中CCF300/5405复合材料的吸湿-脱湿行为[J];复合材料学报;2011年05期
3 田付强;杨春;何丽娟;韩柏;王毅;雷清泉;;聚合物/无机纳米复合电介质介电性能及其机理最新研究进展[J];电工技术学报;2011年03期
4 封彤波;肇研;罗云烽;张佐光;;循环湿热环境下碳纤维复合材料的界面性能[J];北京航空航天大学学报;2010年12期
5 常新龙;李正亮;胡宽;孙涛;;应用桥联模型预测复合材料吸湿老化剩余强度[J];复合材料学报;2010年06期
6 章华中;李剑;梁勇;杨丽君;廖瑞金;赵玉顺;;低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性[J];中国电机工程学报;2010年31期
7 朱智恩;张冶文;安振连;郑飞虎;;电介质陷阱能量分布的光刺激放电法实验研究[J];物理学报;2010年07期
8 朱洪艳;李地红;张东兴;吴宝昌;陈玉勇;;孔隙率对碳纤维/环氧树脂复合材料层合板湿热性能的影响[J];复合材料学报;2010年02期
9 李静;;纤维增强树脂基复合材料的吸湿性和湿变形[J];航天返回与遥感;2010年02期
10 赵鹏;熊金平;左禹;;湿热环境下介质因素对CF/UPR复合材料的影响[J];化工新型材料;2010年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘静;整体中空层连复合材料结构与性能的研究[D];江南大学;2008年
2 张炯;树脂基快速模具材料的研究[D];重庆大学;2007年
3 王莉莉;碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料的环境老化行为研究[D];北京化工大学;2004年
4 管国阳;湿热环境下复合材料的混合型层间断裂韧性[D];西北工业大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 陈凯;胡玉冰;刘成;符学龙;范敏郁;陶杰;;温度对Ti/Cf/PMR超混杂层板力学性能的影响研究[J];机械制造与自动化;2017年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 胡玉冰;Ti/CF/PMR聚酰亚胺超混杂层板制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈凯;Ti/Cf/PMR层板高温力学性能与疲劳裂纹扩展速率的研究[D];南京航空航天大学;2016年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026