先进复合材料在航空航天领域的应用.ppt

聚合物及复合材料在航空领域的加工工艺
作者:董高奎
时间:
指导老师:肖聪利
发展背景
碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量在 90%以上。具有十分优异的力学性能,与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在 2000℃以高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。因此,碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域的光辉业绩,尤为世人所瞩目。
先进复合材料在航空领域的应用
在战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能,数据显示采用复合材料结构的前机身段,%,%,%;%。用军机战术技术性能的重要指标,结构重量系数来衡量,国外第四代军机的结构重量系数已达到27~28%。
先进复合材料主要成型工艺
真空袋成型工艺
成型工艺
热压罐成型工艺
真空袋成型工艺
工艺简介
真空袋成型工艺的主要设备是烘箱或其他能提供热源的加热空间,其组装方法一般与热压罐工艺类似。对于热压罐成型工艺,由于工艺过程中施加较高的压力(通常为 0. 3 ~0. 7M Pa ) ,大部分材料中的孔隙通过真空系统逸出或随着多余树脂的流出而排出,剩余的孔隙发生压缩、破碎并溶解在基体中, 从而得到低孔隙含量的复合材料,特别是不会遗留下大尺寸的缺陷。
实验
LT203树脂粘度温度测试
实验结果与分析
复合板材质量分析
实验总结
LT203树脂实验环境控制要求:
在室温抽真空,以每分钟 2 ~3 ℃的速率升温至75 ℃,恒温7h,℃/m in 的速度冷却至 40 ℃以下取出制件。由于双真空袋工艺只是在一定阶段采用双真空的模式,该阶段的设置需要结合具体树脂体系的流变特性和凝胶特性来研究确定。
分别在 0℃,55℃,65℃和75℃设置双真空工艺平台,以考察工艺对树脂粘度的依赖性。同时进行真空袋工艺的对比试验,然后根据分析测试结果来对工艺进行评价和优化。
LT203树脂粘度温度测试曲线图
LT203树脂粘度温度测试
实验结果与分析
对几种工艺制备的复合材料测试厚度和重量:
Vacuum bag
proce ss
309g
279g

DB 2a
307g
278g

DB 2b
308g
276g

DB 2c
309g
280g

75 ℃时LT203树脂的粘度曲线
复合板材质量分析
复合板材超声波C扫描图像
复合材料的光学显微图像
实验总结
复合材料真空袋成型工艺示意图:
使用真空袋成型工艺制备了LT203/T700SC复合材料,并对该工艺进行了研究和优化,结果表明,与常规真空袋成型工艺相比,真空袋成型工艺有利于孔隙的排出,制备的复合材料孔隙含量较低,力学性能大幅度提高,复合材料的质量得到较大改进。