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耐高温抗激光烧蚀涂层研制与性能表征

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2014.1.006

以有机硅树脂、聚碳硅烷和玻璃粉为黏结剂,添加Al2O3,BN,SiC,ZrO2,SiO2和碳纤维等耐热填料制备了抗烧蚀涂层,对其物理机械性能进行了表征,同时分别采用马氟炉、氧乙炔焰烧蚀对其耐热抗烧蚀性能进行了表征.研究结果表明:玻璃粉、BN对改善涂层裂纹起关键作用,ZrO2对提高涂层隔热和耐烧蚀性能至关重要.所研制涂层在厚度为l mm的30CrMnSiA钢基材表面涂覆600μm,经受3000℃氧乙炔焰4s烧蚀,钢基材不发生穿孔;900μm厚度的涂层在531W/cm2激光功率密度下照射4s,带涂层钢基材背面温度比同等辐照温度下,空白钢板背面温度下降1000℃左右.

关键词: 激光防护 , 高温涂层 , 烧蚀 , 裂纹

国产T800碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的界面及力学性能

李伟东 , 张金栋 , 刘刚 , 钟翔屿 , 张代军 , 包建文 , 肇研

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160511.005

分别采用日本东丽T800H 和国产T800碳纤维作为增强体,采用热压罐工艺制备双马来酰亚胺树脂基复合材料。研究了2种碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明：国产T800碳纤维表面沟槽分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。同时,国产T800碳纤维表面具有较多的含氧官能团,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用。因此,国产T800碳纤维的界面剪切强度较T800H 碳纤维高约27%。国产 T800/HT-280复合材料的力学性能均普遍高于 T800H/HT-280复合材料,其中,90°拉伸强度高约25%,面内剪切强度、弯曲强度高约12%,层间剪切强度高约7%。

关键词: T800 碳纤维 , 双马来酰亚胺树脂 , 复合材料 , 界面 , 力学性能

高韧性双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学和TTT图

李伟东 , 张金栋 , 刘刚 , 钟翔屿 , 张代军 , 包建文 , 肇研

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20151030.001

采用动态DSC法,研究了高韧性双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学。根据Kissinger方程和Crane方程,拟合得到双马来酰亚胺树脂的固化动力学参数,建立了该树脂的唯象模型。采用恒温 DSC 法,根据 DiBene-detto方程,建立了双马来酰亚胺树脂的玻璃化转变温度与固化度之间的函数关系。采用凝胶盘法,获得了该树脂在不同温度下的凝胶时间,建立了凝胶时间和凝胶温度之间的函数关系,得到了树脂的时间-温度-转变(TTT)图。根据TTT图对复合材料的固化工艺进行优化。结果表明：预浸料在150℃恒温0.5 h后加压0.6 MPa,树脂具有一定的流动性,可制备内部质量完好的复合材料。

关键词: 双马来酰亚胺树脂 , 固化反应动力学 , TTT图 , 成型工艺优化 , 复合材料

光纤布拉格光栅监测CF3052／5224复合材料成型过程研究

张金栋 , 于海涛 , 李龙 , 王庆有 , 魏鹏 , 肇研

材料科学与工艺 doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20150403

温度与应变是监测复合材料热压罐固化成型工艺两个最重要的表征参数，利用光纤布拉格光栅传感原理，采用毛细钢管封装的方法，制备了完全屏蔽应变信号的温度传感器，将温度传感器和应变传感器同时埋植在复合材料内部，实现了对热压罐成型全过程的实时监测，获得了复合材料成型过程中的内部温度和应变信息。对复合材料平板件和T型加筋板三角填充区域进行的温度监测结果表明，复合材料内部温度变化较罐内温度有一定滞后，传统成型工艺控制给出的加压点偏早，可能引起复合材料贫胶等缺陷。应变监测结果表明，平板件内部的应变变化主要反应树脂固化过程中的物理化学变化，在T型加筋板三角填充区域，应变监测在自然冷却阶段出现了不同于平板件的应变“回弹”现象，一定程度上反映出该区域在成型过程中容易出现缺陷的原因。

关键词: 复合材料 , 光纤布拉格光栅 , 工艺控制 , 固化监测 , T型加筋板

氧化铝粉料的颗粒级配对成型行为和烧结行为的影响

张金栋 , 施剑林

无机材料学报

研究了颗粒级配对超细氧化铝粉体成型行为和烧结行为的影响．发现两种颗粒直径之比约为2的氧化铝粉体，一定比例混合后可获得比同样条件下单独的粉体高得多的成型密度.在细颗粒体积百分数约为33％时，应用压滤成型工艺（45MPa）获得的素坯相对密度高达72％．研究了压滤和干压成型方法对成型素坯密度及其烧结的影响．压滤成型的素坯，由于成型密度高、气孔分布窄、孔径小而有利于烧结，在较低的温度下可以达到理论密度，烧结体晶粒细小均匀，无明显缺陷；这一条件下于压成型（300MPa）得到的素坯由于有较宽的气孔尺寸分布，影响烧结，并且烧结体中有较大的气孔，不能完全致密．应用新的烧结理论对此进行了解释．

关键词: 氧化铝 , bimodal particle sizc distribution , pressure filtration , sintering behavour

还原石墨烯复合材料的力学和电磁性能

张金栋 , 刘刚 , 郝月 , 韩潇 , 李烨 , 肇研

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150518.003

采用水合肼对氧化石墨烯进行还原,获得2种含氧量不同的还原石墨烯(rGO),与双马来酰亚胺(BMI)树脂溶液混合并通过湿法预浸工艺制备碳纤维(CF)预浸料,采用热压成型工艺制备rGO-CF/BMI复合材料单向板.研究了rGO的还原程度及含量对复合材料力学性能、玻璃化转变温度及电磁性能的影响.结果表明:在较高温度下制得的rGO2比在较低温度下制得的rGO1具有更高的还原程度,rGO2在树脂中的分散性相对较差.当rGO1与rGO2的质量分数分别为0.1％和0.05％时,rGO1-CF/BMI复合材料和rGO2-CF/BMI复合材料的层间剪切强度分别达到最高,相对于CF/BMI复合材料均提高约14％,而弯曲性能和玻璃化转变温度基本不变.rGO2-CF/BMI复合材料的介电性能优于rGO1-CF/BMI复合材料,当rGO2的质量分数为0.1％时,在12.4～18.0 GHz的频率范围内,rGO2-CF/BMI复合材料的介电常数实部较CF/BMI复合材料最高提高约6倍,介电损耗最高提高约3倍.在该频率范围内,rGO1-CF/BMI和rGO2-CF/BMI复合材料均呈弱磁性,对入射电磁波的作用为高反射、低吸收.

关键词: 石墨烯 , 双马来酰亚胺树脂 , 复合材料 , 力学性能 , 电磁性能

耐高温双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学和TTT图

李伟东 , 张金栋 , 李韶亮 , 刘刚 , 钟翔屿 , 包建文

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.09.007

采用动态DSC法对耐高温双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学进行研究,根据Kissinger方程和Crane方程,拟合得到树脂的固化动力学参数,并建立树脂的唯象模型.此外,采用恒温DSC法,根据DiBenedetto方程,建立树脂的玻璃化转变温度与固化度之间的函数关系.采用凝胶盘法,获得树脂在不同温度下的凝胶时间,建立凝胶时间和凝胶温度之间的函数关系,最终得到树脂的TTT图.结果表明:根据TTT图确定合适的加压时机,可以有效排除夹杂于预浸料层内层间的气体,从而制备内部质量完好的复合材料.

关键词: 双马来酰亚胺树脂 , 固化反应动力学 , TTT图 , 工艺优化

氧化石墨烯/炭纤维/环氧树脂基复合材料的制备及其层间剪切性能

韩潇 , 肇研 , 孙健明 , 李烨 , 张金栋 , 郝月

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(17)60107-0

利用预浸料技术热压工艺,制备了氧化石墨烯改性的炭纤维环氧树脂基复合材料.为获得更好的分散效果及加工性能,选用四氢呋喃作为溶剂来分散氧化石墨烯.结果显示:含有氧化石墨烯的混合胶液体系可稳定3h左右,满足预浸料制备工艺要求;制得的复合材料单向层板层间剪切强度(ILSS)有较大提高,当氧化石墨烯含量为0.10%时,其达到96.14 MPa,与空白样板相比提高了约8.05%,玻璃化转变温度升高近5℃.断面形貌分析表明,上述显著提高可能是由于氧化石墨烯的加入使得环氧树脂增韧以及炭纤维复合材料的界面得到较大的改善所致.

关键词: 氧化石墨烯 , 复合材料 , 炭纤维 , 环氧树脂 , 层间剪切强度