大丝束碳纤维复合材料力学性能研究

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1、大丝束碳纤维复合材料力学性能研究121（1.北京航空材料研究院，北京刘宝锋，陈绍杰，李佩兰100096；2.沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳110035）摘要:本文研究了大丝束碳纤维（48K）复合材料的常规力学性能及耐湿热性能，并与小丝束碳纤维（T300-3K）复合材料进行了对比，研究结果可为大丝束复合材料在航空器的次承力件或非承力件的应用提供技术基础。关键词:大丝束碳纤维（48K）；复合材料；力学性能中图分类号:TQ327.3文献标识码:A文章编号:1007-9815（2003）06-0008-04前言由于大丝束碳纤维（≥48K）具有价格低、

2、研制。PANEX33-48K碳纤维，性能见表1，美国ZOLTEK公司制造。来源容易、性能与12K碳纤维相当等优点，其复合材料在钓鱼竿、高尔夫球杆、建筑补强、天然[1-4]1.2试验方法⑴预浸料树脂含量或面密度，按GB/T7192-气储罐、医疗器械等方面应用广泛，随着大丝1982进行。束碳纤维价格的进一步降低，其应用领域将不断扩大。目前，航空航天领域所用复合材料主要使用3K－12K碳纤维，还未见有大丝束碳纤维在此领域应用的报道。它能否在航空航天领域应用的关⑵拉伸性能，按GB/T3354-1982进行。⑶压缩性能，按GB/T3856-1983

3、进行。⑷面内剪切强度、模量，按GB/T3355-1982进行。⑸弯曲性能，按GB/T3356-1982进行。键决定于其复合材料的力学性能及其稳定性。本文结合实际科研工作，利用自行研制的高⑹层间剪切强度，按1996）进行。JC/T773-1982（温固化（180℃）树脂体系5222B和国外进口的1.3制备大丝束碳纤维预浸料48K碳纤维制成预浸料，并对复合材料层合板力先用1.22m热熔胶膜机制备320mm幅宽、学性能进行了研究。测试了大丝束复合材料单向板和多向板的拉伸、压缩、弯曲、剪切性能及湿热老化性能，并与小丝束碳纤维（T300-3K）复合

4、材料的相应性能进行了对比，将为大丝束碳纤维复合材料在航空航天领域的应用提供技术依据。外观均匀平整的5222B树脂胶膜，然后将胶膜再与48K碳纤维在1.22m热熔预浸机上进行复合浸渍，通过调整预浸温度、压力、速度、纤维张力等工艺参数，制出幅宽300mm的48K碳纤维预浸料，其纤维面密度为(130±5)g/m2，预浸料树脂质量分数ω为(38±3)%，预浸料外观均匀、平整、无干纱。1实验部分1.4制备大丝束复合材料层压板将16层的48K碳纤维预浸料按0°方向铺1.1主要原材料5222B高温固化改性环氧树脂体系，浅黄色贴成单向板；将20层48K碳

5、纤维预浸料按[45°/0°/-45°/90°/45°/0°/-45°/0°/45°/-45°]s铺粘稠体，Tg为222℃，北京航空材料研究院自行收稿日期:2003-11-12；修定日期:2003-12-05贴成多向板后，分别在热压机上模压成型。所制作者简介:刘宝锋（1967-），男，高级工程师，主要从事复合材料树脂基体及预浸料研制开发工作。碳纤维补强片材杭州索奇先进复材公司0571-63331338第6期刘宝锋,等：大丝束碳纤维复合材料力学性能研究-9-的层压板厚度分别为2mm±0.2mm和2.5mm±并命名为5222B。0.2mm，纤维体积分

6、数ö为(60±3)%。5222B树脂体系为浅黄色粘稠体，最小粘度层压板成型工艺：从室温升至130℃－140℃加压至合模，升温速率为2－3℃/min，在180℃为1.15Pa·s（165－170℃），Tg为222℃（DMA法）。下恒温3h，自然冷却至室温后，卸模。2.2大丝束碳纤维复合材料单向板力学22.1结果与讨论树脂基体的研制为适应大丝束碳纤维的自身特点，并满足热性能研究复合材料单向板的力学性能是由纤维、树脂基体以及纤维－树脂界面性能等因素决定的，它是飞机结构设计的重要工程参数，也是评价材料性能优劣的常用参数。因此，为评价大丝束碳纤

7、熔胶膜预浸工艺的要求，必须选择一种粘度适中、性能优良的适于航空使用的高温固化树脂体系。5222树脂体系及其碳纤维复合材料已成功应维复合材料，首先考查了48K碳纤维复合材料的力学性能，分别测试了其纵横向拉伸性能、纵横向压缩性能、主泊松比、面内剪切性能、层间剪切强度等，并与目前已应用于飞机结构件的5222/用于歼八机等飞机上，其Tg为240℃，复合材T300-3K复合材料进行了对比，结果见表2。料的力学性能较高，缺点是工艺性较差，树脂流动性大，且树脂固化后的韧性差，这也限制了该树脂体系的进一步应用。受经费和时间的限制，决定在5222树脂体系的基础

8、上，用热塑性树脂对其进行改性，增加体系的粘度，适当降低其流动性，可以用热熔工艺制备胶膜。但树脂体系的粘度又不能太大，否则将