论文部分内容阅读
碳纤维(CF)增强双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料在固化成型过程中内部会产生大量的热应力,残余热应力的存在直接影响复合材料的界面粘接强度。本文利用马来酸酐功能化的氧化石墨烯(MAH-f-GO)对CF/BMI复合材料进行改性,通过测定横向纤维束(TFB)试样的断裂强度来评估MAH-f-GO对复合材料界面性能的影响;同时利用测得的复合材料的热膨胀系数(CTE)、固化收缩率、泊松比和杨氏模量等参数建立有限元模型,以分析残余热应力及其对界面强度的作用机理,进而建立CF/BMI复合材料热-固耦合模型,并基于此模型的计算结果建立了二维轴对称模型,对复合材料固化残余热应力的大小和分布进行了模拟。研究表明,MAH-f-GO可以有效降低CF/BMI复合材料残余热应力,从而提高其界面粘接强度。当MAH-f-GO含量为0.15 wt%时,TFB试样断裂强度达到了最大值55.07±1.31 MPa,和未加MAH-f-GO的TFB试样相比,增加了52.5%,界面强度得到了显著改善。有限元分析结果证实,固化残余热应力主要集中在复合材料界面附近,是决定复合材料界面强度的关键因素。用MAH-f-GO改性的CF/BMI复合材料,界面的最大残余热应力为1.36 N/m~2,比未改性的复合材料降低了13%。热-固耦合模拟发现,CF/BMI复合材料在固化进行到100 min时达到了最大固化速率。基于热-固耦合模型计算结果,利用二维轴对称模型可以较准确地模拟复合材料的残余热应力。