一种连杆的复合材料浸润性测试方法技术

为了改善复合材料浸润性，本发明专利技术提供一种连杆的复合材料浸润性测试方法，属于飞机结构的设计领域。本发明专利技术包括：S1、获取碳纤维的横截面，计算碳纤维横截面的面积，利用圆的面积公式将其换算成等面积圆的直径，作为碳纤维的直径；S2、将碳纤维放入100℃的烘箱中烘干，将碳纤维剪，用动态接触角测量仪测量，碳纤维单丝插入液面深度为5mm，前进和后退浸润速度均为0.008mm/s；S3、采用动态接触角测量法测试碳纤维与环氧树脂的接触角θ；分别测量两种液体与碳纤维的接触角θ

A test method of composite wettability of connecting rod

【技术实现步骤摘要】
一种连杆的复合材料浸润性测试方法
本专利技术涉及一种复合材料连杆，特别涉及一种连杆的复合材料浸润性测试方法，属于飞机结构的设计领域。
技术介绍
飞机的发展主要以低成本、高运载能力为目标，要达到这个目标首先要解决的是结构减重问题，吊挂盒段下连杆,是吊挂盒段的重要传力零件，用于连接吊挂盒段底部和机翼下翼面,传递发动机推力。传统飞机，包括B737、B777、C919飞机均采用金属材料，但随着复合材料技术的进步，相比于传统钢制连杆结构，如果吊挂连杆采用金属和复合材料相结合，可以减重50％～60％，潜在经济效益巨大。因此，发展复合材料连杆是实现飞机减重目的的关键技术之一。飞机吊挂团队一直希望采用复合材料下连杆技术，以帮助飞机减重，而材料性能对连杆具有很重要的作用，截至目前尚未进行有效的探索。良好的浸润性是复合材料中纤维和树脂两相可达到良好复合的必要条件,因此要进行材料体系的选择，首先应对树脂与纤维间浸润性进行评价,进而提高树脂与纤维的相容性。
技术实现思路
为了改善复合材料浸润性，本专利技术提供一种连杆的复合材料浸润性测试方法。本专利技术的一种连杆的复合材料浸润性测试方法，所述复合材料包括树脂基体和碳纤维，所述方法包括：S1、获取碳纤维的横截面，计算碳纤维横截面的面积，利用圆的面积公式将其换算成等面积圆的直径，作为碳纤维的直径d；S2、将碳纤维放入100℃的烘箱中烘干，将碳纤维剪成50mm长的小段，任意抽取4根单丝粘接固定在夹具上；相邻碳纤维单丝之间的距离为10mm，切去碳纤维多余部分，使其露出夹具的长度尽量相等，用动态接触角测量仪测量，碳纤维单丝插入液面深度为5mm，前进和后退浸润速度均为0.008mm/s；S3、采用动态接触角测量法测试碳纤维与环氧树脂的接触角θ：F＝PγlcosθF表示润湿力，P表示液体与固体的接触周长，P＝π×d，γl表示液体的表面张力；S4、分别测量两种液体与碳纤维的接触角θ1和θ2，根据测得的接触角θ1和θ2计算碳纤维表面能：γ1和γ2分别表示液体1和液体2的表面张力，表示碳纤维的色散分量表面能，表示液体1的色散分量表面能，表示液体2的色散分量表面能，表示碳纤维的极性分量表面能，表示液体1的极性分量表面能，表示液体2的极性分量表面能，γs表示碳纤维表面能；S5、根据碳纤维表面能及碳纤维与环氧树脂的接触角θ，对树脂基体进行改性，改善复合材料浸润性。作为优选，所述S1中，测量多个碳纤维直径，求多个碳纤维直径的平均值作为碳纤维的直径。本专利技术的有益效果，本专利技术通过测量碳纤维的直径及接触角，获得碳纤维与环氧树脂的接触角θ及碳纤维表面能，对树脂基体进行改性，改善复合材料浸润性，即：非极性表面易于与非极性液体发生良好浸润。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。本实施方式的复合材料包括树脂基体和碳纤维，其中树脂基体TDE-85(环氧树脂)，其为淡黄色粘性液体，环氧值0.85Eq/100g，粘度2.0Pa·s(25℃)，其化学结构如下所示：TDE-85是一种三官能度高性能脂环族环氧树脂，分子中含有1个脂环环氧基和2个缩水甘油酯基。具有较高的剪切强度、较低的收缩率和优良的耐温性。其固化主要由两个反应：缩水甘油脂基的反应和脂环基的进一步交联，反应中无小分子，选用改性的芳香胺类固化剂，无水乙醇作为稀释剂。纤维是复合材料的主要承载部分，复合材料性能的好坏，主要取决于增强纤维。对增强纤维材料的要求是：a)高强度和高模量，低密度；b)热稳定性好，纤维与基体的热膨胀系数比较一致或接近；c)树脂浸润性好；d)具有良好的缠绕工艺性，纤维束松紧均匀等。碳纤维是一种强度比钢大、比重比铝轻的新型材料，PAN基碳纤维具有优异的力学性能，因而在高新
和民用工业中得到广泛应用。它的主要性能有以下几点：(l)与金属材料相比较，比重小，仅为1.7-2.0g/cm3，易制得轻质复合材料，易实现制品的轻量化。(2)抗拉强度高，一般在3.0-7.0GPa之间。由于它比重小，强度高，因而比强度也高。(3)杨氏模量高，一般在200-650GPa之间。因而比模量(刚性)相当高。(4)断裂伸长在1.5％-2.2％之间，柔软可编，加工性能好。(5)耐疲劳，疲劳强度高，使用寿命长。(6)减震吸能性能优异，不易起振，起振后可迅速制振，呈现出优异的振动衰减特性。(7)耐摩擦，耐磨损，具有优异的石墨自润滑特性。(8)热膨胀系数小(0-1.1×10-6K-1)，制品尺寸稳定，对环境条件骤变的适应性强。通过精心设计和严密施工，可把制件的热膨胀系数降低到最小程度。(9)热导率高(10-160Wm-1K-1)，不会出现蓄热和过热现象。(10)在惰性气氛中耐热性能非常优异，且强度不下降，这是任何材料都无法比拟的。本实施方式采用日本Toray公司生产的M55J系列碳纤维,其纤维的密度为1.91g/cm3,拉伸强度为4.02GPa,弹性模量为540GPa,延伸率为0.7％。碳纤维表面有许多比较明显的深浅不一的凹凸、沟槽，这是湿法纺丝工艺的特征。碳纤维表面凹凸、沟槽的增加一方面可以增加碳纤维的表面积，从而增大纤维表面能，同时也利于纤维与基体在界面形成较强的机械啮合作用，有利于提高复合材料的层间剪切强。高模碳纤维的截面为不规整的圆形，呈扁平且中间凹陷的“腰果”状，腰果形等其他不规则的截面不仅有利于提高碳纤维比表面积，而且还有利于提高复合材料界面处的机械啮合作用，从而有利于提高复合材料的抗弯强度和层间剪切强度。但另一方面，在同等条件下，圆形截面具有较小的表面积，而且越接近圆形表面积越小。表面积越小则表面微裂纹及缺陷存在的几率也就越小，有利于提高纤维的强度。液体与固体接触时润湿分两种情况：(1)液体完全润湿固体表面，即液—气(l-g)界面与固—液(s-l)界面之间的接触角为0°；(2)液体部分润湿固体表面，即液体在固体表面形成液滴，呈现非零接触角。接触角定义是：过三相的接触点，向l-g界面做切线，l-g界面切线与s-l界面之间的夹角，即为接触角。对于此种情况的宏观液滴，三相界面张力满足Young方程：γl-gcosθ＝γs-g-γs-l其中，γ为界面张力，下标l、g、s分别代表液相、气相和固相，θ为接触角。当γs-g>γs-l时，cosθ>0，θ<90°，γs-g与γs-l差越大，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连杆的复合材料浸润性测试方法，所述复合材料包括树脂基体和碳纤维，其特征在于，所述方法包括：/nS1、获取碳纤维的横截面，计算碳纤维横截面的面积，利用圆的面积公式将其换算成等面积圆的直径，作为碳纤维的直径d；S2、将碳纤维放入100℃的烘箱中烘干，将碳纤维剪成50mm长的小段，任意抽取4根单丝粘接固定在夹具上；相邻碳纤维单丝之间的距离为10mm，切去碳纤维多余部分，使其露出夹具的长度尽量相等，用动态接触角测量仪测量，碳纤维单丝插入液面深度为5mm，前进和后退浸润速度均为0.008mm/s；/nS3、采用动态接触角测量法测试碳纤维与环氧树脂的接触角θ：/nF＝Pγ

【技术特征摘要】
1.一种连杆的复合材料浸润性测试方法，所述复合材料包括树脂基体和碳纤维，其特征在于，所述方法包括：
S1、获取碳纤维的横截面，计算碳纤维横截面的面积，利用圆的面积公式将其换算成等面积圆的直径，作为碳纤维的直径d；S2、将碳纤维放入100℃的烘箱中烘干，将碳纤维剪成50mm长的小段，任意抽取4根单丝粘接固定在夹具上；相邻碳纤维单丝之间的距离为10mm，切去碳纤维多余部分，使其露出夹具的长度尽量相等，用动态接触角测量仪测量，碳纤维单丝插入液面深度为5mm，前进和后退浸润速度均为0.008mm/s；
S3、采用动态接触角测量法测试碳纤维与环氧树脂的接触角θ：
F＝Pγlcosθ
F表示润湿力，P表示液体与固体的接触周长，P＝π×d，γl表示液体的表面张力；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣国，徐忠海，赫晓东，蔡朝灿，白玉娇，刘文博，苗琳琳，邹肖灿，董旭伦，
申请(专利权)人：肇庆市海特复合材料技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44