在过去的几十年里，复合材料在航空结构制造中变得越来越普遍。亚博网站下载最近这一趋势主要是由韧性性能、燃料效率和碳排放减少等因素推动的。设计工程师正在逐步放弃使用更传统的金属结构，而更倾向于使用复合材料。
玻璃和碳纤维增强复合材料因其高强度、高刚度和轻量化而受到高度重视。因此，它们被广泛应用于需要结构高性能和相对较低重量的组合。虽然高性能复合材料确实存在，但其韧性、固化柔韧性和加工潜力仍有很大的改进空间。
系统可提供，可提供高韧性复合材料，但这些耐热/湿性能较差，特别是在较高的服务温度范围内（> 82°C / 180°F）。
此外，许多增韧环氧树脂系统不适合加工(无论是OOA/VBO或高压釜)，而不是要求固化灵活性(从135°C到180°C)，以提供类似的机械性能。
在整个行业中，广泛的方法被用于制造增韧预浸料。通过使用增韧剂(如热塑性塑料和橡胶)、改善纤维/树脂相容性，或使用均相和非均相树脂混合物的方法，可以制成高增韧树脂。
制造高抗冲击层压板的一种更常见的方法是在纤维层之间开发一种极其坚韧、坚固的中间层。一般认为，为了防止冲击后的裂纹扩展，应提高层间韧性或至少与层内(纤维束)韧性不同。
这篇文章探讨了绩效TC380系统．该公司使用Toray T800GC 24K 150 gsm纤维进行评估，其中树脂含量为35%。在135°C(275°F) 6小时，150°C(300°F) 4小时，180°C(356°F) 2小时的高压釜外条件下加工和固化后，确认了这一含量。
c扫描检查后，对这三种不同固化剖面的复合性能进行层合板质量评估。他们的机械性能也被评估使用各种工具，包括CAI, G₁C, G₂C, OHC和OHT。我们检测了TC380系统的放热行为，以确定放热失控是否有可能损坏由其制成的厚部件。
我们准备了一个带有各种铺层滴剂的91层装配式翼梁，以研究ooa工艺TC380系统在创建复杂几何形状时的性能。
实验
进行许多实验，以便彻底评价TC380韧性树脂体系。本实验中使用的主要材料是具有35％树脂含量的UD带T800GC 24K 150 GSM，但在HTS40 3K 2×2斜纹织物192GSM上的TC380树脂还包括具有42％树脂含量的额外结果。
该织物增韧系统和UD胶带由位于加州摩根山的东丽先进复合材料公司(Toray Advanced Composites，前身为TCAC)生产。
层压和机械测试
最初，全面脱气的TC380树脂混合物以减少捕获空气的可能性。在整个树脂混合过程中，真空水平保持在至少27英寸的水平，以确保在混合温度下适当脱气。
使用具有TC380树脂的T800GC 24K碳纤维产生单向预浸料，这在三种不同的固化温度下固化，以适当地比较其机械性能。
采用专利膜法和压延法生产预浸料，对OOA加工进行了优化。通过树脂含量、树脂流动、一汽和挥发性试验对预浸料的外观和质量进行了验证。
在oOa固化之前，预浸料和手动铺设。为每个机械测试创建的层压板遵循适当的ASTM测试方法中布置的指南。在固化OOA层压板之前适当的降低剂是确保高层压板质量的中心因素。
预浸料坯被淘汰了15分钟，每四层，直到所有所需的层都准备就绪。真空继续保持至少27英文。此外，利用多孔的Teflon涂覆的玻璃（TX1040）的帘布层来辅助捕获的空气去除 - 这被替换了每两次或三个衰老的循环。
在机械测试层合板制造中采用的基本固化周期如下:
- 应用真空(最低27英寸汞柱)
- 在室温下保持真空4小时
- 在0.6°C（1°F）/ min至107°C±3°C（225°F±5°F）中加热
- 保持107°C±3°C(225°F±5°F) 1小时
- 加热温度0.6°C(1°F)/min至180°C±3°C(356°F±5°F)
- 保持在180°C±3°C(356°F±5°F) 2小时
- 3°C至4°C(5°F至7°F)/min至60°C(140°F)以下
几根热电偶线被用来监测和记录温度，而真空传感器被用来观察整个固化过程中的真空水平。固化层板也进行了c扫描，以评估OOA固化过程的整体质量。
对c扫描结果进行评估，并在必要的地方进行横切放大。金刚石锯被用来湿切机械测试样品到ASTM方法中指定的尺寸，然后加工，样品在100°C(212°F)下干燥1小时。
标本干燥后保存在21°C±6°C(70°F±10°F)，并干燥至测试。干燥后，湿标本通过71°C(160°F)的水浸泡14天。所有的标本都在30分钟内进行了测试。
所有层压板样品的测试都是按照ASTM测试方法进行的(表1)。总共测试了5个样品，报告并评估了每个单独测试和条件的平均值。这些包括:
- 180°C固化试样在121°C下进行ETW和ETD测试。
- 135°C固化试样ETW和ETD在82°C的室温下进行测试。
- 在两个温度条件下测试150℃固化样品ETW和ETD，因为发现湿Tg（在水调节14天后）在121℃测试温度下承受。
表格1。测试方法。来源:Toray先进复合材料
| 测试面板 |
测试方法 |
| 抗拉强度与模量 |
ASTM 3039 |
| 压缩强度和模量 |
ASTM D 695 |
| 压缩组合加载试验(CCLT) |
ASTM D 6641 |
| 短梁剪切 |
ASTM D2344 |
| 抗弯强度和模量 |
ASTM D 790 |
| 面内剪切强度和模量 |
ASTM D 3518 |
| 裸眼抗拉强度(OHT) |
ASTM D 5766. |
| 开孔压缩强度（OHC） |
ASTM D 6484. |
| 冲击后压缩试验(CAI) |
ASTM D 7136/7137 |
| 层间断裂韧性模式11C) |
D6-83079-131 |
| 层间骨折韧性模式2（g2C) |
D6-83079-132 |
分析层压板
使用以下方法分析所有层压板：
超声波无损检测
采用c扫描对复合材料层合板进行分析，采用振幅、b扫描、厚度和振幅直方图测量层合板质量。在U-Twin软件的辅助下，采用了NDT自动超声浸没扫描仪进行数据分析。每个层压板固化后通过安装了5 MHz换能器的脉冲回波进行检查。
显微镜
在发生显微镜检查之前盆栽盆栽样品并固化。然后用来自Buehler的EComet 4000变速磨机抛光机抛光样品 - 具体使用具有9至0.05微米粒径的多晶金刚石抛光介质溶液。
奥林巴斯BHT数码相机用于捕获图中所述放大倍数的图像。另外，使用图像J软件分析仪评估每个样品中的空隙百分比。
纤维体积酸消解
用CEM公司的Mars机器进行酸消化。样品与40毫升浓硝酸一起插入一个塑料容器中，然后通过一个预先编程的消化循环。
用差示扫描量热法研究固化度
固化程度用TA仪器DSC Q20确定，加热速率为10°C/min。为了建立系统的最佳固化，完成了各种固化剖面。
部分制造示范
使用固结，叠层技术和固化循环概述区域产生具有可变横截面厚度的91层演示翼底截面。在制造后，在确定其在各个位置的空隙含量之前，部分分开。
热稳定性
TC380的热稳定性从100层到800层进行了评估。这涉及到层位在0°方向切割，然后依次以5个为一组去体积。热电偶被插入层之间的巩固和层压板形成步骤，允许温度测量在层压板的不同区域。
然后绘制和评估热电偶的温度读数，以寻找温度峰值或放热反应。层压板如前所述，在180°C(356°F)固化2小时之前铺好。
结果
该过程的目标是开发极其强化的预浸料系统，在vBO / oOa和高压釜过程中显示各种固化温度和固化型材的性能平衡和可比性机械性能。下面概述了各种复合层压板上的评价结果。
层板在三个不同的固化周期下进行处理，分别是RTD, ETD和ETW。在每个周期下提供层压板的机械性能，以及用TC380浸渍的织物。最后，还展示了TC380在厚截面气动结构上的最终设计结果。
综合机械性能
在不同条件下对所有性能进行了测试。除以树脂为主的性能外，UD胶带结果归一化至60%纤维体积，织物数据归一化至55%。在试验过程中，所有的破坏模式都是良好的，可以接受的。下面的表格和图表详细说明了这组实验的结果。
图1所示。CAI，G = CR RTD机械强度的比较。图片来源:Toray先进复合材料
图2。抗拉强度比较。图片来源:Toray先进复合材料
图3。SBS的比较。图片来源:Toray先进复合材料
图4。抗剪强度比较。图片来源:Toray先进复合材料
图5。OHC的比较。图片来源:Toray先进复合材料
图6。OHT的比较。图片来源:Toray先进复合材料
图7。复合材料的吸水率有三种不同的固化方法。图片来源:Toray先进复合材料
这里，在71℃（160°F）下将三种2x2“样品调节14天。报告所有固化循环的吸水百分比。Eq。1显示用于计算吸水百分比的公式。
方程1。吸水率（％）
在那里;
W1-干重样本W2 =调节14天后标本的湿重
表2。T800GC 24K 150 gsm/TC380 35% RC 180°C OOA固化。来源:Toray先进复合材料
| 机械性能 |
180 C°固化 - 121 C°H / W. |
| 单位 |
RTD |
ETD. |
ETW. |
| SBS在0° |
MPa (ksi) |
96.1 (13.9) |
76.6 (11.1) |
52.9（7.67） |
| 弯曲强度在0°16层 |
MPa (ksi) |
1503 (218) |
1090 (158) |
883（128） |
| 柔性模量在0°16层 |
GPa (Msi) |
117（17.0） |
108 (15.7) |
99.2 (14.4) |
| 弯曲强度在0°8层 |
MPa (ksi) |
1883 (273) |
1276（185） |
1069 (155) |
| 弹性模量在0°8层 |
GPa (Msi) |
121 (17.6) |
106（15.4） |
99.2 (14.4) |
| CS695在0° |
MPa (ksi) |
1193 (173) |
1090 (158) |
1048 (152) |
| CM695在0° |
GPa (Msi) |
150 (21.7) |
254 (22.4) |
143 (20.8) |
| CS695 90° |
MPa (ksi) |
230 (33.3) |
183 (26.6) |
138（20.0） |
| 在90°CM695 |
GPa (Msi) |
8.34（1.21） |
8.20 (1.19) |
8.13 (1.18) |
| CS6641退回到0°特性 |
MPa (ksi) |
1621 (235) |
1462 (212) |
1359 (197) |
| UNC强度气 |
MPa (ksi) |
639 (92.7) |
564 (81.8) |
446 (64.7) |
| UNC模数气 |
GPa (Msi) |
54.7（7.93） |
54.4 (7.89) |
54.3 (7.87) |
| 0°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
3297（478） |
3366 (488) |
3248 (471) |
| 0°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
172 (24.9) |
191 (27.7) |
187 (27.2) |
| 泊松比 |
|
0.440 |
|
|
| 90°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
70.3（10.2） |
56.8（8.24） |
31.7 (4.60) |
| 90°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
8.13 (1.18) |
6.48（0.940） |
5.79 (0.840) |
| 极限面内抗剪强度 |
MPa (ksi) |
138（20.0） |
108 (15.6) |
68.3（9.90） |
| 面内剪切模量 |
GPa (Msi) |
3.78 (0.490) |
2.76（0.400） |
2.07 (0.300) |
| v型切口剪切强度0.5%偏移 |
MPa (ksi) |
59.2 (8.59) |
48.7 (7.06) |
36.8 (5.33) |
| V-Notch剪切模量0.5％偏置 |
GPa (Msi) |
3.86 (0.560) |
3.24 (0.470) |
2.83（0.410） |
| 裸眼井抗压强度 |
MPa (ksi) |
303 (44.0) |
274 (39.7) |
224 (32.5) |
| 裸眼井抗拉强度 |
MPa (ksi) |
550 (79.8) |
550 (79.8) |
567 (82.2) |
| Filled-Hole抗拉强度 |
MPa (ksi) |
562 (81.5) |
|
|
| CAI（6.7 J / MM，1500 IN-IN / IN冲击） |
MPa (ksi) |
326 (47.3) |
|
|
| G1C |
490 J /米2（2.80 IN-LB / IN2） |
| G2C |
2291 J /米2(13.1在lb /2） |
| DMA的TG. |
°C |
干- 202.86;湿- 163.94 |
| 水吸收 |
％ |
0.84 |
表3。T800GC 24K 150 gsm/TC380 35% RC 150°C OOA固化。来源:Toray先进复合材料
| 机械性能 |
150 C°固化- 121 C°H/W |
| 单位 |
RTD |
ETD. |
ETW. |
| SBS在0° |
MPa (ksi) |
91.6 (13.3) |
75.2 (10.9) |
52.9（7.67） |
| 弯曲强度在0°16层 |
MPa (ksi) |
1538 (223) |
1207 (175) |
945 (137) |
| 柔性模量在0°16层 |
GPa (Msi) |
117（17.0） |
120 (17.4) |
112（16.2） |
| 弯曲强度在0°8层 |
MPa (ksi) |
1828 (265) |
1407（204） |
1159（168） |
| 弹性模量在0°8层 |
GPa (Msi) |
130 (18.8) |
113 (16.4) |
111（16.1） |
| CS695在0° |
MPa (ksi) |
1234 (179) |
1000 (145) |
986 (143) |
| CM695在0° |
GPa (Msi) |
152 (22.1) |
142 (20.6) |
144 (20.9) |
| CS695 90° |
MPa (ksi) |
230 (33.3) |
184 (26.7) |
154 (22.3) |
| 在90°CM695 |
GPa (Msi) |
9.58 (1.39) |
9.10 (1.32) |
9.09 (1.31) |
| CS6641退回到0°特性 |
MPa (ksi) |
1621 (235) |
1366 (198) |
1255 (182) |
| UNC强度气 |
MPa (ksi) |
592 (85.8) |
556 (80.6) |
509 (73.9) |
| UNC模数气 |
GPa (Msi) |
58.4 (8.47) |
58.4 (8.47) |
51.9 (7.53) |
| 0°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
3683 (534) |
3159 (458) |
3421 (496) |
| 0°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
172 (25.1) |
176 (25.6) |
196 (28.4) |
| 泊松比 |
|
0.32 |
|
|
| 90°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
68.0（9.86） |
56.7 (8.22) |
42.8（6.20） |
| 90°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
8.48 (1.23) |
7.03 (1.02) |
6.27（0.91） |
| 极限面内抗剪强度 |
MPa (ksi) |
144 (20.9) |
100 (14.5) |
73.1 (10.6) |
| 面内剪切模量 |
GPa (Msi) |
3.45 (0.500) |
2.76（0.400） |
0.320 (2.21) |
| v型切口剪切强度0.5%偏移 |
MPa (ksi) |
57.4 (8.32) |
48.4 (7.02) |
35.7 (5.17) |
| V-Notch剪切模量0.5％偏置 |
GPa (Msi) |
4.07 (0.590) |
3.51 (0.510) |
3.03 (0.440) |
| 裸眼井抗压强度 |
MPa (ksi) |
308 (44.7) |
266（38.5） |
213 (30.9) |
| 裸眼井抗拉强度 |
MPa (ksi) |
609 (88.3) |
601（87.2） |
594 (86.1) |
| Filled-Hole抗拉强度 |
MPa (ksi) |
641 (93.0) |
|
|
| CAI（6.7 J / MM，1500 IN-IN / IN冲击） |
MPa (ksi) |
314 (45.6) |
|
|
| G1C |
506 J /米2（2.89 IN-LB / IN2） |
| G2C |
1979 J /米2(11.3在lb /2） |
| TG经DMA测定(C°) |
°C |
干- 181.14;湿- 150.33 |
| 水吸收 |
（%） |
% 0.65 |
表4。T800GC 24K 150 gsm/TC380 35% RC 135°C OOA固化。来源:Toray先进复合材料
| 机械性能 |
135 C°固化- 82 C°H/W |
| 单位 |
RTD |
ETD. |
ETW. |
| SBS在0° |
MPa (ksi) |
94.6 (13.7) |
79.3（11.5） |
63.3 (9.18) |
| 弯曲强度在0°16层 |
MPa (ksi) |
1448 (210) |
1245 (180) |
1141（165） |
| 柔性模量在0°16层 |
GPa (Msi) |
116 (16.8) |
113 (16.4) |
115 (16.7) |
| 弯曲强度在0°8层 |
MPa (ksi) |
1684 (244) |
1459 (225) |
1354 (196) |
| 弹性模量在0°8层 |
GPa (Msi) |
117（17.0） |
113 (16.4) |
117（17.0） |
| CS695在0° |
MPa (ksi) |
1271 (184) |
1155（168） |
1113（161） |
| CM695在0° |
GPa (Msi) |
147（21.3） |
149 (21.6) |
153 (22.2) |
| CS695 90° |
MPa (ksi) |
225（32.7） |
193 (28.0) |
168 (24.4) |
| 在90°CM695 |
GPa (Msi) |
10.1 (1.46) |
9.72 (1.41) |
9.72 (1.41) |
| CS6641退回到0°特性 |
MPa (ksi) |
1627 (236) |
1554 (225) |
1391 (202) |
| UNC强度气 |
MPa (ksi) |
610（88.5） |
537 (77.9) |
491 (71.2) |
| UNC模数气 |
GPa (Msi) |
53.1 (7.71) |
51.7 (7.5) |
50.9 (7.39) |
| 0°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
3440（499） |
3391 (492) |
3349（486） |
| 0°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
151 (22.0) |
179（26.0） |
186 (27.0) |
| 泊松比 |
|
0．35 |
|
|
| 90°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
67.3（9.76） |
59.7 (8.65) |
45.4 (6.58) |
| 90°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
8.20 (1.19) |
7.79 (1.13) |
6.89（1.00） |
| 极限面内抗剪强度 |
MPa (ksi) |
141 (20.4) |
113 (16.4) |
100 (14.6) |
| 面内剪切模量 |
GPa (Msi) |
3.65（0.530） |
0.440（3.03） |
2.83（0.410） |
| v型切口剪切强度0.5%偏移 |
MPa (ksi) |
61.5 (8.92) |
50.3 (7.30) |
44.3（6.42） |
| V-Notch剪切模量0.5％偏置 |
GPa (Msi) |
4.27 (0.620) |
3.58 (0.520) |
3.86 (0.560) |
| 裸眼井抗压强度 |
MPa (ksi) |
302 (43.7) |
283 (41.0) |
247 (25.9) |
| 裸眼井抗拉强度 |
MPa (ksi) |
606 (87.9) |
607 (88.0) |
599 (86.9) |
| Filled-Hole抗拉强度 |
MPa (ksi) |
822 (90.2) |
|
|
| CAI（6.7 J / MM，1500 IN-IN / IN冲击） |
MPa (ksi) |
328 (47.6) |
|
|
| G1C |
520 J /米2(2.97在lb /2） |
| G2C |
1968 J /米2(11.2在lb /2） |
| DMA的TG. |
°C |
干- 175.84;湿- 145.59 |
| 水吸收 |
％ |
0.58 |
表5所示。T800GC 24K 150 gsm/TC380 35% RC 150°C OOA固化。来源:Toray先进复合材料
| 机械性能 |
150°固化- 82°H/W |
| 单位 |
RTD |
ETD. |
ETW. |
| SBS在0° |
MPa (ksi) |
91.6 (13.3) |
80.9（11.7） |
73.1 (10.6) |
| 弯曲强度在0°16层 |
MPa (ksi) |
1538 (223) |
1307（190） |
1071 (155) |
| 柔性模量在0°16层 |
GPa (Msi) |
117（17.0） |
114 (16.5) |
15.7 (10) |
| 弯曲强度在0°8层 |
MPa (ksi) |
1828 (265) |
1560 (226) |
1301 (189) |
| 弹性模量在0°8层 |
GPa (Msi) |
130 (18.8) |
115 (16.6) |
110 (16.0) |
| CS695在0° |
MPa (ksi) |
1234 (179) |
1046（152） |
1036 (150) |
| CM695在0° |
GPa (Msi) |
152 (22.1) |
136（19.8） |
138（20.0） |
| CS695 90° |
MPa (ksi) |
230 (33.3) |
188（27.3） |
157 (22.8) |
| 在90°CM695 |
GPa (Msi) |
9.58 (1.39) |
8.41（1.22） |
8.34（1.21） |
| CS6641退回到0°特性 |
MPa (ksi) |
1621 (235) |
1486 (215) |
1482 (214) |
| UNC强度气 |
MPa (ksi) |
592 (85.8) |
554 (80.3) |
533 (77.3) |
| UNC模数气 |
GPa (Msi) |
58.4 (8.47) |
54.9 (7.96) |
59.3（8.60） |
| 0°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
3683 (534) |
3455（501） |
3171（460） |
| 0°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
172 (25.1) |
179（26.0） |
164（23.8） |
| 泊松比 |
|
0.32 |
|
|
| 90°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
68.0（9.86） |
59.8 (8.67) |
44.0 (6.38) |
| 90°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
8.48 (1.23) |
7.03 (1.02) |
6.55 (0.95) |
| 极限面内抗剪强度 |
MPa (ksi) |
144 (20.9) |
120 (17.4) |
102 (14.8) |
| 面内剪切模量 |
GPa (Msi) |
3.45 (0.500) |
2.83（0.410） |
2.55 (0.370) |
| v型切口剪切强度0.5%偏移 |
MPa (ksi) |
57.4 (8.32) |
49.2 (7.13) |
42.6 (6.17) |
| V-Notch剪切模量0.5％偏置 |
GPa (Msi) |
4.07 (0.590) |
3.38 (0.490) |
3.51 (0.510) |
| 裸眼井抗压强度 |
MPa (ksi) |
308 (44.7) |
286 (41.4) |
254 (36.8) |
| 裸眼井抗拉强度 |
MPa (ksi) |
609 (88.3) |
611 (88.6) |
602（87.4） |
| Filled-Hole抗拉强度 |
MPa (ksi) |
641 (93.0) |
|
|
| CAI（6.7 J / MM，1500 IN-IN / IN冲击） |
MPa (ksi) |
314 (45.6) |
|
|
| G1C |
506 J /米2（2.89 IN-LB / IN2） |
| G2C |
1979 J /米2(11.3在lb /2） |
| DMA的TG. |
°C |
干- 181.14;湿- 150.33 |
| 水吸收 |
％ |
0.65 |
表6所示。HTS40 3K 2x2斜面，193 gsm/TC380 42% RC 180°C OOA固化- 122°C热/湿。来源:Toray先进复合材料
| 机械性能 |
180℃- 2小时 |
| 单位 |
RTD |
ETD. |
ETW. |
| SBS在0° |
MPa (ksi) |
73.0 (10.6) |
60.6（8.78） |
49.3 (7.15) |
| 弯曲强度在0°14层 |
MPa (ksi) |
1068（155） |
859 (125) |
735 (107) |
| 弹性模量在0°14层 |
GPa (Msi) |
56.8（8.24） |
43.0 (6.23) |
40.8 (5.92) |
| CS695在0° |
MPa (ksi) |
810（117） |
692（100） |
657 (95.3) |
| CM695在0° |
GPa (Msi) |
67.0 (9.71) |
62.9 (9.12) |
62.7（9.09） |
| CS695 90° |
MPa (ksi) |
843 (122) |
741 (107) |
692（100） |
| 在90°CM695 |
GPa (Msi) |
67.7（9.83） |
64.0 (9.28) |
61.8（8.96） |
| CS6641 @ 0° |
MPa (ksi) |
700（101） |
595 (86.2) |
541 (78.4) |
| CM6641 @ 0° |
GPa (Msi) |
73.4 (10.7) |
66.9 (9.71) |
60.8 (8.82) |
| CS6641 @ 90° |
MPa (ksi) |
701 (102) |
668（96.9） |
631 (91.6) |
| CS6641 @ 90° |
MPa (ksi) |
70.8 (10.3) |
66.2 (9.61) |
59.8（8.68） |
| 0°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
1051（152） |
1111（161） |
1060（154） |
| 0°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
64.0 (9.29) |
77.1 (11.2) |
70.6（10.3） |
| 90°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
1065 (154) |
1067 (155) |
1029（149） |
| 90°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
68.2 (9.89) |
78.1 (11.3) |
74.8 (10.9) |
| 极限面内抗剪强度 |
MPa (ksi) |
151 (22.0) |
105 (15.2) |
88.3 (12.8) |
| 面内剪切模量T |
|
3.10 (0.45) |
2.89（0.42） |
3.10 (0.45) |
| v型切口剪切强度0.5%偏移 |
MPa (ksi) |
57.3（8.31） |
|
|
| V-Notch剪切模量0.5％偏置 |
GPa (Msi) |
3.10 (0.45) |
|
|
| 裸眼井抗压强度 |
MPa (ksi) |
308（44.6） |
279 (40.5) |
258 (37.4) |
| 裸眼井抗拉强度 |
MPa (ksi) |
399 (57.8) |
402（58.3） |
395 (57.2) |
| Filled-Hole抗拉强度 |
MPa (ksi) |
407 (59.0) |
|
|
| CAI（6.7 J / MM，1500 IN-IN / IN冲击） |
MPa (ksi) |
320（46.5） |
|
|
| DMA的TG. |
°C |
干 - 207;湿 - 165. |
| 水吸收 |
％ |
50.74 |
表7所示。HTS40 3K 2X2斜纹，193 GSM / TC380 42％RC 135°C OOA固化-82°C热/湿。来源:Toray先进复合材料
| 机械性能 |
135℃- 6小时 |
| 单位 |
RTD |
ETD. |
ETW. |
| SBS在0° |
MPa (ksi) |
73.8 (10.7) |
64.0 (9.28) |
52.5 (7.61) |
| 弯曲强度在0°14层 |
MPa (ksi) |
979 (142) |
890 (129) |
821（119） |
| 弹性模量在0°14层 |
GPa (Msi) |
40.9 (5.94) |
42.0 (6.09) |
40.8 (5.92) |
| CS695在0° |
MPa (ksi) |
814（118） |
724 (105) |
681 (98.8) |
| CM695在0° |
GPa (Msi) |
62.9 (9.13) |
62.5 (9.07) |
65.5 (9.50) |
| CS695 90° |
MPa (ksi) |
862 (125) |
745（108） |
731 (106) |
| 在90°CM695 |
GPa (Msi) |
65.1 (9.45) |
61.1（8.86） |
65.5 (9.50) |
| CS6641 @ 0° |
MPa (ksi) |
663 (96.1) |
606 (87.8) |
564 (81.8) |
| CM6641 @ 0° |
GPa (Msi) |
58.0 (8.41) |
57.0（8.27） |
58.8 (8.53) |
| CS6641 @ 90° |
MPa (ksi) |
666 (96.6) |
620 (89.9) |
584 (84.7) |
| CS6641 @ 90° |
MPa (ksi) |
56.9 (8.26) |
57.3（8.32） |
56.2 (8.16) |
| 0°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
1014 (147) |
1041 (151) |
1034 (150) |
| 0°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
66.6 (9.66) |
69.6 (10.1) |
69.6 (10.1) |
| 90°拉伸强度 |
MPa (ksi) |
952 (138) |
993（144） |
952 (138) |
| 90°拉伸模量 |
GPa (Msi) |
63.7（9.24） |
67.1（9.74） |
68.9 (10.0) |
| 极限面内抗剪强度 |
MPa (ksi) |
135 (19.6) |
108 (15.7) |
95.2（13.8） |
| 面内剪切模量 |
GPa (Msi) |
3.58 (0.52) |
3.10 (0.45) |
3.03（0.44） |
| v型切口剪切强度0.5%偏移 |
MPa (ksi) |
61.3（8.89） |
|
|
| V-Notch剪切模量0.5％偏置 |
GPa (Msi) |
3.72（0.54） |
|
|
| 裸眼井抗压强度 |
MPa (ksi) |
317 (45.9) |
285 (41.3) |
260（37.7） |
| 裸眼井抗拉强度 |
MPa (ksi) |
383 (55.5) |
395 (57.3) |
399 (57.8) |
| Filled-Hole抗拉强度 |
MPa (ksi) |
392（56.9） |
|
|
| CAI（6.7 J / MM，1500 IN-IN / IN冲击） |
MPa (ksi) |
333 (48.3) |
|
|
| DMA的TG. |
°C |
干 - 162;湿 - 148. |
| 水吸收 |
％ |
0.48 |
发现包括来自每种温度固化曲线的G 1 C，G 2 C和CAI值的机械性能在类似的范围内（图1-5）。这些结果表明，135℃-180℃的固化温度范围对抗冲击性韧性和层间韧性和材料具有相同的影响。
总的来说，在135℃、150℃和180℃三种不同的硫化模式下，RTD的力学性能没有太大的差异。
在这个例子中TC380在180°C下固化。Tg在202°C左右，湿Tg在165°C左右。在150℃和135℃固化后，干Tg值分别为180℃和175℃。湿Tgs分别为150°C和145°C。Tg的显著差异被理解为由于不同的固化温度。
层合板在150℃和180℃下固化，在121℃(ETD)下测试，结果与表2和表3中列出的力学性能相似。在121℃下测试时，发现材料的热阻不受150℃或180℃固化温度的影响。
180°C、150°C和135°C的吸水性分别为0.84%、0.65%和0.58%。较高的温度固化曲线(从180°C到135°C)导致吸湿增加，这是由于存在更高的自由体积。
然而，较高的自由体积所导致的较高的水分吸水率并不会导致热/湿性能的恶化。150°C和180°C固化剂的ETW力学性能与干燥值相当(表2和3)。
一些较低的温度和部件配置限制，如耐低温的模具和/或合成泡沫芯的使用，意味着不可能在接近150°C的温度下固化环氧预浸料系统。TC380在135°C下固化，以产生良好的整体力学性能(表4和6)。
由于预期的干、湿Tg较低，所以在82°C下测试了ETW的力学性能。尽管如此，在121℃下测试时，发现其一般力学性能与180℃固化性能相似。
如果潜在的制造商只能在150°C以下固化预浸料系统，该系统仍然能够在82°C的使用温度下提供出色的连续性能。
c扫描和空穴分析
图8。CAI固化层压板(180°C/356°F)冲击前后的NDI C扫描。图片来源:Toray先进复合材料
图9。CAI固化层压板(150°C/300°F)冲击前后的NDI C扫描。图片来源:Toray先进复合材料
图10。CAI固化层板(135°C/275°F)冲击前后的NDI C扫描图片来源:Toray先进复合材料
通过OOA过程创建的预影响CAI面板被发现是均匀的，具有很少的空隙(图8到10)。在6.7 J/mm (1500 in-lb/in)的冲击后，c扫描证实冲击损伤是局部的，并没有扩散到整个试件。
无论固化温度如何，该系统都能抑制损伤的扩散，确保在冲击强度(超过300 MPa)后保持高压缩，使该系统成为易受冲击损伤的结构应用的理想选择。
治愈程度
用差示扫描量热法(DSC)测定每个固化周期的固化程度。首先通过积分未固化树脂样品的峰来确定反应的总热。接下来，通过对固化样品的峰积分来测量反应的余热。
然后将剩余的反应热与整齐的树脂反应热进行比较，以确定固化程度(式2)。发现温度越高的固化所提供的剩余热越少，导致固化程度越高。
方程2。硫化度计算(%)
表8显示了三种不同的固化方式后TC380树脂的固化程度。图11和图12显示了TC380树脂的反应热曲线。
表8所示。固化程度比较。来源:Toray先进复合材料
| 治愈 |
治愈度(%) |
| 180°C 2小时 |
93.52 |
| 150°C 4小时 |
84.11 |
| 135°C 6小时 |
78.76 |
图11。TC380整洁的树脂反应热。图片来源:Toray先进复合材料
图12。TC380树脂反应余热180°C后固化。图片来源:Toray先进复合材料
厚截面航空结构部件演示
图13示出了针对91-PLY（最厚的部分）半翼翼梁获取的配置/空隙内容，而图14示出了切片的细纹的详细显微照片。
该特定部分长0.76米，边缘凸缘（30英寸×11“）长0.28米。它使用IM7 UD胶带（内部）和HTS40织物（外层）的组合，并且该91层半翼翼翼与TC380清楚地表明，当使用最小的VBO / OOA过程时，可以使用该系统创建复杂的几何形状空白内容。
图13。TC380 91层翼梁图像，注意区域有空隙。图片来源:Toray先进复合材料
图14。从图11的微观截面可以看出，孔隙率非常低。图片来源:Toray先进复合材料
热稳定性和放热研究
该研究旨在检测在厚TC380层压板固化过程中发生的任何剧烈放热反应。使用多个热电偶记录了温度与时间数据图 - 在本研究中，100,300,600和800层的层压板固化并检查。
图15是固化层合板的全范围图像，而图16是100层层合板的NDI c扫描图。图17显示了所有固化层合板的固化剖面图- 0.6°C/min至107°C并保持1小时，然后0.6°C/min至180°C并保持2小时。值得注意的是，该固化曲线与180°C下固化的所有力学性能的生成所采用的标准固化曲线是相同的。
从图17可以看出，在所有层合板固化过程中，在任何图形中都没有发现温度马刺。不管厚度如何，热电偶读数都返回相似的结果。固化后，检查所有层板，没有检测到放热的迹象(图15和16)。
图15。TC380厚层压板(100层、300层、600层、800层)。图片来源:Toray先进复合材料
图16。一个100层板的超声波图像显示在叠层板中心使用的热电偶电线外面有一个非常低的空隙。图片来源:Toray先进复合材料
图17。从100层、300层、600层和800层固化TC380树脂系统绘制温度与时间数据图。图片来源:Toray先进复合材料
结论
总之，TC380树脂系统的评价了T800GC 24K纤维复合材料的性能。该体系在135°C、150°C和180°C固化后，力学性能相当。
层间相关属性(CAI、G₁C和G₂C)被发现在三个固化温度下都能产生可比的、同样出色的结果。无论是在82°C还是121°C的测试条件下，从RTD到ETW的保留性能通常都很好，在所有硫化剖面上的性能下降很少。
在121°C热/湿条件下测试时发现，150°C固化的TC380层压板的力学性能与180°C固化的力学性能相似。测试结果以及相关的RTD和ETD值表明了这一点。
此外，该系统在测试800层的层压板时没有触发逃逸放热。当通过NDI c扫描检查时，观察到空隙含量是最低的。
在整个治疗中记录的固化简档图表出现了正常。虽然在72℃（160°F）下，每个固化型材的水分抗性仍然在2周的水浸渍后保持优异。
由于其优异的防潮，卓越的机械性能，因此，TC380是一系列结构应用中的部分制造理想的理想选择，以及在三种不同的固化型材中的oOA加入的事实。
最值得注意的是，TC380为拥有有限固化资源的制造商提供了更大的灵活性，制造商可以自由决定最适合其需求和应用的固化配置。
Toray Advanced Composites计划继续调查TC380系统的潜力，以在不同的固化温度下容纳更短的固化时间。
参考资料及进一步阅读
- ASTM d3039,2000，“聚合物基复合材料拉伸性能的标准试验方法”亚博网站下载www.astm.org．
- ASTM D695,2002，“刚性塑料压缩性能的标准试验方法”ASTM International，West Conshocken，Pa，2010，Doi：10.1520 / D0695-15，www.astm.org．
- ASTM D3518, 1995，“通过±45°层合板拉伸试验测定聚合物基复合材料平面内剪切响应的标准试验方法”亚博网站下载www.astm.org．
- ASTM D2344,2000，“聚合物基质复合材料的短梁强度标准测试方法及其层压板”ASTM International，West Conshocken，Pa，2010，Doi：10亚博网站下载.1520 / D2344_D2344M-16，www.astm.org．
- ASTM D6641, 2016，“使用组合加载压缩测试夹具的聚合物基复合材料压缩性能的标准试验方法”亚博网站下载www.astm.org．
- ASTM D5766, 2011，“聚合物基复合材料层合板开孔拉伸强度的标准试验方法”www.astm.org．
- ASTM D6484,2014，“聚合物基质复合材料层压材料的标准试验方法”ASTM International，West Conshocken，Pa，2010，Doi：10.1520 / D6484_D6484M-14，www.astm.org．
- ASTM D7137, 2017，“损坏聚合物基复合材料板材压缩剩余强度性能的标准试验方法”www.astm.org．
- 陈志强，陈志强，陈志强，等。热压罐(OOA)技术的研究进展[j]。国际SAMPE研讨会，西雅图，2017。
致谢
制作材料最初由东丽先进复合材亚博网站下载料公司的Henry S. Villareal和Frank W. Lee撰写，最初发表于2019年CAMX。
这些信息都是从东丽高级复合材料公司提供的材料中获取、审查和改编的。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问东丽先进复合材料。