飛行汽車作為低空經(jīng)濟的重要組成部分，在解決城市交通擁堵、觀光旅行、農(nóng)業(yè)活動、公共安全領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域中都有著巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬?。飛行汽車的發(fā)展也將帶動如航空制造、新能源、新材料、電子信息等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
為了保證飛行汽車的安全性能、使用壽命以及經(jīng)濟性，飛行汽車對其關(guān)鍵材料之一的機翼材料的要求也更為嚴苛。
碳纖維增強聚合物基復合材料(CFRP)作為綜合性能優(yōu)越的高度工程化材料，具有高比模量和高比強度，與鋁和鋼相比，碳纖維的比強度約高出十倍。
因此，在過去的幾十年中，CFRP已成功應(yīng)用于航空航天、汽車、鐵路運輸、海洋和風能行業(yè)。常見的碳纖維復合材料固化成型工藝是復雜的熱、化學和力學性能急劇變化的過程，要想得到質(zhì)量好的復合材料結(jié)構(gòu)件，必須選擇最佳的固化工藝參數(shù)，包括固化溫度、壓力及加壓點、升降溫速率和保溫時間等。而固化溫度、升降溫速率、保溫時間、固化后產(chǎn)品的力學性能和尺寸穩(wěn)定性等關(guān)鍵工藝參數(shù)可以利用示差掃描量熱法(DSC)、動態(tài)熱機械法(DMA)和靜態(tài)熱機械分析法(TMA)進行研究，從而指導配方的改進和確認最佳的固化工藝。
01 實驗細節(jié)
樣品已分別提前在140℃和150℃下固化60min和30min，之后選擇合適的樣品量使用提前校準過的DSC3，DMA1和TMA/SDTA2+進行測試
02 結(jié)果分析
DSC結(jié)果顯示，樣品在140℃和150℃下固化60min和30min后表現(xiàn)出的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為108.32℃和121.09℃，之后表現(xiàn)出較為平坦的基線，證明兩種工藝都能使樣品固化完全，但150℃的固化條件可形成熱穩(wěn)定性更好的產(chǎn)品。
DMA結(jié)果同樣證實了相同的結(jié)論，樣品分別在102.08℃和117.44℃表現(xiàn)出力學性能下降的起始點，之后在119.58℃和130.58℃表現(xiàn)出玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，除此之外，兩種不同的工藝對樣品在室溫下的模量影響較小，溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變后樣品仍能保持10GPa級別的模量，證明了耐溫性較好的力學模量，但 150℃工藝固化的樣品在高溫表現(xiàn)出了更為出色的力學性能。
之后選擇150℃下固化30min 的樣品進行TMA測試，分別測試了樣品厚度方向(Z軸方向)和X/Y方向(纖維增強方向)的熱膨脹過程，結(jié)果顯示，TMA測出的玻璃化溫度大約在120℃，Z軸方向的CTE較大，但沿著纖維增強的X/Y方向表現(xiàn)出了優(yōu)異的熱膨脹系數(shù)，這代表了樣品在X/Y方向的尺寸非常穩(wěn)定。
03 結(jié)論
飛行汽車機翼復合材料的熱性能可以使用DSC，DMA和TMA進行全方位表征，得到了略有差異的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，固化工藝和配方可根據(jù)DSC/DMA/TMA的結(jié)果進行優(yōu)化，樣品的性能也可根據(jù)測試結(jié)果進行監(jiān)測和評估。
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