碳/玻混杂复合材料开孔板拉伸极限强度研究

针对正交碳/玻混杂复合材料开孔板的拉伸承载特性,设计了纯碳纤维(CCCC)、纯玻璃纤维(GGGG)和层间碳/玻混杂(CGGC和GCCG)的复合材料开孔板拉伸强度试验.基于Hashin准则、刚度退化准则对Vumat子程序进行改进,实现了异种纤维增强材料的渐进损伤分析.对这四种堆叠形式的开孔拉伸试件的载荷位移曲线、孔周应力、极限强度、以及损伤发展过程等进行了预报.结果表明:异种纤维增强材料渐进损伤仿真结果与试验结果较为接近,证实所改进方法的准确性.上述四种类型混杂复合材料开孔板均以垂直于拉伸载荷方向失效破坏.碳/玻混杂开孔层合板的极限载荷和刚度在纯碳纤维与纯玻璃纤维开孔板之间,内碳外玻(GCCG)的结构形式的抗拉强度略高于内玻外碳(CGGC).受拉载荷下混杂开孔板均为CFRP层先发生损伤,随后GFRP层在短时间内再发生萌生并快速扩展,该损伤过程与铺层顺序无关.

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料梁阻尼特性的细观力学分析

基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺序以及湿热效应对玻/碳纤维混杂复合材料层合梁阻尼性能的影响规律。结果表明:湿热环境导致材料产生湿热应变是影响阻尼特性的主要机理;玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的损耗因子均随温度及吸水浓度的增大而增大,且温度的影响远大于吸水浓度的影响;纤维体积分数越高,受湿热影响程度越大;铺层角度对损耗因子影响远高于湿热、混杂方式、纤维体积分数的影响。

低成本多功能超混杂复合材料及其应用

介绍研究、开发的低成本、多功能树脂基超混杂复合材料及其产品的应用前景。

F-12/CF混杂复合材料纵向拉伸性能研究

研究了铺层参数对F 12芳纶纤维与HTA P30炭纤维混杂复合材料纵向拉伸性能及混杂效应的影响。结果表明,与炭纤维混杂后,可显著提高F 12芳纶纤维复合材料的纵向拉伸模量,且混杂复合材料的纵向拉伸模量基本符合混合定律的预测值。而纵向拉伸强度均低于混合定律的预测值,表现出明显的混杂负效应,但断裂延伸率表现出明显的混杂正效应。铺层顺序对纵向拉伸强度及其延伸率有显著影响,混杂比为17%左右时,混杂材料综合性能最佳。

聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维混杂复合材料 Ⅱ :混杂复合材料的静态及动态力学性能

对具有良好液晶聚合物微纤结构的聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维(PP/TLCP/GF)混杂复合材料,使用静态拉伸和动态力学分析(DMA)的方法研究了材料的力学性能。拉伸实验结果表明,混杂复合材料的拉伸强度和模量随着PP和TLCP挤出后的牵伸速率增大而上升,并且含有增容剂PP g MAH的体系,力学性能更优异。DMA测试结果表明,混杂复合材料的动态模量E′随着体系中玻纤的含量增加而增大;当体系中加入增容剂后,复合材料的刚性得到进一步提高。但无论是否使用了增容剂PP g MAH,当体系中玻纤含量高于20%后,模量随玻纤含量增大的趋势变缓。当体系中增强相的含量增加,以及加入增容剂使增强相与基体的界面粘结得到改善后,PP基体的损耗因子(tanδ)峰值都有一定的减小。

甲基丙烯酸锌/丁腈橡胶纳米-微米混杂复合材料 Ⅱ.微观结构与宏观性能

研究了甲基丙烯酸锌/丁腈橡胶纳米-微米复合材料的应力-应变特性,物理机械性能与温度间的依赖关系及动态压缩疲劳性能。推测了复合材料内部可能存在的多种物理和化学结构,并提出了一些模型。认为离子键及其所形成的离子簇易于在外力和热的作用下松弛,使材料的伸长率和永久变形增大,高温性能下降,同时也对材料的常温强度产生贡献。聚甲基丙烯酸锌纳米粒子强的内聚能及其与橡胶间的化学接枝是材料高温性能优异和常温高强度的主要原因。

聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维混杂复合材料 Ⅰ :液晶聚合物组分的预成纤及对混杂复合材料形态的控制

考察了熔融挤出后施加的牵伸比和增容剂对聚丙烯(PP)/热致液晶聚合物(TLCP)原位复合材料中TLCP分散相形貌的影响。结果表明,复合材料中的TLCP相随着牵伸比的增大逐渐形成良好的微纤结构,TLCP微纤的长径比随牵伸比增大而增大;当体系中加入增容剂PP g MAH后,体系中TLCP在较小的牵伸速率下即可形成长径比很大的微纤结构。将上述所得原位复合材料与玻纤在200℃(低于TLCP熔融温度)下熔融挤出制得玻纤和液晶聚合物微纤混杂增强的材料。实验证明,在此加工温度下液晶聚合物形态得到较好保持,注射样品中不存在原位复合材料中典型的"皮 芯"形貌。同时,增容剂PP g MAH还明显改善了玻纤与基体之间的界面粘结。

混杂方式对CF/GF/环氧混杂复合材料低速冲击性能的影响

针对复合材料抗低速冲击性能较差的不足,利用通用有限元软件ABAQUS建立了5种不同形式的混杂复合材料。利用基于刚度衰减的VUMAT子程序,对不同形式的混杂层合板进行了低速冲击仿真实验。结果表明:与纯碳纤维增强环氧树脂复合材料相比,玻璃纤维的添加可以提高材料的韧性,从而增加层合板的抗冲击性能;不同混杂方式的复合材料在承受冲击载荷时,吸收的能量不同,玻璃纤维靠近层合板表面铺设时吸收的能量最多,当玻璃纤维的布置靠近层合板上下表面时,材料的抗冲击性能提升最为明显。

PBO/T700层间混杂复合材料弯曲及压缩性能研究

研究了PBO纤维与T700碳纤维层间混杂复合材料的弯曲性能和压缩性能。利用材料万能试验机研究了混杂复合材料的弯曲强度和弯曲模量、压缩强度和压缩模量随混杂比的变化情况,同时对混杂复合材料的弯曲破坏和压缩破坏模式进行了研究。研究结果表明,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料的弯曲强度从542MPa增大到1120MPa,压缩强度从233.2MPa增大到702MPa;PBO纤维复合材料和T700碳纤维复合材料弯曲和压缩试样的破坏模式分别表现为典型的韧性破坏和脆性破坏,PBO/T700层间混杂复合材料的弯曲和压缩破坏模式随着混杂比增大,逐渐从韧性破坏转变为脆性破坏。

Kevlar纤维-木粉/HDPE混杂复合材料的制备与性能

Kevlar纤维(KF)经氢化钠活化后与3-氯丙烯和3-氯丙基三甲氧基硅烷反应进行表面接枝改性,然后与木粉和高密度聚乙烯(HDPE)熔融复合制备了KF-木粉/HDPE混杂复合材料(KWPCs)。利用扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)等方法对改性KF进行了表征,考察了KF用量及分布形态对KWPCs力学性能的影响。结果表明,将烯丙基和三甲氧基硅丙基同时接枝到KF表面,能改善KF与基体HDPE的界面相容性;与未添加KF的木粉/HDPE复合材料相比,添加少量(2%～3%)接枝改性处理的KF能明显改善KWPCs的拉伸和弯曲性能,同时抗冲击性能得到显著提高。

Al_2O_3纤维及炭纤维增强ZL109混杂复合材料的高温摩擦磨损性能研究

利用预制体挤压浸渗法制备了Al2O3+Cf/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并探讨了炭纤维含量对该混杂复合材料高温(400℃)下的摩擦磨损性能的影响.结果表明:混杂炭纤维的复合材料具有优异的高温耐磨性能;由于12%Al2O3和4%C短纤维的协同作用,复合材料从轻微磨损向急剧磨损转变的临界温度比基体合金的提高了1倍;混杂复合材料的摩擦系数和磨损率随着炭纤维体积分数的升高而不断减小,这在较高温度(300℃)下更加明显;在较低温度下,基体及复合材料的磨损机制主要为犁沟磨损和轻微粘着磨损,当温度超过临界温度后,磨损机制转变为严重粘着磨损.

层内混杂复合材料应力集中问题的研究

提出了一种合理、简便、精确的修正的剪滞模型· 基于此模型 ,分析了受拉伸的层内混杂复合材料中某些纤维断裂后的应力重分布· 结果表明 ,求得的应力集中因子与Fukuda和Chou的结果相当接近 ,从而证实了本文模型和方法的合理性和正确性·

苎麻/玻璃纤维混杂复合材料的老化研究及寿命预测

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强乙烯基树脂制备复合材料,结合船舶在服役环境下的实际情况,通过人工加速老化的方法,对苎麻纤维/玻璃纤维混杂复合材料进行水浸泡老化、盐雾老化和紫外老化实验,研究混杂复合材料的拉伸强度及弯曲强度等随老化时间、老化温度等的变化情况及性能退化趋势,并根据剩余强度模型对混杂复合材料进行寿命预测。研究表明,老化初期阶段试样吸湿趋势主要以浓度梯度推动的菲克扩散为主。老化环境不同,试样强度的衰减程度不同,水浸泡老化对试样影响最大,盐雾老化次之,紫外老化影响相对较少。根据剩余强度模型预测10年后盐雾试样弯曲强度保留率为78.0%,紫外老化弯曲试样强度保留率为81.89%。

C/G层内混杂复合材料力学性能的实验研究

研究了C/G(碳 /玻 )层内混杂单向复合材料的力学性能 ,对其拉伸、弯曲、层间剪切、振动阻尼等性能进行了实验研究 ,并与同样铺层的纯C、G复合材料进行了对比分析。研究表明 :C/G层内混杂复合材料可充分利用C、G纤维的各自优点 ,改善单一材料的模量、强度、断裂韧性、振动阻尼特性等力学性能 ,模量预测值与实验值较为接近 ,强度因影响因素较多 ,二者存在一定的差异 ,力学性能随C、G体积分数的变化符合混合律 ,说明了实验方法的合理性。通过C、G相对体积分数的合理设计可满足结构的实际要求。

碳纤维含量对Al_2O_3+C/ZL109混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了Al2 O3 +C/ZL10 9短纤维混杂金属基复合材料 ,并探讨了Al2 O3 纤维体积分数为 12 %时 ,C纤维含量对该混杂复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明 :随着C纤维体积分数的增加 ,复合材料的摩擦因数和磨损率逐渐降低。12 %Al2 O3 和 4%C短纤维的协同作用使复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷比基体合金提高了 1倍。当载荷低于临界载荷时 ,复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离 ,C纤维的加入有利于磨损表面裂纹尺寸的减小。但随着载荷的逐渐增加并发生严重磨损时 。

SiC泡沫陶瓷／SiCp／Al混杂复合材料的导热性能

运用挤压铸造法制备了SiC泡沫陶瓷/SiC颗粒/Al混杂复合材料,研究了温度和SiC泡沫陶瓷体积分数对复合材料热膨胀的影响。结果表明:随着温度的升高,复合材料的热容逐渐增大,热扩散系数、导热系数逐渐减小。随着增强体SiC体积分数的增大,复合材料的热容线性下降,热扩散系数和导热系数均非线性减小。由于混杂复合材料具有独特的复式双连续结构,复合材料的导热系数大于130W/(m.℃)。

热致性液晶聚合物/酚醛树脂/氧化石墨烯混杂复合材料的性能研究

采用熔融挤出法将热致性液晶聚合物(TLCP)与酚醛树脂(PF)熔融挤出,分别加入改良Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)、硅烷偶联剂改性GO(KH550-GO、KH560-GO),制备了TLCP/PF/GO混杂复合材料,研究了加入GO对TLCP/PF/GO混杂复合材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂处理的GO能一定程度提高复合材料的摩擦磨损性能和力学性能,特别是TLCP/PF/KH560-GO混杂复合材料的摩擦因数稳定,在150℃和250℃下的体积磨损率分别降低了20.6%和23.1%,材料的冲击强度提高了18.6%。

石墨/CNTs增强铝基混杂复合材料的微观组织与摩擦磨损性能

采用粉末冶金法制备了石墨/碳纳米管(CNTs)增强铝基复合材料,研究了石墨和碳纳米管对复合材料摩擦磨损性能及硬度的影响,并利用扫描电子显微镜观察了复合材料的显微组织、磨损表面形貌。结果表明:仅添加石墨的复合材料摩擦系数明显降低,而磨损率、硬度有少量降低;但是将石墨和碳纳米管混杂加入到复合材料中后,材料的摩擦系数明显降低,磨损率急剧升高,且材料的硬度随碳纳米管含量增加而逐渐下降。仅添加石墨的复合材料磨损形式主要是磨粒磨损和犁沟磨损,而添加石墨和碳纳米管的复合材料主要是剥层磨损。

多向GF/CF混杂复合材料拉压力学性能研究

采用工程上常用的铺层角度,设计7组不同的铺层方式,通过拉伸与压缩实验研究了多向玻璃纤维(GF)/碳纤维(CF)混杂复合材料的拉伸和压缩性能,得到了拉伸与压缩过程中力–位移曲线图及相应的破坏形貌。提出了铺层角度混杂比(CF相对体积分数)的概念,研究了不同铺层角度的混杂比对复合材料拉伸和压缩性能的影响。结果表明,多向纤维混杂复合材料的拉伸与压缩性能与总混杂比无明显关系,而与不同铺层角度各自的混杂比有关。其中,0°铺层混杂比对其影响最大,90°铺层混杂比影响最小,±45°铺层混杂比的影响介于两者之间。当0°铺层混杂比为100%时,复合材料的拉伸与压缩性能最高,拉伸破坏表现为一次破坏,破坏时层间分离的程度最低;当0°铺层混杂比低于100%时,复合材料的拉伸破坏表现为二次破坏。复合材料的压缩破坏大多表现为一次破坏,且在破坏时GF的破坏大多表现为"屈曲失稳"的形式,从而减缓了CF的脆性断裂程度。

碳纤维/碳纳米管增强基体多尺度混杂复合材料的研究现状和趋势

碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)具有非常优异的刚度和强度。CNT增强基体的传统连续纤维多尺度混杂复合材料既具有优良的纤维主导力学性能又有好的基体主导力学性能,具有广泛的应用前景。综述了国内外在碳纳米管增强基体的多尺度混杂复合材料力学性能,制备和数值模拟等方面的最新研究进展。提出了进一步研究需要解决的两个关键问题:(1)量化CNT对传统复合材料的增强效果;(2)阐明CNT对多尺度混杂复合材料的增强机制,并提出了相应的研究手段。