纳米颗粒填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

为探究纳米颗粒[纳米氧化铁(NFe)、纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNT)]填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)的力学性能,对纳米颗粒质量分数分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%的纳米颗粒/GFRP材料开展了拉伸、压缩、弯曲及冲击力学性能试验,并结合扫描电镜(SEM)分析了纳米颗粒的种类及质量分数对试件力学性能的影响规律。结果表明,随着纳米颗粒质量分数的增加,试件拉伸强度均先增大后降低,纳米颗粒的良好分散性及与树脂间的黏聚力能够提升试件的拉伸强度,但过量纳米颗粒的掺入会形成积聚现象,使得试件拉伸强度降低。相较于GFRP试件,掺入纳米颗粒的质量分数为0.1%、0.2%、0.5%和1.0%时,MWCNT/GFRP抗压强度的增幅分别为25.31%、36.04%、26.84%和27.25%,弯曲强度的增幅分别为58.74%、63.21%、40.89%及43.11%,纳米颗粒的掺入使得试件抗压强度、弯曲强度、冲击强度均得到改善,颗粒种类及质量分数的不同使得试件力学性能提升效果存在差异。SEM试验结果表明,外荷载作用下纤维出现断裂、分层现象,纤维与纳米颗粒间存在的摩擦效应增强其力学性能,颗粒的积聚使得试件力学性能降低。

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料是国防科技、航天航空、建筑、交通及智能电网自动化等领域的重要材料,具有轻质高强,抗疲劳性能、耐久性能和绝缘性能好等特点。测试了玻璃纤维增强环氧树脂复合材料试样在沿纤维方向和垂直纤维方向的力学性能。结果表明:玻璃纤维增强环氧树脂复合材料呈各向异性,沿纤维方向的力学性能明显优于垂直于纤维方向;材料没有明显的屈服极限,为脆性材料;其综合力学性价比较高,可替代普通钢材,应用范围广泛。

酚醛树脂固化剂对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料尺寸稳定性的影响

酚醛玻璃钢是一种极好的防腐材料,它具有良好的耐酸性能和耐有机溶剂性能。一般情况下,以酚醛树脂作为固化剂的环氧树脂复合材料都具有较好的耐热性、耐离子迁移性能,但是同时也存在一些不可避免的问题,因此有必要对固化剂对环氧树脂复合材料稳定性的影响做出研究,并致力于改善酚醛树脂固化剂的性能。

侧面封边对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料吸湿规律的影响

采用称量法和排水法联合,研究了侧面封边和未封边单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料层合板试件的吸湿量和体积变化率与浸泡时间的关系,结果显示,复合材料侧面吸湿的速度远大于表面吸湿速度;侧面封边复合材料试件的饱和吸湿量为1.30%,而未封边试件的为2.26%,即与侧面封边试件相比,未封边试件的饱和吸湿量(质量比)增加了73.8%;对于表观最大溶胀率,侧面封边复合材料试件的为0.67%,而未封边试件的为2.05%,即未封边试件的表观最大溶胀率(体积比)升高了200.1%。这些实验结果表明,复合材料吸湿存在开孔吸湿与闭孔吸湿两种机制,开孔吸湿以液态水的扩散为主,而闭孔吸湿以气态水的扩散为主。

改性环氧树脂增强玻璃纤维复合材料性能研究

玻璃纤维复合材料现凭借其特有的质量轻、高强度、低成本、易加工、产品性能易设计、抗腐蚀性、环境耐候性好等优点,为当前复合材料领域热点研究方向。本文以环氧树脂增强玻璃纤维复合材料体系为例,介绍了影响复合材料产品性能的具体因素。归纳了环氧树脂增强玻璃纤维复合材料抗拉性能、抗弯性能、弹性变形性能、抗冲击性能的研究成果,为玻璃纤维复合材料后续研究提供参考。

玻璃纤维/环氧树脂复合材料燃烧特性研究

采用锥形量热仪、垂直水平燃烧试验仪、极限氧指数测试仪等手段研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在不同火灾环境下的燃烧特性。结果表明:随热辐射强度的增加,实验样品的平均点燃时间逐渐缩短,热释放速率和热释放速率峰值均增大,峰值出现时间提前,燃烧后残余率降低。由于玻璃纤维的抑制作用,复合材料总体质量损失幅度较小。实验样品在水平燃烧试验中未能点燃,在垂直燃烧试验中,平均烧焦长度48.3mm,移去火源后的平均焰燃时间为11.8s。氧指数试验显示,温度升高200℃后,其值降为室温氧指数的74.9%,表明在高温环境下复合材料更易被点燃。玻璃纤维的存在能够抑制环氧树脂的热解和燃烧。

APP-MCA-CFA三元复配阻燃体系改性环氧树脂基玻璃纤维复合材料及性能研究

首次以聚磷酸铵(APP)为酸源和主阻燃剂,以高氮含量的三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为气源,以大分子型三嗪成炭剂(CFA)为炭源,组成APP-MCA-CFA三元复配阻燃剂体系。将其用于环氧树脂体系的阻燃改性,通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧等级、锥形量热、扫描电镜(SEM)、热失重分析(TG)和动态力学分析(DMA)等实验分析了它们之间的协同效应。结果表明:与单独使用APP阻燃剂相比,三元复配阻燃剂体系(20%APP-5%MCA-5%CFA,均为质量分数)表现出显著的协同阻燃效应,LOI值提升至62.0%,热释放速率峰值(PHRR)降低至401kW/m^(2),总热释放量(THR)下降至37.3MW/m^(2)。成炭分析结果表明,APP-MCA-CFA三元复配阻燃剂体系的引入使环氧树脂在高温下形成孔洞直径约5μm的形貌均一且规整的微米级膨胀炭层。DMA实验表明MCA和CFA可以通过粒子表面的胺基参与环氧固化反应,提高环氧固化交联密度,在一定程度抵消APP阻燃剂粉体加入导致的环氧机械性能下降。APP-MCA-CFA三元复配阻燃体系可用于环氧树脂基玻璃纤维复合材料的阻燃改性,垂直燃烧等级提升至UL-94 V0级,LOI值提升至66.3%。该研究为开发综合性能优异的阻燃环氧树脂基复合体系提供了一种简单易行的途径。

玻璃纤维/环氧树脂复合材料热解特性研究

采用热重-差热分析仪研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在空气及氮气氛围下不同升温速率的热解特性规律。结果表明,在空气气氛下,热解分为两个阶段;氮气气氛下,热解只存在一个热分解阶段,与空气气氛相比热解初始分解温度较高,热解温度范围变窄,失重速率明显变大。在两种气氛下,玻璃纤维均不参与热解。随着升温速率的增加,热解反应各阶段的起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围大小都基本保持不变。氮气气氛下使用Kissinger法、FWO法和Starink法计算出玻璃纤维环氧树脂的平均表观活化能分别为106.42、123.09和119.48kJ/mol。复合材料活化能随转化率的增加而升高,表观活化能保持在一定数值范围内且数值相近,热解反应比较稳定,具有较低A值,表明其具有较强的热稳定性。

麻纤维增强改性环氧树脂复合材料声学性能研究

为验证麻纤维增强改性环氧树脂复合材料的声学性能,探讨植物纤维改性材料制备某类乐器的可行性,以亚麻、黄麻、苎麻等麻纤维材料为例,制备了几种不同麻纤维增强改性环氧树脂材料,以增强改性环氧树脂材料代替木材制作打击乐器,采用自由振动方法对打击乐器的声学性能进行测试。结果表明:黄麻、苎麻增强改性后的环氧树脂基复合材料声学性能各占优势,与一般的枫木相比力学性能更好,但综合声学性能尚无法达到天然枫木的水平。

玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料的研究

采用连续玻璃纤维与环氧树脂相复合，通过单向缠绕成型工艺，制备出具有良好力学性能的单向复合材料板．研究了复合材料的成型工艺及配方组成对单向复合材料力学性能的影响，结果表明：采用成型工艺方法和配方组成的复合材料的拉伸强度为１１４ＧＰａ、弯曲强度为２７８ＭＰａ、冲击强度为３４７ＭＰａ；同时利用扫描电镜对复合材料的界面进行了分析．

树脂基玻璃纤维增强复合材料防护设备生产工艺研究

防护设备是应用于防护工程口部用于堵截或衰减冲击波的设备。防护设备通常采用普通碳钢和混凝土材料制成,随着“四新”成果的转化运用,纤维增强复合材料、不锈钢、超高性能混凝土、POZD等新材料在防护设备上得到了推广,显著提升了设备的防护能力和使用性能。生产工艺是控制防护设备加工缺陷和决定产品质量性能的关键因素,传统材料的防护设备加工工艺较为简单,如:钢结构防护设备采用型钢和钢板组合焊接制成;混凝土防护设备采用将混凝土筑入钢筋骨架并养护成型的方法制成。设备材料调整变化后,将使生产工艺从原材料准备、生产设备、制造方法、加工环境和控制方法等多方面发生改变,传统加工方法不再适用,须专门研究新材料适用的生产工艺,充分发挥材料性能优势,确保设备生产质量满足要求。

玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料力学性能分析

采用连续玻璃纤维与环氧树脂相复合,通过金属模压成型工艺,制备出单向玻璃纤维/环氧树脂复合材料。通过三点弯曲实验论证单向纤维对树脂基体的增强作用,从而研究不同纤维含量下复合材料的弹性模量、纵向拉伸强度、纵向压缩强度的变化趋势。结果表明:随着纤维含量的增加,复合材料的力学性能均增强,当纤维体积含量为50%时,其各项性能均较好,弹性模量为40 GPa,纵向拉伸强度为1 200 MPa,纵向压缩模量为700 MPa。此外,对复合材料的其他常用力学性能参数进行检测。

基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

玻璃纤维增强复合材料薄壁筒端面车削切削力试验研究

在干切条件下研究了端面车削玻璃纤维增强复合材料薄壁筒时切削力的变化特点,分析切削速度、进给量、切削深度、刀尖圆弧半径、进给方式对切削力的影响规律。试验结果表明:纵向进给方式和横向进给方式下,切削力变化特点不同;在横向进给方式下,切削力随进给量、切削深度的增大而增大,随切削速度的增大先减小后增大;以横向进给方式车削端面时,刀尖圆弧与工件的接触状态直接影响切削力的变化;以纵向进给方式车削玻璃纤维增强复合材料薄壁筒端面时,切削力随着进给量的增大而增大。

车削玻璃纤维增强复合材料薄壁筒沟槽的切削力研究

采用PVD超细TiAlN基纳米涂层刀具对玻璃纤维增强复合材料进行车削试验,研究切槽过程中切削力的变化特点及切削用量、冷却条件对切削力的影响规律。结果表明,由于玻璃纤维按不同角度逐层缠绕,在整个切削过程中切削力处于一定的波动状态;切削温度所导致的工件材料树脂软化是切削速度和冷却条件对切削力变化影响的主要原因;进给量对切削力的影响是切削层几何尺寸和切削温度变化的综合作用结果。

短玻璃纤维增强环氧树脂复合材料修理技术

介绍了用短玻璃纤维增强环氧树脂修理复合材料损伤的方法。从短玻璃纤维用量、长度、设计排气孔和工艺角度讨论了短玻璃纤维增强E-44复合材料强度的影响。

基于递归定量分析与多核学习支持向量机的玻璃纤维增强复合材料缺陷识别技术

为了提高玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)超声检测中缺陷识别技术的准确性,提出基于递归定量分析(Recurrence Quantitative Analysis,RQA)与多核学习支持向量机(MKLSVM)相结合的检测模型,以提高检测GFRP中不同类型缺陷的能力。结果表明,该模型能够准确识别GFRP中的分层缺陷与夹杂缺陷,检测识别率达到92.92%,并且与基于离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的MKLSVM检测模型的识别率相比,所提出的检测模型的识别率分别提高了7.5%和3.75%。

PCD刀具车削玻璃纤维增强复合材料切削温度研究

进行了PCD刀具车削玻璃纤维增强复合材料实验,研究了切削用量对切削温度的影响规律。研究结果表明:切削温度随着切削速度的增加而增大,随进给量的增加先增大后减小,随着背吃刀量的增加而增大。

阻燃微胶囊改性玻璃纤维增强聚合物基复合材料阻燃性能与冲击性能研究

为了提高玻璃纤维增强聚合物基复合材料(GFRP)的阻燃性能,采用由微流控技术制备的FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊改性环氧树脂基GFRP。采用垂直燃烧试验、锥形量热试验和落锤试验,研究阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA对GFRP阻燃性能、燃烧性能和抗冲击性能的影响。试验结果表明:阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA能明显提高GFRP的阻燃性能,相比FR-PN阻燃剂,添加阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP表现出更好的燃烧行为,当添加量为10wt%时,阻燃效果最佳;阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的加入能有效降低阻燃剂对GFRP抗冲击性能的负面影响,添加了10wt%阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP抗冲击性能最佳。

基于PET-CNT自感应复合纤网插层的玻璃纤维增强复合材料层间增韧-结构监测一体化响应

为了避免玻璃纤维增强复合材料(GFRC)在服役过程中由于局部分层损伤造成灾难性整体失效,采用高孔隙率、薄型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)非织造纤网构筑PET-碳纳米管(CNT)自感应复合纤网插层,再将插层嵌入玻纤增强体层间一体成型,在改善GFRC层间性能的同时,对其结构健康状态进行原位、实时、在线的无损监测。结果表明:PET-CNT复合纤网改性GFRC的起始断裂韧性和扩展断裂韧性分别提高了86%和48%,有效提升了GFRC的I型层间断裂韧性。另外,在裂纹扩展阶段,PET-CNT复合纤网插层的电阻变化率增益因子高达270%,表现出了极高的层间裂纹监测敏感性。研究结果为提升GFRC力学性能并实现结构健康监测提供了一种集成结构增韧-监测功能一体化的新型非织造复合纤网插层,也为提升GFRC全寿命周期稳健性提供了一种结构优化方法。