油酸钾浓度及玄武岩纤维取向对天然橡胶/玄武岩纤维复合材料性能的影响

通过油酸钾溶液对玄武岩纤维进行表面改性处理,研究了不同浓度的油酸钾溶液对玄武岩纤维表面处理及玄武岩纤维取向对天然橡胶(NR)/玄武岩纤维(BF)复合材料综合性能的影响。结果表明,随着油酸浓度的增大,复合材料的拉伸强度、撕裂强度及断裂伸长率均表现为先增大后减小,且在油酸钾溶液的质量分数为7%时取得最大值,拉伸强度提高了15.6%,撕裂强度提高了12.1%;BF经定向排列后,复合材料的Payne效应减弱,采用径向取向制备的复合材料,其拉伸强度提高了2.3%,断裂伸长率降低了17.8%,但磨耗增加了8.3%。扫描电镜缝隙表明,7%浓度的油酸钾可以均匀地包覆在BF表面,纤维在橡胶中分散性较好。

钢纤维取向及其对超高性能混凝土力学性能影响研究综述

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)以其优异的力学性能和耐久性在工程中得到了广泛的应用。钢纤维是UHPC中重要的添加材料,确保与主拉应力方向相对应的纤维取向可以大大提高UHPC的力学性能,特别是抗弯性能和拉伸性能。本文综述了钢纤维定向方法及其对UHPC力学性能的影响。在浇注过程中,磁场诱导方式具有更好的改善效果,最大提升幅度可达80%。钢纤维进行定向处理之后,静态抗弯强度、韧性和抗拉强度分别比随机纤维取向提高10%~80%、20%~100%和30%~90%。提出了超高性能混凝土中钢纤维取向分布研究中存在的问题和研究思路,最后展望了电磁诱导钢纤维定向技术在大体积超高性能混凝土浇筑中的应用前景。

长纤维增强聚合物注塑流动纤维取向分布数值模拟

基于Hele-Shaw流动模型及广义牛顿流体本构方程,采用ARD-RSC取向模型,建立了长纤维增强聚合物注塑成型流动数学模型。以方形薄板为研究对象,运用Moldflow对注塑流动过程进行模拟,研究注射时间、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维取向及分布的影响。结果表明,注射时间对纤维取向的影响最为显著,随着注射时间延长,纤维取向值增加;随着熔体温度或模具温度的升高,纤维取向值减小;保压压力对纤维取向的影响与速度/压力转换点有关。

短玻璃纤维增强聚合物注塑充填过程及纤维取向数值模拟

基于Hele-Shaw理论及广义非牛顿流体本构方程,建立了纤维增强聚合物三维薄壁注塑成型充填阶段数学模型,根据Folgar-Tucker取向模型,建立了纤维取向张量模型。采用Moldflow对拉伸试样的注塑流动过程进行模拟,研究纤维含量f和纤维间相互作用系数Ci对纤维取向的影响。结果表明,随着Ci增大,平均纤维的取向性呈减小的趋势;试样不同部位的纤维取向不同;f对纤维取向性影响较小,且存在一个最佳含量百分比数值。

纤维参数对纤维取向及塑件变形影响模拟研究

采用Moldflow软件对短玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型矩形平板塑件的成型过程进行模拟,重点研究纤维含量(A)、纤维长径比(B)和纤维间相互作用系数(Ci)对平均纤维取向(D)和制品变形(E)的影响,进一步探究短纤维增强聚合物注塑成型的特点.研究表明:A、B对D及E的影响较复杂,且存在一个最佳值;随着B的增大,D先增大后减小,再增大;而E随B的增大呈先增大后减小的趋势(B=1除外);随着Ci的增大,D呈减小,E呈先减小后增大的趋势.收缩是引起塑件变形的主要因素.塑件变形在三维空间的Z方向的变形量最大,在熔体流动(X方向)及垂直流动方向(Y方向)的变形量均相对较小.

纤维取向对碳/碳复合材料摩擦磨损性能影响

本文研究了碳纤维取向对碳／碳（Ｃ／Ｃ）复合材料摩擦磨损性能的影响，通过对二向、三向Ｃ／Ｃ复合材料结构分析和摩擦试验表明：二向Ｃ／Ｃ复合材料中的碳纤维有时单根、有时呈现一小束被沉积碳包围，材料的刹车初始力矩峰值较低，摩擦系数小，但磨损率大；三向Ｃ／Ｃ复合材料中每根碳纤维被沉积碳包围，材料的刹车力矩曲线平稳，摩擦系数稍大，磨损率小。

长玻纤增强聚合物注塑充填行为和纤维取向模拟

与短纤维增强聚合物复合材料相比,长纤维增强聚合物复合材料具有良好的性能,但影响其注塑制品性能的工艺因素较多且复杂。文中以GB/T1447-2005标准拉伸试样为例,采用3D模拟技术对长纤维增强聚合物复合材料的注塑成型充填过程进行模拟,并采用各项异性旋转扩散-诱导应变闭合模型对长纤维的纤维取向进行数值分析,研究结果表明:(1)3D模拟技术能有效表征长纤维增强聚合物复合材料注塑成型的充填流动过程;(2)拉伸试样中纤维取向分布呈现明显的表层-芯层-表层的结构,且表层区域的纤维取向程度明显高于芯层纤维的取向。

纤维取向对复合材料磨损性能影响的统计学研究

采用挤压铸造法制备了３Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２ｆ／ＺＬ１０９复合材料。利用统计学方法研究了载荷为６００Ｎ、滑动速度为１．０５ｍ／ｓ的润滑滑动磨损条件下纤维取向对复合材料磨损性能的影响。研究结果表明：纤维平行取向与垂直取向复合材料的磨损体积均符合概率密度ｆ（ｘ）的同一总体的正态分布［式（１）］，纤维取向对复合材料的耐磨性影响不大。通过磨面的ＳＥＭ分析，发现两种纤维取向的复合材料的磨损均为纤维断裂与磨粒磨损。

短纤维复合材料注射成型纤维取向数值模拟研究进展

综述了国内外短纤维复合材料注射成型过程中纤维取向数值模拟的研究成果,包括纤维取向的描述、复合体系流变模型、工艺参数对纤维取向的影响和纤维取向数值模拟状况。展望了该领域的发展趋势。

短玻纤增强聚丙烯水辅助注射成型纤维取向数值模拟

基于Folgar-Tucker纤维取向模型,利用Moldex3D对三维长直管件进行溢流法水辅助注射成型可视化研究。结果表明,在制品初始段位置的水道层区域纤维取向倾向于无序状态,而在制品的中间段及末尾段位置的纤维倾向于沿流动方向形成取向;通过适当的增加注水延迟时间可以有效地改善制品初始段位置的纤维沿流动方向的取向。另外,还发现沿流动方向的纤维取向最有序的位置是靠近壳层位置的芯层区域;在制品的末端位置,注水压力、熔体温度显著影响纤维沿流动方向的取向。

纤维增强聚合物熔体的纤维取向和流场应力分析

针对纤维增强聚合物基复合材料的成型流动过程,基于宏观流场、介观纤维取向和微观聚合物大分子链三尺度信息耦合的多尺度模型,使用有限体积法和有限差分法相结合的数值算法,分析了纤维增强聚合物熔体在收缩流腔中的流动行为,得到了其纤维取向和应力分布,并讨论了纤维存在对聚合物熔体流场应力的影响。结果表明:当剪切运动占优时,纤维呈现周期旋转取向;而拉伸运动占优时,纤维沿单轴拉伸取向。同时,由于纤维的周期旋转,纤维增强聚合物熔体法向应力差的空间分布呈现出随时间逐步发展的拟序涡结构。

高水分挤压组织化蛋白纤维取向度光学评价方法研究

高水分挤压组织化蛋白是传统膨化型组织化蛋白的升级替代产品,纤维取向度是衡量其类肉程度的重要指标之一。蛋白原料经高水分挤压得到组织化蛋白,然后通过数码相机采集激光反射图像、自编Matlab程序对图像进行定量分析,考察了图像获取参数(曝光时间、光源入射角、拍摄背景)、样品参数(样品厚度、样品含水率)和图像处理参数(拟合椭圆位置)对纤维取向度分析结果的影响。结果表明:当相机曝光时间1/50 s、光源入射角75°、样品厚度2 mm、样品挤出到图像采集的时间间隔0 h、黑色拍摄背景、拟合椭圆的选择位置位于椭圆短轴长度大于400像素的范围时,挤压组织化蛋白纤维取向度的分析结果比较理想。验证试验证明,所建立的光学评价方法可以完全区分纤维取向度不同的挤压组织化蛋白产品。

多向纤维缠绕预制件的纤维取向

以一个缠绕循环为基础,建立了多向纤维缠绕预制件中一个体积微元的纤维取向(包括轴向取向、径向取向、环向取向)的计算模型。重点对工艺参数中缠绕角、纤维截面直径、缠绕初始半径等与环向取向和轴向取向纤维体积含量的关系进行了分析研究,并绘制了其关系曲线图。最后计算了轴向取向和环向取向纤维体积含量相等时缠绕角的值。为多向纤维缠绕预制件的结构设计、工艺设计提供很好的理论基础。

基于图像处理的非织造布纤维取向分布测量

通过提取非织造布图像中纤维之间孔洞的边缘线取向来对纤维的取向分布进行测量.首先采集非织造布纤维网图像,采用中值滤波去除图像中的噪声.然后选用一定的阈值将灰度图像转化为二值图像,利用数学形态学处理填充纤维内部孔洞.经图像标识依次提取各个孔洞子图像.最后根据孔洞边缘线的取向计算纤维的取向角,经统计得到纤维的取向分布.

纤维取向对C/C复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

采用M-2000型摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纤维取向对C／C复合材料与40Cr钢摩擦副摩擦磨损特性的影响．结果表明：随着载荷增加，纤维轴向与滑动方向一致（X方向）时的摩擦系数较垂直滑动方向／摩擦表面（Y／Z方向）时的变化幅度低，X方向试样基体炭的磨屑损耗快，磨损较大；Y／Z方向试样基体炭的磨屑移动能力低，易堆积成膜，但在高载荷下纤维易被剪切．对于全光滑层热解炭材料，随着载荷增加，其X方向的磨损体积损失在0．4266～0．997mm^3之间，Y方向的磨损体积损失在0．448～1．020mm^3之间，而Z方向的磨损体积损失在0．349～1．420mm^3之间；对于全树脂炭材料，X方向的磨损体积损失随载荷增加在0．429～1．134mm^3之M波动，而Y方向的磨损体积损失在0．237～0．981mm^3之间变化．

纤维取向对炭纤维织物复合材料扭动微动摩擦学性能的影响

以球/平面接触方式,进行炭纤维织物复合材料与GCr15钢球之间的扭动微动磨损实验研究,讨论纤维取向对微动磨损性能的影响。结果表明:该材料与金属材料类似,均存在3个微动运行区域,即部分滑移区、混合区以及滑移区,微动磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。炭纤维复合材料微动摩擦磨损性能表现出明显各向异性特征,即纤维平行且垂直于接触表面的纤维混合排布(N取向)复合材料的摩擦耗散能和磨损量均小于纤维平行于接触表面的P取向。在混合区域,磨损区半径随循环周次的增加而逐渐增大,且N取向小于P取向。

基于短时傅里叶变换的纺织材料纤维取向度测量方法

为了更准确地表征纺织材料的纤维取向分布,基于纺织材料纤维扫描电镜(SEM)图像,提出了一种利用短时傅里叶变换的纺织材料纤维取向度测量方法.把纤维图像看作总体非平稳、局部平稳的信号,首先通过对纤维图像加窗并使窗口平移覆盖整个时域,实现纤维图像的短时傅里叶变换;然后选取频谱图中的感兴趣区域;接着统计频谱图中感兴趣区域沿不同方向角的能量并找出每个子块中纤维的主方向;最后对所有子块的主方向进行统计得到纺织材料纤维取向度.对4个样品的测试结果表明:使用本文方法得到的测量结果与传统的FFT方法测量结果相比较,90°方向和180°方向的纤维比例平均分别减少14.75%和15.25%,说明本文方法能有效减少边界效应,更准确地表征纺织材料纤维的取向度.

GMT流动成型纤维取向研究

GMT材料流动成型后玻纤在平面内发生取向 ,导致模压件呈各向异性。本研究从成型后制品上取样烧尽树脂 ,由扫描仪获取纤维数值图像 ,用 Photoshop软件将图像反相、增强 ,再利用 MATLAB软件确定纤维取向分布。研究表明 ,GMT单向流动成型时纤维沿流动方向取向 ,随流动距离增大 ,取向趋向更为明显。而均匀双向拉伸流动纤维取向程度较小。与片材相比 ,材料力学性能沿取向方向增大 。

基于纤维取向的纳米纤维滤料设计及其性能

通过基于霍夫变换的图像分析法获取静电纺纳米纤维取向分布信息,分析纤维取向对纳米纤维滤料性能的影响,并据此设计制备了中间为杂乱纤维层、两侧为相互垂直的取向纤维层构成的复合纳米纤维膜滤料。采用扫描电镜对纳米纤维膜形貌进行观察并获取SEM图像,进行了透气性、拉伸性能、孔径尺寸和过滤性能测试。结果表明,纳米纤维膜纤维分布方向拉伸断裂强度高,纤维取向各向异性比例理论值和实验值相吻合,纤维取向是影响纳米纤维膜力学各向异性的主要参数;取向纳米纤维膜滤料孔径较大且有许多微粒可逃逸的通道,其过滤效率和过滤阻力均较低,与文献中报道的数值模拟结果相一致;所设计制备的复合纳米纤维膜滤料结合了取向纳米纤维膜滤料力学性能优良和杂乱纳米纤维膜滤料过滤效率高的优点,其纵向和横向断裂强度分别为8.85MPa和8.71MPa,气流流速为25L/min时过滤效率高达99.691%。

短纤维取向对短纤维/天然橡胶复合材料性能的影响研究

研究短纤维取向度和取向角对短纤维/天然橡胶复合材料性能的影响。结果表明:短纤维取向度和取向角越大,在该方向上复合材料综合性能越好,并且表现出了各向异性的特性;短纤维胶料流动性较差,基质变形受到很大限制。通过建立实验系统实现了对短纤维取向的定性表征。