玄武岩-芳纶和玄武岩-碳混杂纤维增强复合材料片材的疲劳性能(英文)

为了研究玄武岩-芳纶和玄武岩-碳混杂纤维增强复合材料(FRP)片材的疲劳破坏形态和疲劳寿命规律,进行了2种混杂比(1∶1和2∶1)的片材试件在0.6～0.95应力水平下的疲劳试验.试验结果表明,对于混杂比为1∶1的试件即B1A1和B1C1,碳纤维或芳纶纤维先发生断裂;对于混杂比为2∶1的试件即B2A1和B2C1,玄武岩纤维先发生断裂.混杂片材的疲劳寿命随碳纤维或芳纶纤维含量的提高而提高,碳纤维含量的提高对其疲劳性能的影响更显著.B2A1的疲劳性能相对较差,B1C1和B2C1的疲劳性能相对较好.最后,提出一种新的双变量双拐点疲劳刚度退化模型,同时适用于多种纤维混杂片材和单种纤维片材.

短切高性能纤维增强三聚氰胺甲醛泡沫性能研究

采用短切芳纶纤维和短切玄武岩纤维分别作为增强材料制备了纤维增强三聚氰胺甲醛泡沫。通过对样品进行形貌分析、力学性能测试以及热重分析等,对比分析了两种短切纤维对三聚氰胺甲醛泡沫增强效果的影响。结果表明,短切玄武岩纤维和短切芳纶纤维的加入降低了泡沫材料的粉化率,提高了压缩比强度;短切芳纶纤维明显提高了泡沫材料的比模量,这将有利于提高材料的缓冲性能和吸声性能;短切玄武岩和短切芳纶纤维增强泡沫材料均有利于提高泡沫复合材料的热稳定性。

高性能纤维的耐碱性能研究

研究了芳纶、玄武岩纤维以及玻璃纤维的耐碱性能,分析了3种纤维分别在65℃、80℃、95℃的氢氧化钠溶液中,经不同时间的腐蚀后,3种纤维的力学性能以及其质量的变化情况。结果表明:芳纶的耐碱性能最优,断裂强力和断裂伸长保持率最大,玄武岩纤维其次,玻璃纤维最差,因此芳纶比玄武岩纤维和玻璃纤维更适合用于碱性环境中。

芳纶以及连续玄武岩纤维和玻璃纤维的耐酸性研究

测试和分析了芳纶、连续玄武岩纤维和玻璃纤维分别在65、80和95℃下浓度为2 mol/L的盐酸溶液中经不同时间的腐蚀后其力学性能以及质量的变化情况。结果表明,芳纶(芳酰胺纤维)的耐酸性能最优,其断裂强力和断裂伸长率的保持率最大;连续玄武岩纤维其次,玻璃纤维最差。因此芳纶比连续玄武岩纤维和玻璃纤维更适合用于酸性环境中,连续玄武岩纤维和玻璃纤维应尽量避免酸液对其的作用。

空间站填充式防护结构撞击特性研究

针对我国空间站的三类填充式防护结构开展了超高速撞击试验,获取了两类撞击角度0°、30°和两类撞击速度3.1km/s、6.4km/s的撞击极限。结果表明这三类防护结构展现出一些独特的防护性能,第一类防护构型:在3.1km/s时,30°的撞击极限比0°的低0.5mm,而在6. 4km/s时,30°的撞击极限和0°的撞击极限基本一样;第二类防护构型:在3. 1km/s时,30°的撞击极限比0°的低0.75mm,而在6. 4km/s时,30°的撞击极限和0°的撞击极限基本一样;第三类防护构型:在3. 1km/s时,30°的撞击极限比0°的低0.5mm,而在6.4km/s时,30°的撞击极限比0°的撞击极限低0.25mm。基于试验结果建立了撞击极限方程,可用于空间站的空间碎片风险评估。

高性能纤维及其复合材料的研究与应用

本文概述了高性能纤维及其复合材料的特点与分类,重点介绍了碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维的基本性能及其在航空航天、交通运输、能源工业、体育用品、及防护领域中的应用现状,还简要介绍PBO、玄武岩两种纤维的性能和应用。最后对未来高性能纤维及其复合材料的发展进行了展望。

汽车用先进材料的研发主题:轻量、安全、节能、环保和低成本

汽车用先进材料的轻量化、安全化、节能化、环保化和低成本,是一项复杂的系统工程,关键是所选用的新材料在满足汽车基本性能要求基础上,要不断依靠技术进步降低生产成本。本文重点介绍国内外碳纤维、玄武岩纤维、芳酰胺纤维、纤维素纳米纤维及其复合材料低成本化的研发进展,同时介绍汽车用各种工程塑料的应用简况。

创新为世界高性能纤维带来勃勃生机

陈述了国内外近期聚丙烯腈基碳纤维、对位芳酰胺及其共聚纤维、超强聚乙烯纤维、玄武岩纤维、液晶聚芳酯纤维及沥青基碳纤维生产厂家的研发、创新和扩产情况,显示了这些高性能纤维对全球开发可再生新能源、节能减排和各种产品的更新换代有重要作用,因此在当前世界经济不景气的形势下,通过不断革新生产工艺、提高生产效率和产品质量、降低生产成本、开发新品种及发展下游复合材料等制品,仍可保持两位数的需求增长。中国的主要高性能纤维正在实现初步产业化,但有些性能档次较低、性能稳定性稍差,远未形成系列化产品,与国外同类产品相比差距较大,今后应进一步加大研发投入,通过不断创新发展自己的知识产权,才能逐步缩小差距,提高产品的国际竞争力。

填充层芳纶纤维及其与玄武岩纤维复合对防护性能的影响

为了探索高防护性能的防护构型纤维填充层,文中通过超高速撞击试验,研究填充层四种不同芳纶纤维布及分别与玄武岩纤维布作为填充层结构的性能差异。四种芳纶纤维分别是美国杜邦公司生产的芳纶-Ⅱ、国产的芳纶-Ⅱ、芳纶-Ⅲ和PBO纤维布。同时,研究了芳纶纤维和玄武岩纤维的三种不同复合方式对防护性能的影响,分别采用了纤维混编、采用芳纶线缝纫、胶水粘接多层纤维布三种方式。文中防护构型缓冲屏和后墙均为1mm厚铝板、间距121mm,铝球直径5mm,撞击速度4.5~5.0km/s。试验结果表明,填充层结构中相同面密度的芳纶-Ⅲ纤维布拦截碎片云的效果与PBO纤维布相当,优于相同面密度的芳纶-II纤维布;填充层结构中玄武岩和芳纶-Ⅲ的贴紧程度会影响其防护性能,分别采用混编、芳纶线缝纫和胶水粘接的方式均可提高纤维的贴紧程度,由于贴的过紧,不利于纤维填充层结构耗散碎片云动能,造成填充层结构拦截碎片云的性能下降。

主要特种纤维及其复合材料的研发现状及发展前景

论述10种主要增强用特种纤维及其复合材料的研发现状与发展前景,目前碳纤维(CF)的最大市场是航空航天和国防军工约占40%,而到2020年汽车将成为CF的大型市场,达到与前者相当的约2.3×104 t。对位芳酰胺纤维(P-ARF)的需求将以10%的速率增长,最大用途仍是光缆、防弹和橡胶制品。超高相对分子质量聚乙烯纤维(UHMWPEF)技术上有重要突破,使防弹性能提高25%,而质量下降20%,并应用于人体医疗领域。聚酰亚胺纤维(PIMF)无论作为是耐热纤维或高强高模纤维我国都有重要进展,其中碳化硅纤维(SiCF)在我国开始迈向产业化,而玄武岩纤维(BSF)我国已迈入世界先进水平,但中间相沥青碳纤维(M-PCF)、聚苯并双噁唑纤维(PBOF)和聚芳酯纤维(APETF)则产业化步履艰难。2020年我国可望成为特种纤维及其复合材料的生产大国。

玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合材料板材耐冲击性能的研究

对四种经纱细度、经纱密度不同的玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合板材进行相同冲击能量的耐冲击测试,结果表明:经纱细度增加,复合板材破坏程度减小,耐冲击性能较好;而经纱细度等参数相同的预制件,预制件经纱密度增大,玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合材料板材的耐冲击能力减弱。

芳纶/玄武岩纤维复合绝缘纸的制备及性能研究

以芳纶纤维和玄武岩纤维为原料,通过造纸湿法抄造制备复合绝缘纸,系统地研究了复合绝缘纸的力学性能、绝缘性能、热稳定性、胶液渗透性等。结果表明,复合绝缘纸的击穿电压在玄武岩纤维含量低于50%时基本保持不变;玄武岩纤维含量越高,复合绝缘纸的热稳定性、胶液渗透性越好;当玄武岩纤维含量50%时,复合绝缘纸的抗拉强度达1.67 MPa。

芳纶浆粕预分散母胶应用于输送带的改性研究

对比研究了芳纶浆粕(AP)短纤维预分散母胶(APM)、预处理玄武岩短切纤维(CBF)和纤维素短切纤维(CCF)对耐烧蚀输送带覆盖胶胶料性能的影响,考察了短纤维APM、短纤维CBF和短纤维CCF品种和用量对覆盖胶耐烧蚀性能的影响。使用热失重分析仪(TGA)、导热系数测试仪和扫描电镜(SEM)等研究了短纤维填充输送带覆盖胶的耐烧蚀机理。结果表明,加入短纤维都能有效提高橡胶耐烧蚀性能;短纤维用量相同时,APM改善橡胶耐烧蚀性能的效果最好,加入含有4份AP短纤维的APM可使橡胶耐烧蚀厚度降低51%。通过并用膨胀型阻燃剂(IFR)和APM协同改性耐烧蚀性能,制备出符合HG4732-2014要求的耐烧蚀输送带覆盖胶胶料。

玄武岩等几种高性能纤维的耐高温性能研究

选取聚酰亚胺(PI)纤维和芳纶1414与玄武岩纤维(BF)进行耐高温性能对比研究,分析3种纤维经过高温处理后的表面形貌、颜色、强度及韧性的变化。结果发现,经250℃以上的高温处理后,BF的颜色及表面形貌无明显变化,PI纤维在350℃条件下颜色稍微加深,而芳纶1414在250℃处理时就有明显的颜色变化,且纤维表面有融滴;250℃以上高温处理后的芳纶1414有明显的热重损失;350℃高温处理后,BF的强度保持情况较好;250℃以上温度环境,PI纤维的伸长损失较小。

全球高性能纤维将呈风云变幻格局

世界高性能纤维即将呈现大发展的趋势,特别是在节能和环保法律法规、新一轮军备竞赛和反恐形势的推动下,2016年全球高性纤维的产能预期为2.566 55×10~5 t/a,而到2020年仅中国就将猛增至2.6×10~5 t/a,届时中国将成为高性纤维的王国。文中详述了碳纤维、芳酰胺纤维、超高相对分子质量聚乙烯纤维、连续玄武岩纤维、聚醚酰亚胺纤维和聚醚醚酮纤维的发展新形势。

高性能纤维作为橡胶骨架材料的应用研究

研究聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维和聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维的工业丝性能及浸胶帘线的力学性能和粘合性能。结果表明:聚酰亚胺纤维和PBO纤维具有较高的强力和模量;聚酰亚胺纤维通过参考芳纶纤维的浸胶液配方进行浸胶处理,帘线与橡胶粘合性能良好;PEN纤维可以直接使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维的浸胶方法进行处理;玄武岩纤维采用优化浸胶液配方进行浸胶处理,完全可以实现帘线与橡胶的良好粘合;PBO纤维采用目前现有浸胶方法较难进行表面接枝处理,与橡胶粘合性能较差。

芳纶短纤维/玄武岩短纤维对EPDM性能的影响

采用高混的方法对芳纶短纤维和玄武岩短纤维与改性高岭土和硅烷偶联剂进行改性共混,通过改变芳纶短纤维长度和芳纶短纤维/玄武岩短纤维并用比,系统地研究了芳纶短纤维/玄武岩短纤维共混后对EPDM分散特性及其他物理性能影响。结果表明:随着芳纶短纤维/玄武岩短纤维共混比的降低,门尼黏度降低;沿纤维取向和垂直两个方向上拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度均增加,硬度逐渐减小,耐磨性能增加;储能模量逐渐降低,Payne效应减小。1 mm芳纶短纤维分散性和基本的物理性能优于3 mm芳纶短纤维,储能模量不如3 mm芳纶短纤维高。

芳纶混杂复合材料研究进展

对芳纶混杂复合材料的研究进展进行综述,包括芳纶/碳纤维、芳纶/玻璃纤维、芳纶/玄武岩纤维、芳纶/超高分子量聚乙烯纤维、芳纶/陶瓷纤维、芳纶/麻等二元混杂及多元混杂体系。

玄武岩短纤维-芳纶浆粕/氯丁橡胶复合材料的制备与性能

以氯丁橡胶(CR)为基体,改性玄武岩短纤维(BSF)和芳纶浆粕(AP)作为增强相,制备了高强度、高模量的BSF-AP/CR复合材料,系统地研究了BSF和AP对BSF-AP/CR复合材料基本物理性能、动态力学性能和动刚度的影响。采用超声波辅助γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对BSF进行了改性,通过FTIR测试显示KH550与BSF表面基团发生了反应。通过SEM观察发现,改性BSF与CR界面相容性较好,易于分散和取向,而AP锚固在CR基体中,取向度不如BSF高;随着BSF与AP质量比值减小,BSF-AP/CR复合材料的拉伸强度、拉断伸长率和屈挠性能降低,耐撕裂性能和耐磨性能变好。采用弹性体材料测试系统(MTS)测试复合材料的动刚度。结果表明,BSF与AP质量比越小,BSF-AP/CR复合材料的动刚度越大,说明AP对BSF-AP/CR复合材料动刚度贡献大。动态力学性能显示,AP用量越多,BSF-AP/CR复合材料的储能模量(G′)越高,Payne效应越明显,而阻尼因子越小,说明AP有良好的模量-滞后平衡效应。当BSF与AP质量比为10∶10时,BSF-AP/CR复合材料的综合性能较好。

三层机织间隔织物的设计与织造

间隔织物是纤维复合材料的增强体,决定着材料的最终使用效果,但是三层机织间隔织物的研究目前尚属空白。设计并成功制备出三层机织间隔织物。首先用画图软件模拟出三层间隔织物的纱线走向图,然后根据经向剖面图画出上机图;选用玄武岩纤维/丙纶包缠纱作为经纬纱,芳纶作为接结纱,表层、中层、里层都选用平纹组织;采用双经轴送经、钢条定距法织造。总结了影响三层机织间隔织物织造过程的因素,形成了具体织造技术,丰富了三维机织物组织结构库。