环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的电磁吸波性能

为了制备具有一定电磁吸波性能的结构型吸波材料,采用喷涂法制备了负载石墨烯微粒的玻璃纤维预浸料,并通过热压罐成型工艺进行固化,制备了环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料。研究了石墨烯含量对吸波复合材料电磁性能、吸波性能和力学性能的影响。通过三点弯曲测试结果可知,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的弯曲强度先增大后减小,弯曲弹性模量增大,但总体变化幅度较小。矢量网络分析仪测试结果表明,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的介电常数逐渐增大,磁导率几乎不变,介电损耗正切角值逐渐增大。分析反射损耗计算结果可知,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的吸波性能主要由复合材料的厚度和石墨烯含量决定,随着复合材料厚度的增大,反射损耗峰值逐渐朝低频移动;随着石墨烯含量的增加,复合材料的吸波性能逐渐增大。当石墨烯质量分数为2.5%、复合材料厚度为1.7mm时,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料具有最佳的吸波效果,此时反射损耗峰值为-11.8dB,有效带宽为1.45GHz。

基于 Moldflow 的汽车中控台框架翘曲变形分析及优化

以某汽车中控台框架为研究对象,测量试模样品发现其翘曲变形量超过了装配要求。通过Moldflow软件模拟了该塑件实际的注塑过程,翘曲变形量的模拟值与实测平均值的最大误差为5.98%,发现该塑件翘曲变形的主要因素为冷却不均和收缩不均。本文在原物料中添加质量分数为25%的玻璃纤维以及优化工艺参数后,翘曲变形量的模拟值与初始方案相比降低了86.22%。试模验证表明,优化后的翘曲变形量模拟值与实测平均值的最大误差为4.35%,证明了Moldflow软件模拟分析的准确性。试模后各检测点的最大翘曲变形量降到了1.6 mm以下,较优化之前降低了80%以上,为类似大型复杂注塑件的翘曲变形分析及优化提供了思路。

复合绝缘材料用连续玄武岩纤维老化特性及机理

探究连续玄武岩纤维在各类介质环境下的稳定性对于拓展其在复合绝缘材料上的应用至关重要。为此,文中比对了10组不同产地的连续玄武岩纤维与无碱玻璃纤维在酸性环境、碱性环境、富盐环境以及高温富盐环境下的老化特征差异,分析了连续玄武岩纤维的老化机理,通过灰色关联分析明确了构成玄武岩纤维耐候性的关键成分。结果表明:超过50%的玄武岩纤维样本拥有优于无碱玻璃纤维的耐盐碱环境的能力;碱性环境下,Si、Al、B元素与OH−的反应性造成两类纤维损伤,其中玄纤由于内部高含量的Ca、Mg,更易形成氢氧化物附着于纤维表面,降低了损伤程度;富盐环境下纤维表层的Ca、Na、K等元素扩散至溶液,导致了纤维表层结构疏松,且在介质渗透溶胀的作用下形成缺陷,致使两类纤维强度同步下降,但在老化周期内玄武岩纤维仍呈现出更高的力学特征。综上,玄武岩纤维更适于应用在盐碱重污秽地区的中低压复合绝缘产品或高力学需求的电工材料。

装配式桥梁板玻璃纤维混凝土-U形钢筋湿接缝受力与变形分析

为解决装配式桥梁板体系湿接缝处力学性能不稳定、易变形的问题,提出采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案优化湿接缝性能,以雄安新区荣乌高速荣乌主线桥为背景进行研究。选取主线桥2个试验段(试验段A湿接缝采用普通混凝土-U形钢筋方案,钢筋点焊;试验段B湿接缝采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案,钢筋满焊)进行梁板体系湿接缝性能试验,监测湿接缝处搭接钢筋力学响应及混凝土接触面变形特征,同时对长期运载及强降雨影响下的钢筋受力与混凝土变形进行监测。结果表明:长期运载下,试验段B横筋受力约为试验段A的一半,其中部纵筋承受外力远大于试验段A,边缘纵筋承受外力较少,试验段B稳定性更优;试验段B较试验段A在湿接缝部位变形量小,其稳定性及耐久性更优;强降雨阶段,试验段B较试验段A变形及力学响应波动程度更低,其抗渗能力、耐久性更优。由此可知基于玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案的湿接缝构造在外力传导、抵抗变形方面具有较强稳定性,不易受恶劣环境影响。

玻璃纤维改性煤基固废胶结充填材料性能研究

基于煤矸石、粉煤灰等煤基固废再生资源利用和胶结充填材料性能优化问题,研究了玻璃纤维掺量、长度和养护龄期对煤基固废胶结材料输送性能和力学性能的影响规律,探讨了玻璃纤维增强机理。实验结果表明:玻璃纤维改性煤基固废胶结材料坍落度随纤维长度和掺量的增大而减小,但均大于200 mm,满足输送性能要求;抗压强度和抗拉强度随纤维长度的增大呈先增高后降低,随纤维掺量的增加而增高的变化规律;当玻璃纤维长度为6 mm、掺量为0.3%时,质量分数为79%的煤基固废胶结材料的综合性能最佳;玻璃纤维改性煤基固废胶结材料水化反应后,生成的针状和团状产物填充了材料细小裂隙且附着于纤维表面,能够有效提高材料的力学性能。

分子量对PA1012及其复合材料性能的影响

以三种不同分子量及分子量分布的长碳链AABB型偶-偶尼龙1012(PA1012)为原料,探究了分子量及分布对纯PA1012以及PA1012/玻璃纤维(GF)复合材料结构与性能的影响。对不同分子量及分子量分布的PA1012的基础物理性能、热力学性能以及结晶行为进行表征和分析,结果表明,高分子量和宽分子量分布的PA1012具有更高的韧性、更小的热变形温度和更大的模塑收缩率。与GF复合后,PA1012/GF复合材料的力学性能和耐热性能相较于纯PA1012得到大幅提高,同时吸水率和收缩率明显下降。高分子量和宽分子量分布会降低PA1012/GF复合材料的结晶能力,有利于复合材料的韧性提高,使其刚性和耐热性能下降,纵向/横向收缩率差值增加。实际应用中如对材料刚性有较高要求,可选择分子量低/分子量分布窄的PA1012产品;若要求材料具有较高韧性,可选择分子量高/分子量分布宽的PA1012产品。

干湿循环作用下融雪剂对玻璃纤维水泥土力学性能影响的试验研究

为研究在干湿循环作用下不同种类融雪剂对玻璃纤维水泥土力学性能的影响,制备浓度为0.2mol/L的醋酸钾、氯化镁和硫酸钠溶液作为融雪剂溶液,将养护后的无纤维水泥土和有纤维水泥土试块在不同种类的融雪剂溶液中浸泡3d,然后将试块取出放入烘干箱内分别进行8~10次干湿循环。进而分析融雪剂类型、干湿循环次数对试块表面破坏状态、强度和质量等的影响。试验结果表明:经过10次干湿循环后,醋酸钾融雪剂溶液对试块质量和强度的影响程度小于氯化镁溶液和硫酸钠溶液,说明醋酸钾融雪剂对水泥土侵蚀作用较小;试块表面裂纹随着干湿循环次数的增加逐渐增多加深,在经历相同干湿循环次数后,有纤维水泥土试块的裂纹发展程度、质量损失率和强度损失率均低于无纤维水泥土试块,说明通过添加玻璃纤维可有效提高水泥土抗干湿循环和融雪剂侵蚀的能力。

玻璃纤维混凝土抗折性能及弯曲韧性试验研究

为研究玻璃纤维对混凝土的抗折性能及弯曲韧性的影响,以玻璃纤维掺量、玻璃纤维长度和混凝土基体强度等级为主要参数,对玻璃纤维混凝土小梁试件进行弯拉试验。结果表明:玻璃纤维掺入混凝土后,破坏形态得到改善,破坏后试件整体性能良好,抗折强度以及弯曲韧性均有显著提高;0.5%~1.5%时抗折强度随玻璃纤维掺量的增加而提高,1.5%~2.0%时随玻璃纤维掺量的增加而降低;抗折强度与弯曲韧性随玻璃纤维长度与基体强度的增加而增加。玻璃纤维可有效改善混凝土的抗折性能与弯曲韧性。

高强度玻璃纤维对阻燃增强PET性能的影响

研究了高强度玻璃纤维对阻燃增强聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料性能的影响,并制备了综合性能优良的高性能阻燃增强PET材料,同时分析了高强度玻璃纤维和普通无碱玻璃纤维在PET材料中的尺寸分布。结果表明:高强度玻璃纤维的表面处理可以有效提高阻燃增强PET材料的性能;阻燃增强PET的性能随着玻璃纤维含量的增加而提高,高强度玻璃纤维比普通无碱玻璃纤维能更好地改善PET材料的综合性能。

考虑注射成型特性影响的汽车前端模块结构性能仿真

利用Autodesk Helius PFA软件,将注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等历史映射至前端模块的结构性能评价仿真。结果表明,注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等成形历史影响前端模块的服役性能评价。与试验测试结果相比,映射和未映射注射成形历史的仿真最大位移均偏小。相比之下,映射注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等成形历史的最大位移较大,且这种趋势随变形位移的增大而增大。当试验测试位移很小时,两种仿真方法的结果都与试验有较大的误差。当试验测试位移大于0.65 mm时,映射注射成型历史的百分误差Er、极差R和方差s2均较小,有利于指导玻璃纤维增强塑料车身结构的精准设计。

超声振动对玻璃纤维增强聚酰胺6注塑制件力学性能的影响

为提高纤维增强复合材料的力学性能,对玻璃纤维增强聚酰胺6(PA6/GF)复合材料进行了矩形平板制件超声辅助注射成型实验。通过对制件进行X射线衍射测试、扫描电子显微镜观测、傅里叶红外光谱分析以及拉伸性能测试,研究了超声施加时间和超声功率对制件的结晶度、玻璃纤维的取向程度、玻璃纤维与基体的结合强度以及制件力学性能的影响;并研究了经过超声振动的制件在吸水后其内部结晶度及力学性能的变化。结果表明,施加400 W超声振动,可以明显提高制件的结晶度;施加560 W超声时,玻璃纤维的取向形态得到改善,纤维与基体的结合强度有所提高,充填阶段施加超声所得制件的拉伸强度与弯曲强度比无超声振动的情形分别提高了11.9%与10.1%;但是如果继续增加超声功率,将会使制件的力学性能开始变差。制件吸水后,结晶度和力学性能下降,对制件的成型引入超声振动则能减小这种下降的幅度。

不同截面类型玻纤增强PA6的性能

对比研究了扁平玻纤及圆形玻纤增强尼龙6 (PA6)复合材料的力学性能、流动性能、收缩翘曲情况、摩擦性能及线膨胀系数(CLTE)。结果表明,随着玻纤含量增加,扁平玻纤及圆形玻纤增强PA6复合材料力学性能均增加,但熔体流动速率(MFR)降低;相同玻纤含量下,与圆形玻纤相比,扁平玻纤增强PA6复合材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲弹性模量较低,简支梁缺口冲击强度及MFR较高。在玻纤含量30%的条件下,不同扁平玻纤及圆形玻纤增强PA6复合材料性能存在差异,通过收缩率测试分析,扁平玻纤复合材料比圆形玻纤具有更低的收缩率及横纵收缩比,扁平比越高,横纵收缩比越低,翘曲度越小;通过MFR及注塑螺旋线测试,发现扁平玻纤复合材料具有更好流动性、更高流长比,扁平比越高优势越明显,有利于成型加工;通过滑动摩擦测试结果看出,扁平玻纤复合材料具有更低摩擦系数,随着扁平比增大,摩擦系数越低;通过热机械分析检测,扁平玻纤复合材料在垂直流动方向CLTE低于圆形玻纤,且流动方向和垂直流动方向CLTE差异也较小。扁平玻纤增强材料能改善传统圆形玻纤增强体系的一些不足,优化产品性能。

复合材料尾门结构的拓扑-参数一体化轻量化设计

以某新能源车型的尾门为研究对象,结合注塑长玻纤增强复合材料,提出了一种结构拓扑参数一体化轻量化设计方法,并为尾门性能仿真和优化设计分别建立了联合仿真和常规仿真模型,提高了仿真精度和优化效率。首先,基于常规仿真模型通过三步式结构概念设计优化并重新设计了复合材料尾门结构。然后,建立了用于后续多目标优化的联合仿真模型,并通过样件试制和性能试验进行了验证。最后,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对尾门的筋条厚度、关键位置厚度、截面尺寸进行了详细优化。优化后的复合材料尾门质量比原钢制尾门减小了27.2%,同时尾门扭转刚度、横向刚度、弯曲刚度及自由模态满足应用要求。

聚丙烯/玻璃纤维复合泡沫的制备及隔声隔热性能

以二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和苯乙烯(St)为单体,过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,玻璃纤维(GF)为填料,通过熔融共混法和模压发泡法制备了聚丙烯(PP)/GF复合泡沫,利用PP分子上熔融接枝形成的TPGDA-St共聚物长链支化结构作为相容剂,促进GF在PP基体中的分散,通过GF与TPGDA-St共聚物长链支化结构的协同作用,有效改善PP熔体和复合泡沫的性能。研究了支化结构相容剂和填料用量对PP熔体强度、热稳定性、结晶性能以及复合泡沫微观形貌、隔热性能、声学性能、力学性能的影响。结果表明,TPGDA-St共聚物长链支化结构相容剂能够有效促进GF在PP基体中的分散,强化界面相互作用,形成较为完善的填料网络,显著提升了PP的熔体强度、发泡性能和结晶性能。当GF用量为10份时,PP/GF复合泡沫的泡孔均匀、形状规则、压缩性能良好,具备优异的隔声性能和隔热性能,平均声音传输损耗达到59.7 dB,相较于纯PP泡沫提高了84.8%,导热系数低至0.055 W/(m·K),相较于纯PP泡沫降低了65.6%。

基于Giannakoopulou模型的MWCNT/GF/EP复合材料微波吸收性能研究

探究了加入不同质量分数多壁碳纳米管的多壁碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂复合材料在X波段的电磁波吸收性能,基于Giannakoopulou模型引入透波层,研究了吸波层和透波层两者的比例和分布状态对吸波材料整体的吸波性能影响。结果表明,加入多壁碳纳米管质量分数为2%的多壁碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂复合材料在厚度为3.0 mm时,最大反射损耗为-44.5 dB,有效吸收带宽为3.3 GHz(8.2~11.5 GHz);通过合理设计吸波层和透波层两者的比例和分布状态,得到具有不同有效吸收带宽和吸收损耗峰值的吸波材料,反射损耗峰值最高达到-62.1 dB,有效吸收带宽为3.1 GHz。

GFRP损伤X射线和超声无损检测的融合方法

针对玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforced plastic,GFRP)无损检测中X射线和超声技术检测效果不佳的问题,利用X射线图像的高分辨率和超声图像的高对比度特点进行互补成像融合,通过整合X射线图像的缺陷边缘细节信息和超声图像的高对比度大致轮廓信息,形成新图像以提高缺陷显示效果。将基于十字扇形滤波器的频域算法用于去除X射线图像中的横、竖条纹噪声,采用形态学滤波算法去除超声图像中的椒盐噪声,并提出了基于区域分割和静态小波变换的图像融合算法,用以融合X射线和超声图像特征。测试结果表明,相较于处理前的X射线和超声图像,融合后的图像标准差SD值平均提高154.1%,熵H值平均降低92.2%,缺陷检测图像对比度有所提高且边缘细节清晰。算法有效除去了两种图像中的条纹噪声和椒盐噪声,能改善X射线图像对比度低、超声图像分辨率差的不足,为复合材料缺陷检测提供了新思路。

GFRP材料光伏基础支架的力学仿真分析

针对淤泥地基固有缺陷及光伏支架受力特点,提出一种新型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)浅埋圆形扩展式基础加空心立柱支架的结构设计方案,并进行了力学仿真分析。仿真结果显示:该光伏基础支架结构在极端瞬时风荷载作用下能保障承载安全,地基无大面积破坏;实测风压循环加载条件下,结构未触变破坏,位移和应力水平维持在可控范围。为降低材料成本同时控制结构变形,建议增加基础内部肋板或支撑、扩大抗风方向尺寸以提升结构刚度;针对圆形扩展式基础埋置施工,提出采用带护筒的大直径旋挖工艺的可行性建议。该研究为光伏基础支架新结构开发提供了理论支撑。

基于改性PP成型的工控机电路板支撑架注射模设计

针对工控机电路板支撑架大型塑件的成型,选用了一种玻纤改性增强聚丙烯(PP)复合材料用于塑件的注射成型。模具结构为三板模结构,分3次开模打开。为保证塑件模腔充填均衡性、饱满性而设计了两个点浇口用于模腔的浇注。针对塑件二级子特征较多,特别是异型螺柱深筋位较多的特点,设计了多个局部镶件用于这些局部特征的成型,在提高局部成型镶件强度的同时,降低了这些成型件的加工难度。针对模腔局部位置排气难点,设置了多个透气镶件以增强排气。设置了锁扣机构、定距拉杆机构用于模具的开模闭模控制;设计了弹料机构用于流道废料的可靠脱模、定位机构以确保塑件的成型精度和模具工作寿命;3个滑块机构用于塑件侧壁直壁及直壁上侧孔的成型与脱模。模具结构形式合理,成型件便于加工且实用可靠,能为同类模具设计提供有益借鉴。

玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱轴压试验研究

为研究玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱的轴压性能,设计了6个不同长细比的试件并对其进行了轴心受压试验,分析了其破坏过程及破坏形态、承载力、位移、荷载-位移曲线、骨架曲线、荷载-应变曲线。研究表明:玻璃纤维增强聚合物管约束混凝土柱轴压承载性能优异,随着长细比的减小,试件的轴压承载力提升显著;加载后期,该组合结构的破坏模式为玻璃纤维增强聚合物管发生环向破坏,内部混凝土被压溃;玻璃纤维增强聚合物空管轴压承载力相对较低,破坏时脆性特征明显;随着长细比的减小,玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱的承载力和刚度逐步增加,长细比对结构的承载能力影响显著。研究结果对玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱的理论研究和工程应用具有一定的指导意义。

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。