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。

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。

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。

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。

中等应变率下单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切本构关系

采用真空辅助成型工艺制备单向玻璃纤维增强环氧树脂基的[±45°]_(8s)复合材料试样,通过专用试验设备开展恒定应变率下的面内剪切性能研究,应变率范围为3×10^(-4)~128.4s^(-1)。以Khan-Huang本构关系模型表达形式为基础,考虑应变率效应,建立了一种单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在中等应变率下的剪切本构模型,通过最小二乘法和遗传算法获得了最优本构参数。结果表明,单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切性能具有应变率敏感性,剪切强度随着应变率的提高逐渐增大,在128.4s^(-1)时极限强度提高了35.5%。建立的本构关系模型能够准确反映剪切性能与应变率的关系,可用于中等应变率条件下的剪切性能预测。

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．

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。

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。

基于Ansys铺层设计的玻璃纤维增强复合材料电杆的挠度仿真分析及优化

随着复合材料及其工艺技术的发展,比强度高、绝缘性好、耐腐蚀性强、可设计性优的纤维增强聚合物基(FRP)复合材料杆塔得到越来越多的关注。本文针对12 m高的玻璃纤维增强聚氨酯复合材料电杆现有工艺建立了抗弯数值模拟模型,进行了标准弯矩下的弯曲仿真分析,并利用PUCK准则预测复合电杆的整体性能。求解结果表明,优化前在标准弯矩下复材电杆最大挠度值为1270.4 mm,与弯曲试验结果的相对误差为6.31%,说明本文建立模拟模型可以准确预测复材性能;PUCK准则的IRF因子为1.42,表明电杆可能发生剪切破坏。为了进一步提高复材电杆的刚度和使役性能,利用Kriging算法构建挠度仿真模型二阶响应面,进行基于NSGA-Ⅱ算法的最优铺层角度组合优化设计。优化后标准弯矩下复材电杆最大挠度值降为1050.2 mm,与试验值1029.0 mm的相对误差为2.06%;PUCK准则显示IRF因子降为0.76,电杆可靠性大大提高。利用数值模拟和优化方法优化缠绕角度,可在提高纤维增强复合材料的刚度的同时降低复材破坏风险。

玻璃纤维增强树脂基复合材料的介电特性

本文介绍了玻璃纤维增强树脂基复合材料作为电介质材料的特点及影响因素。并介绍了低介电性能环氧树脂/玻璃纤维复合材料的研究现状以及PTFE、氰酸酯树脂等高性能透波复合材料的研究进展。

玻璃纤维增强树脂基复合材料碾铆-粘接接头老化和腐蚀性能研究

主要对玻璃纤维增强树脂基复合材料碾铆-粘接接头进行了老化和腐蚀试验,通过静拉伸测试,分析了温度和腐蚀介质对混合连接接头力学性能的影响。结果表明:同温下,粘接层失效时的峰值载荷会随保温时间的增加而减小;同保温时间下,粘接层失效时的峰值载荷会随温度的增加而减小;在5%NaCl溶液中腐蚀时,连接件的抗拉伸性能受腐蚀时间延长的影响比较小;而在5%NaOH溶液和5%HNO_3溶液中腐蚀时,连接件的抗拉伸性能受到的影响比较大,样件的峰值载荷下降比较明显。试样的失效主要分为胶层失效和铆钉拉脱失效两个阶段。

玻璃纤维在树脂基复合材料中的应用

玻璃纤维具有强度高、模量大、伸长小、价格便宜等优点,广泛用于树脂基复合材料(增强塑料)的增强材料。本文扼要介绍一些国家玻璃纤维及其树脂基复合材料的生产和需求情况。

玻璃纤维增强酚醛基复合材料平均线胀系数测试影响因素

研究了保温时间、升温速率、预处理温度等对玻璃纤维增强酚醛基复合材料线胀系数测试的影响。结果表明,玻璃纤维增强酚醛基复合材料在加热条件下进一步固化,造成样品收缩与样品受热膨胀相抵消,升温曲线出现平台。因此,测试前应对样品进行预处理,处理温度高于试样最终的测试温度,低于样品固化温度,以免材料内部结构发生变化;设置合适的升温速率,升温速率低,增加了时间成本,升温速率太高,测温热电偶引入的误差增加,且不均匀的加热使试样产生热应力,影响试验结果。

高性能超支化聚合物固化环氧树脂基玻璃纤维复合材料通过鉴定

近日，一种名为“高性能超支化聚合物固化环氧树脂基玻璃纤维复合材料”的新型材料通过了省级科技成果鉴定。以中国工程院院士、中南大学原校长、粉末冶金和复合材料专家、国家技术发明一等奖获得者黄伯云先生为首，涵盖铁路、船舶、电力、隐形材料、高分子材料等各个学科领域的13位鉴定专家，对该技术给予了高度评价，并建议产品尽快投入批量生产，满足市场需求。

不同作用距离下玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面等离子体活化研究

用等离子体处理技术对不同作用距离下的玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面进行活化处理,通过对处理前后的材料表面进行接触角、表面能、表面形貌、红外光谱等宏观微观性能的对比分析,获得了不同距离下等离子体表面活化处理的作用规律。结果显示:在同一工作电压下,随着作用距离的增加,材料表面的接触角越来越大,表面能随着作用距离的增加而降低,材料表面浸润性和表面能显著提高;表面形貌显示,等离子体活化处理之后,表面树脂碎片颗粒变小,露出了玻璃纤维,粗糙度增加,并且随着作用距离的减小,粗糙度增加的程度变大;红外光谱显示等离子体活化处理后复合材料表面酯基C-O键断裂,酯基数量降低,而硝基、酮基、羧基、醇羟基的数量相应的增加,表面极性增强,随着作用距离的增加,材料表面增加的硝基、酮基、羧基、醇羟基等官能团的数量也越来越少。

碳纳米管基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

为研究碳纳米管(CNTs)对碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP复合材料)性能的影响,采用超声共混的方式将CNTs引入到CF/EP复合材料基体体系中,制备CNTs基体改性碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CF/EP-CNTs复合材料)。对两种复合材料的黏弹性能、热稳定性能、弯曲性能和耐疲劳性能进行测试。结果表明40.0℃时CF/EP-CNTs复合材料的储能模量E′值较CF/EP复合材料提高了16.1 GPa,Tg值略有降低;CF/EP-CNTs复合材料开始热降解的温度较CF/EP复合材料低,热稳定性略有下降;CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度和弯曲模量比CF/EP复合材料分别提高了6.3%和15.9%;经40000次弯曲疲劳后,CF/EP-CNTs复合材料的弯曲强度保持率和弯曲模量保持率高达90.7%和93.8%。

温度和压力对玻璃纤维增强环氧复合材料吸湿特性的影响

采用称量法研究了温度、压力对浸泡在水中的GF/E-51试件吸湿性的影响;通过短梁剪切实验研究了温度、压力和浸泡时间对GF/E-51剪切强度的影响,使用体视显微镜观察了浸泡60d后GF/E-51的截面形貌。结果表明:温度对试件的吸湿影响较大,与30℃时相比,50℃时的平衡吸湿量增了145.0%,扩散系数增加了47.6%,50%吸湿量以前的平均吸湿速率增加了3倍,温度升高,加速了GF/E-51试件吸湿由Fick扩散到非Fick扩散的转变;压力对复合材料吸湿及吸湿试样的剪切强度有明显的影响:压力升高,抑制了树脂基体的溶胀,延缓了GF/E-51试件吸湿由Fick扩散到非Fick扩散的转变,减轻了溶胀对剪切强度影响,浸泡60d后,剪切强度保留率保持不变,但5atm/30℃水中试件剪切强度保留率比1atm/30℃条件下高3.97%、比1atm/50℃条件下高5.17%。

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料研究进展

对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的研究近况进行了简单介绍,对其界面改性、增韧增强、结晶行为、长切玻璃纤维增强、材料性能及成型工艺条件进行了较详细的讨论,并对该复合材料今后的研究进行了展望。

碳纤维/环氧树脂单向复合材料的吸湿残余应力研究

对碳纤维增强环氧树脂基(CFL/EP)单向复合材料在湿热环境下吸湿残余应力进行了研究。首先,采用ABAQUS有限元软件计算了环境温度T=37℃及T=80℃条件下随时间变化的材料中水分分布,该结果和材料吸湿实验结果吻合较好,同时也发现碳纤维随机分布模型能更好地模拟复合材料吸湿行为;随后,根据获得的水分分布对随时间变化的吸湿残余应力进行了研究。结果表明:树脂基体长时间吸湿导致的残余应力能够达到很高的水平(30MPa以上),其中纤维间距较小的基体区域以及基体和纤维界面处的应力水平明显高于其他区域,而在界面处应力值最高。这种高水平的残余应力在吸湿、脱湿循环下可能导致材料发生疲劳损伤及失效。

连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料力学性能研究

采用热压成型方法制备连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料(GF/EP/PC),并与GF/PC复合材料进行力学性能测试比较和SEM照片观测分析了影响复合材料力学性能的因素。研究结果表明,GF/EP/PC复合材料的拉伸弹性模量与弯曲弹性模量分别为GF/PC复合材料的16.4倍和8.8倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了1.7倍和3.7倍;结合其力学破坏形貌照片,分析了纤维和树脂的粘接情况和材料的破坏模式以及PC树脂与芯层GF/EP复合材料的粘接情况。