芳纶纤维布层间增强的硅酸铝纤维/酚醛树脂层压复合材料力学性能研究

制备硅酸铝纤维密度相同的硅酸铝纤维/酚醛树脂层压复合材料,采用芳纶纤维布层间增强结构提高材料的力学强度,考察了复合材料的抗压性能、抗冲击性能以及芳纶纤维布增强层与基体材料的剥离强度。研究结果表明:密度越大其抗压强度越高,而材料的抗冲击性能受密度的影响不明显。采用芳纶纤维层间增强硅酸铝纤维/酚醛树脂层压复合材料能显著提高材料的抗压性能及抗冲击性能,随层间增强层数增多其抗压性能无明显改变,而其抗冲击性能随增强层数增多有明显提高。由于基体材料强度的局限性,增强层与基体材料的剥离强度对材料的冲击韧度影响不明显。

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3~0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m2,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m2时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5~40 g/m2范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。

碳纳米管膜层间增强增刚碳纤维增强树脂基复合材料的压缩强度与导热性能

近年来结构功能一体化碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)受到广泛关注,而高强、高模和高导热的碳纳米管膜的层间增强增刚技术为此提供了新思路。本文基于原始的碳纳米管膜(P-CNTF),采用湿拉伸法和环氧化反应制备了取向、环氧化和取向-环氧化碳纳米管膜(S-CNTF、E-CNTF和S-E-CNTF),分别用于层间增强增刚CFRP(分别记作CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF),分析了碳纳米管膜的物化特性和拉伸性能,并结合Jumahat的联合预测模型和实验验证研究了碳纳米管膜对CFRP的纵向压缩强度和失效机制的影响,同时探讨了CFRP的面内导热性能及其导热机制。结果表明:相较P-CNTF,S-E-CNTF膜内碳管呈现高度取向的集束状态,表面化学活性明显增强,使其拉伸强度和模量分别提高到116 MPa和6.3 GPa。对比于CFRP,CFRP/S-E-CNTF的面内剪切模量和层间剪切强度分别提高了28.3%和34.2%,表明SE-CNTF能有效增强CFRP抵抗剪切变形和裂纹扩展的能力;模型预测表明CFRP/S-E-CNTF的理论弹性压缩应力和塑性压缩应力分别提高了30.7%和32.3%,并且与实验结果吻合较好;同时基于S-E-CNTF在CFRP层间区域构建的三维导热网络,CFRP/S-E-CNTF的面内导热系数提高到了7.8 W/(m·K)。

层合复合材料z-pinning增强技术的力学进展

z-pinning技术是自20世纪90年代中期发展起来的一种增强层合复合材料层间韧性的新技术。此项技术通过在层合板内嵌入体分比小于5%的z-pin,能使层合板的Ⅰ型层间断裂韧性提高十几倍,减少50%由低能量冲击所产生的层间分层,并且只造成层合板面内拉压强度的少量退化或不退化。同时,z-pinning技术较之其他层间增强技术,如编织、纺织和缝合技术等,又具有易于加工,且便于控制工艺质量等优点。因此,这一技术在近年来逐渐受到重视,并在一些航空、航天复合材料结构中得到了应用。简要介绍了z-pinning技术的工艺特点,重点综述这一领域细观力学模型与实验测试等力学分析工作的最新进展,并对准确评估z-pin力学行为的研究工作进行了展望。

Z-pin增强技术在碳纤维复合材料中的现状与展望

Z-pin增强技术在复合材料层间增强与联结增强中是简便、影响最小、有效的方法。Z-pin增强技术是在碳纤维预浸件中直接嵌入固化好的纤维棒或金属棒然后成型。从理论与试验的角度分别说明Z-pin的嵌入能减少层间Ⅰ,Ⅱ型破坏和联结破坏,大大增加层间强度与联结强度。Z-pin增强技术的应用应向工艺方面、金属Z-pin方面、金属与碳纤维联结方面和环形搭接方面发展。

沥青路面增强型基-面层层间黏结组合材料优选试验研究

基-面层层间黏结性能对路面结构的整体性和耐久性有重要影响。为改善这种异质性结构的层间黏结效果,设计了透层和封层组合的增强型层间黏结材料。采用自制的剪切和拉拔装置,进行了不同层间油用量、不同温度条件下复合试件的层间抗剪强度和拉拔强度试验,分析了各因素对层间强度的影响规律,探究了基于区域环境温度特征的增强型基-面层层间黏结材料适宜组合方式。结果表明:(1)低温、常温条件下基-面层层间强度随透层油用量的增加而增长,而高温条件下的层间强度则随透层油用量的增加而先增后减,且层间强度变化存在以透层油用量为0.6 L/m^(2)的特征分界点;(2)相比于仅采用单一的透层材料,采用“透层+封层”的增强型透黏组合材料有利于提高基-面层层间黏结性能;(3)应依据工程区域环境温度特征来合理选择透黏组合材料,在夏季无高温地区,推荐选择层间洒布用量为0.6 L/m^(2)的PC-2型乳化沥青透层油+沥青用量为1.8 kg/m^(2)的掺纤维橡胶改性沥青碎石封层的增强型层间黏结措施;而在夏季炎热高温地区,推荐将前述增强型层间黏结措施中的沥青用量调整为0.9 kg/m^(2)。研究成果为基于区域环境温度下的沥青路面增强型基-面层层间黏结材料优化设计提供试验支撑。