热拉式多材料纤维光电子技术研究进展与展望

随着纺织工程和材料科学的快速发展,智能纤维与织物以其柔软、轻便、透气等优势成为可穿戴设备的首选载体。热拉式多材料光电子纤维有望通过热拉制工艺发展为具有多参量感知、温度调控、信息交互等功能的智能纤维。为使热拉式多材料光电子纤维可更好地服务于纺织行业,重点讨论了热拉式多材料纤维光电子技术的研究进展,总结了热拉纤维内微纳结构的调控机制,阐述了热拉式多材料纤维在传感、能源、生物、医疗等场景中的应用,并展望了热拉式多材料纤维光电子技术未来在材料选择及研发、纤维结构调控、纺织加工、多功能集成、人工智能5个方面的研究趋势。最后指出:热拉式多材料光电子纤维未来将从单一功能向多功能、力学性能改善、智能计算等方向发展,以便更好地与传统纺织加工技术结合,进一步提升织物的功能性、穿戴舒适性、场景普适性。

三维机织复合材料纤维体积含量计算方法

三维机织复合材料的纤维体积含量是一个表征其性能的重要指标,目前尚无确切的检测标准可依。文中阐述了适用于三维机织复合材料纤维体积含量测定的3种新方法:称量法、理论模型法、数字图像分析法。分析了每一种方法的适用范围,并指出数字图像分析法是今后的发展方向。

橡胶粉改性高延性水泥基复合材料纤维优化研究

将废旧轮胎回收得到的橡胶粉与纤维增强水泥基复合材料(ECC)结合,可以得到绿色环保、性能优异的橡胶粉ECC。文章研究了国产PVA、PE和PP三种纤维对橡胶粉ECC轴向拉伸性能的影响,并探讨了不同橡胶粉粒径、养护环境和养护龄期下ECC的基本力学性能。结果表明:掺入PE纤维的橡胶粉PE-ECC增韧效果最好,其极限拉应力可达到6.97 MPa,极限拉应变最高接近6%。橡胶粉粒径为0.2~0.9 mm时,橡胶粉PE-ECC均表现出明显的受拉应变硬化现象,其极限拉应变稳定在3.2%左右,且粒径越大,极限抗拉强度越小。在同一养护条件和养护龄期下,随着橡胶粉粒径减小,ECC的立方体抗压强度逐渐削弱,粒径0.3 mm的橡胶粉对PE纤维与水泥基体的锚固及拉伸性能影响相对较小。此外,掺入橡胶粉的PE-ECC韧性及能量吸收能力更优,其弯曲韧性指数由普通PE-ECC的20.94提高至25.33,且变形能力显著增强。

竹基纤维复合材料纤维化单板的形态研究

对梁山慈竹纤维化单板形态进行了研究。结果表明:节间竹青面和竹黄面、节部竹青面和竹黄面的平均裂隙角度为60°～70°;节间52%的竹青、节部75%的竹青发生脱落;节间竹束平均断面面积1.97mm2,包含4.61个维管束。节部竹束平均断面积1.83mm2,包含4.07个维管束。通过碾压疏解,对原竹进行可控分离,使复合材料制备达到广谱可设计性。

纤维缠绕复合材料纤维束形态的细观分析及弹性模量预测

在对纤维缠绕复合材料缠绕图案分析的基础上,考虑到纤维束的交叠与波动,提出一种用于计算纤维缠绕复合材料弹性模量的方法。该方法是在纤维缠绕图案中提取一代表单元,将代表单元分成层板区域和纤维束波动区域。层板区域用经典层板理论计算弹性模量;纤维束波动区域根据纤维波动的细观图形及走势计算弹性模量。根据层板区域和纤维束波动区域在代表单元中所占的比例,组合2个区域的弹性模量以获得代表单元的总体弹性模量。通过测试炭纤维/环氧树脂缠绕管在轴向拉伸载荷下的轴向弹性模量及泊松比,验证了理论计算结果,表明该计算方法能较准确地计算纤维缠绕复合材料的弹性模量,因此可为这类材料的设计计算提供有益的理论依据。

剪切场作用下短纤维复合材料纤维取向的耗散粒子动力学研究

为了描述短纤维复合材料注射充模过程的介观结构生成、演化规律,借鉴硬棒模型和粒子模型,建立了一种修正的耗散粒子动力学模型,采用修正的Verlet算法对剪切场作用下短纤维复合材料熔体纤维取向进行研究,模拟结果与实际基本符合。

短纤维增强复合材料纤维和界面层残余热应力分析

基于应力传递的剪滞理论,详细分析推导了纤维中的残余热正应力和界面层中的剪应力解析公式,并与已有的理论公式进行了比较。同时分析了纤维与基体脱粘的原因及热残余应力主要影响因素,主要包括:纤维和界面层材料的弹性模量,界面层的厚度以及纤维的长径比等。通过分析得出:纤维中的压应力和界面层中的剪应力都随着界面层的厚度及其弹性模量的增大而增大;纤维长径比的大小对纤维中的压应力和界面层中的剪应力大小及分布的影响很小。

玻璃纤维增强复合材料超声检测声场的CIVA仿真与试验研究

针对单晶片超声检测玻璃纤维增强复合材料层压板内声场分布,使用CIVA软件得到了不同楔块厚度下材料内部声场的变化规律;同时进行试块内不同规格的预制缺陷仿真试验,通过对缺陷进行B扫图及A扫回波波形分析,得到不同深度缺陷回波特点及波高规律。最后,使用超声检测仪器对制作的玻璃纤维层压板进行实际检测验证试验。试验结果表明:不同尺寸及埋深的分层缺陷的波形特点及检测结果与仿真试验结果相同;当缺陷距离表面太近时,检测得到的尺寸比实际缺陷大很多;当缺陷位于层压板中间时,检测结果均接近实际尺寸;当缺陷位于层压板底部时,检测结果比实际尺寸小。

纤维增强复合材料增强胶合木受弯构件研究综述与展望

针对纤维增强复合材料(FRP)增强胶合木受弯构件研究进行综述,系统梳理了现有增强技术,详细阐述了界面黏结性能、抗弯性能、蠕变性能的影响因素与分析方法。研究表明:FRP增强技术能更有效地利用胶合木受弯构件中木材的强度,提高构件抗弯承载力、控制弯曲变形并改善脆性破坏模式。针对FRP增强胶合木受弯构件在工程应用上的制约因素,提出了在预应力增强技术、长期性能、抗火性能和可靠性方面研究中亟需解决的关键问题。

国内外可持续纤维材料新进展(上)

作为构建可持续纺织产业的基础载体,绿色生态纤维近年来成为全球纺织时尚产业、终端消费市场及资本市场的焦点。根据国际市场研究公司Spherical Insights发布的一份预测报告,全球生态纤维市场规模将从2022年的462.2亿美元增长到2032年的981.9亿美元,预测期内的复合年均增长率(CAGR)为7.8%。

“无机粒子-无纺布”协同改性碳纤维复合材料及其增韧机理

针对碳纤维复合材料层间性能较差、易发生分层损伤的问题,提出一种采用SiC粒子和热塑性共聚酰胺(PA)无纺布对碳纤维/环氧树脂基复合材料(CFRP)进行增韧改性的技术,在层间构筑一种“无机颗粒/热塑性纤维/树脂基体”多组分多尺度增韧相体系,对比分析改性前后复合材料的Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性和耐热性,借助扫描电子显微镜(SEM)和动态热机械分析仪揭示其增韧和耐热性机制。结果表明,与未改性的CFRP材料相比,当SiC填充量(质量分数)为1%、PA无纺布面密度为25 g/m2时,改性CFRP材料Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)和Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)分别提高了52.7%和222.6%。无机粒子的阻滞效应、纤维的桥连效应和基体树脂的塑性变形是其主要增韧机制。

碳纤维复合材料在建筑加固工程中的应用

碳纤维复合材料具有强度高、质量轻等特点,在建筑加固工程中应用的碳纤维材料包含碳纤维板及碳纤维布两种,其加固操作简单、适用面广,相比传统加固方式优势明显。本文主要分析了碳纤维复合材料的加固原理及其优势,介绍了碳纤维复合材料在建筑加固中所应用的内嵌入式及外贴式加固方法,并对未来的应用做出展望,以期能够为碳纤维复合材料在建筑加固工程中的使用提供借鉴意义。

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

碳纤维复合材料层合板钻削后拉伸剩余强度研究

拉伸剩余强度是复合材料层合板的一个重要力学性能,对产品的使用寿命起着关键作用。为了研究钻削工艺参数对碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)层合板钻削后拉伸剩余强度的影响,将所选用的失效准则和刚度退化模式编写Vumat子程序,在Abaqus软件中建立了CFRP层合板钻削后拉伸有限元模型。通过正交试验探究主轴转速、进给量和钻头顶角对CFRP层合板钻削后拉伸剩余强度的影响。研究结果表明,主轴转速、进给量和钻头顶角都对层合板拉伸剩余强度有显著影响,提高主轴转速,减小进给量和钻头顶角都可以有效地提高层合板钻削后拉伸剩余强度,为实际加工提供参考。

纤维增强树脂基复合材料在船舶领域的应用综述

纤维增强树脂基复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)因其具有耐化学腐蚀和耐候性好等优异性能,其大面积使用能够实现船舶的高航速、低排放、远续航,进而成为现代造船的理想材料之一.文中主要从成型工艺、应用现状及其发展趋势三个方面对FRP在船舶领域的应用前景进行概述与分析.首先,基于对多类型船用FRP复杂制备工艺的概述,统计了最常用的船舶FRP性能参数及分析了各类型FRP的应用优势;然后,根据FRP在船舶上的不同应用场景,对其在船体制造的应用现状进行了详细概述.最后,依据现代船舶装备发展需求,从船舶制造技术发展方向、应用场景及结构化发展等方面对船舶FRP应用发展趋势进行了全面分析.

创制纤维新材料 发展新质生产力

纤维材料是指具有足够的细度(直径<100微米)和长径比(长度/直径>1000),具有定向导向性、可编程性、可柔性加工的物质。自古以来,纤维就与人类生活密切相关。从棉麻丝毛等天然纤维发展到高性能和功能性合成纤维,纤维与人类社会的联系越来越紧密。由于纤维材料的柔性和多样化的可加工特性,其应用已经超越了传统织物和纺织品,在战略性新兴产业如人工智能、电子信息、航空航天、新能源、生物医药等领域具有更广泛的应用。

掺废弃陶瓷纤维增强水泥基复合材料抗冻性能

采用陶瓷粉替代一部分水泥,陶瓷砂替代普通河砂,在水泥基材料中掺入不同体积掺量的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维,制成掺入PVA纤维和陶瓷粉的水泥基复合材料砂浆试件。通过冻融循环试验分析质量损失率、相对动弹性模量的变化,并通过电化学阻抗测试和扫描电子显微镜观察研究砂浆试件的冻融损伤规律。结果表明:陶瓷粉中SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量远大于水泥中相应含量,且粒径小于20μm的颗粒占82.3%,火山灰效应和微集料效应可改善试件的密实度,提升复合材料的抗冻性能;PVA纤维掺量为2.2%,陶瓷粉掺量为30%,冻融循环100次时砂浆试件质量损失率最小,相对动弹性模量最大,连续导电路径电阻最大,冻融损伤程度最小;纤维和基体的接触面是该复合材料抗冻薄弱部位。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

桥梁工程中的纤维增强树脂基复合材料应用进展

为满足恶劣环境条件下现代化桥梁工程高质量建造所需材料的力学性能、耐腐蚀性及耐疲劳性等要求,基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了主要的解决思路。

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。