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。

玄武岩纤维增强复合材料现状及发展前景研究

玄武岩纤维(BF)具有绿色环保、高强耐腐、隔音隔热等优点,广泛应用于各类玄武岩纤维复合材料(BFRP)的研发中。目前BFRP还存在制备工艺不足、产品质量不稳定、改性混掺工艺不足等问题,针对上述问题的研究缺乏系统性总结。为此,研究了当前BFRP的制备与生产工艺、增强机理及应用现状,总结并提出了BFRP的发展及应用困境,并给出了相应的建议和研究展望。研究表明:当前基于最优单掺纤维的BFRP不断应用于土建交通、石油运输、航空航天等领域中,并呈增长趋势;但高性能BF生产、纤维混掺、BF界面改性等新型BFRP制备工艺还存在生产成本高和成品质量不稳定等问题,制约了高性能低能耗BFRP研发;BFRP生产应用全过程的规范标准仍然不健全,限制了BFRP的推广应用。随着新工艺不断发展和高性能BF的陆续研发,BFRP性能将更优异、能耗更低,未来将是BFRP深度应用的时代。研究对于高性能低能耗BFRP的研发及应用具有一定参考价值。

基于玄武岩纤维的功能化复合材料的研究进展

玄武岩纤维(BF)作为一种低成本、高性能的天然纤维已被列为21世纪中国新兴战略资源,也是制备先进复合材料的基础。在玄武岩纤维的实际应用中,纤维自身的性能以及在复合材料中的界面行为等是影响最终制品性能的关键因素。本文阐述了BF的化学组成,并探讨了组成对BF力学性能的影响。重点关注了BF的应用,详细介绍了BF的表面改性及力学增强。此外,从纤维的表面功能化改性、第三相功能粒子的添加以及BF自身性能的应用等几个方面总结了BF在电磁波防护、水处理、催化、抗菌及能源领域的研究进展。最后指出了BF复合材料目前存在的主要问题,并对未来的研究方向做出展望。

玄武岩纤维增强树脂复合材料的现状与发展

玄武岩纤维(BF)是一种环保型增强纤维,与碳纤维(CF)相比,其具有较高的延伸率,且成本低于50%;与玻璃纤维(GF)相比,其具有较高模量、耐热性、耐碱性、无毒、绿色环保等特点;可用于制备具有强度高、抗腐蚀、可生物降解且耐磨性能较好的高分子复合材料;可以作为玻璃纤维、石棉以及部分碳纤维的良好替代品。以BF为增强体制备的树脂基复合材料具有较好的综合性能。通过复合材料制备方法的分析,得出了这些复合材料的制备工艺的特点、缺陷以及改性方法存在的局限性。综述了高密度聚乙烯(HDPE)/BF、聚丙烯(PP)/BF和环氧树脂(EP)/BF复合材料的研究现状。

玄武岩纤维增强不饱和聚酯层压复合材料低速冲击损伤性能

研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料低速冲击试验,得到载荷-挠度曲线和载荷-时间曲线,用于分析三种不同铺层方式玄武岩纤维增强不饱和聚酯树脂层压复合材料低速冲击加载力学性能。通过观察层压复合材料破坏形态来分析其破坏方式。实验结果表明:0°/90°交错层压复合材料和平纹织物增强层压复合材料抗低速冲击性能优于0°单向层压复合材料;0°单向层压复合材料破坏方式为裂纹沿着纤维方向伸展,而0°/90°交错层压复合材料和平纹织物层压复合材料破坏只发生在冲击点附近局部区域。

植入NiTi-玄武岩混编纤维增强体的复合材料螺旋弹簧刚度预测模型

为了预测植入NiTi-玄武岩纤维混编纤维增强体的复合材料螺旋弹簧刚度,基于复合材料细观力学推导了混编织物复合材料单层板的等效剪切模量计算公式,建立了多层异种纤维混编织物增强复合材料螺旋弹簧的刚度预测模型。制作了多层NiTi丝和玄武岩纤维混编复合材料螺旋弹簧样件。试验刚度与理论计算刚度误差为2.7%,验证了提出的刚度预测模型的正确性,这对异种纤维增强复合材料结构刚度性能预测及工程化应用具有参考意义。

改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料

本发明涉及增强材料技术领域,具体而言,涉及改性玄武岩纤维及其制备方法和玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。改性玄武岩纤维包括玄武岩纤维和无机纳米粒子,所述无机纳米粒子负载于所述玄武岩纤维,其中所述玄武岩纤维上键合两端为环氧基的基团链。本发明的改性玄武岩纤维采用化学接枝改性与物理纳米粒子的机械啮合同时作用,二者构成有机-无机杂化协同效应,更加能够提升界面的强度从而提升复合材料的力学性能。

玄武岩纤维增强水泥基复合材料研究

为制备性能优异的水泥基复合材料,探索玄武岩纤维的增强效应,开发具有高抗折强度的建筑砂浆。采用玄武岩纤维作为增强材料,通过正交试验设计和统计分析,探索了玄武岩纤维掺量、水胶比和灰砂比3个因素对7、28 d抗压和抗折强度的影响规律,根据工程需要,优化了最佳抗折强度的组合。通过SEM等试验分析评价了其增强机理和破坏特征。研究表明,玄武岩纤维作为水泥基复合材料的增强组分,具有非常好的抗折强度增强效应,7 d最高增强幅度可达到2.91倍。纤维掺量对不同龄期的强度影响是显著的,远远大于的水胶比和灰砂比的影响。扫描电镜照片中可以看出,玄武岩纤维在砂浆中的分散性良好,没有发现结团现象,尤其是在有些断裂的断面上,纤维仍在两个断面中连接,表现出较好的抗裂效果。由于玄武岩纤维的物理力学性能优于玻璃纤维,耐碱性更好,部分性能仅次于碳纤维,但成本远远低于碳纤维,在水泥基复合材料领域有着广阔的应用前景。

车用35MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶自紧工艺研究

为了研究和分析玄武岩纤维增强金属内胆压力容器在自紧作用下的容器性能,以工作压力为35 MPa的玄武岩纤维增强绕复合材料气瓶为研究对象,依据经典网格理论建立气瓶有限元模型,分析自紧工艺对玄武岩纤维增强复合材料气瓶应力大小及分布影响,根据DOT-CFFC标准,提出最佳自紧压力。研究表明:自紧后,玄武岩纤维增强复合气瓶纤维层在35 MPa工作压力下的应力强度明显高于自紧前,气瓶纤维强度利用率大幅度提高;在60~80 MPa工作压力下随着自紧压力增加,气瓶内衬的最大Von-Mises应力减小,内衬受力降低,纤维层最大Von-Mises应力增大,纤维增强作用提高;当自紧压力为64.89 MPa时,气瓶的承载性能最佳,此时气瓶的内衬承载能力和纤维层利用率比自紧前分别提高了37.63%、33.22%;爆破压力下自紧压力不影响气瓶内衬和纤维层应力大小。该研究成果能大幅提高玄武岩复合材料气瓶的承载能力,有助于天然气汽车的应用推广。

复合材料层压板的变形:树脂基体、增强纤维与非对称正交铺层变形的关系

主要研究了复合材料层压板的变形情况。分别选取环氧、苯并噁嗪为基体,以特定型号的预浸料为材料,选取不对称铺层[0/0/90/90]条件,用ANSYS软件模拟复合材料层压板变形情况,与实际不对称层合板变形情况对比,分析树脂基体、增强纤维和非对称铺层与复合材料变形之间的关系。结果表明,不同的树脂基体材料和不同的铺层设计对非对称正交铺层复合材料层压板的变形情况有影响。

改性玄武岩纤维增强复合材料研究综述

为了更好地发挥纤维增强复合材料中玄武岩纤维的优良力学性能,归纳了近年来关于玄武岩纤维增强复合材料在力学方面的改性方法及效果。首先说明了提高玄武岩纤维增强复合材料性能的意义,然后分别从纤维改性和基体改性两个方面展开介绍,并对纤维直接改性的主流方法——纳米改性和偶联剂改性及两种改性混合方式进行深入探究,重点关注试验样件制作、性能提升效果和增强机理分析,进而对改性的研究成果进行了总结,提出未来的研究方向。

玄武岩纤维增强聚合物基复合材料的研究进展

玄武岩纤维是四大高新技术纤维中综合性能最好和综合性价比最优的品种,玄武岩纤维增强聚合物基复合材料在工业上有着重要的使用价值,是21世纪支撑高科技产品,尤其是市政城建、建筑建材和国防军工建设的一种主要材料。本文综述了玄武岩纤维增强热固性聚合物基复合材料和热塑性聚合物基复合材料的研究现状及国内外的发展应用,以及今后需要深入研究的方向。

玄武岩短纤维增强环氧树脂复合材料的研究

以环氧树脂为基体、玄武岩短纤维为增强材料,制备了玄武岩短纤维/环氧树脂复合材料.研究了不同玄武岩短纤维含量对复合材料拉伸强度和耐磨性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料的断面形貌和磨损表面形貌,分析了磨损机制.结果表明,玄武岩短纤维/环氧树脂复合材料的抗拉强度和耐磨性能与纯环氧树脂相比均有不同程度的改善和提高,当玄武岩短纤维的含量为8%时,复合材料的拉伸强度最大;当玄武岩短纤维的含量为6%时,磨损率最低.随着玄武岩短纤维含量的增加,复合材料的磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转化.

光伏支架用纤维增强复合材料的设计和应用研究

叙述了玄武岩纤维和玻璃纤维增强复合材料的组成和制备工艺,分析了其力学性能,将纤维增强复合材料应用于光伏支架(下文简称为“复合材料光伏支架”)上,依据相关规范,运用MIDAS软件进行复合材料光伏支架的结构建模分析,通过与钢结构光伏支架的对比,总结了二者的主要区别,提出了复合材料光伏支架的结构设计关键点。研究结果表明:玄武岩纤维和玻璃纤维增强复合材料可以满足光伏支架的各项基本要求,具有较高的强度及较好的稳定性;用于光伏支架可时需按照服役环境要求,进行防腐、耐候、热工、绝缘、耐火、耐磨设计;使用时应重新进行该复合材料结构设计计算;材料强度虽有安全余量,但需对连接节点处的螺栓进行重新设计。

玄武岩纤维及其增强水泥基复合材料研究进展

玄武岩纤维是一种新型无机绿色环保高性能纤维材料。综述了玄武岩纤维及其玄武岩纤维增强水泥基复合材料(basalt fiber reinforced cement-based composite)国内外最新研究进展,简要介绍了玄武岩纤维国内外研究进展,玄武岩纤维表面处理技术对界面性能的影响以及对提高复合材料整体性能的必要性,并重点介绍了玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能研究和纤维增强机理以及玄武岩纤维水工混凝土及BFRP加固应用。最后对玄武岩纤维增强水泥基复合材料的发展研究方向进行了展望。

玄武岩纤维及其格栅增强水泥基复合材料力学性能对比研究

砂浆是常见的水泥基体,为了对比研究不同玄武岩纤维制品对水泥基复合材料力学性能的增强效果,将短切玄武岩纤维及玄武岩纤维土工格栅分别以掺入和铺层的方式加入到水泥基体中,掺量为0.2%,铺层数为3层,并进行了抗压和抗折力学性能实验。结果表明,短切玄武岩纤维和玄武岩纤维土工格栅均能够对砂浆起到增强效果,且玄武岩纤维土工格栅对砂浆增强效果更佳,抗压强度和抗折强度最高分别提高45.93%和51.03%,说明具有交织结构的玄武岩纤维格栅对砂浆力学性能具有积极作用。

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。

纤维增强复合材料层压板的失效过程分析——变参量变分方法

本文建立了关于具有逐层失效不连续本构关系的纤维增强复合材料层压板的参变量变分原理,所构造的受参变量控制的能量泛函的驻值问题可转化为一个拟二次规划问题.本文给出了一个求解此规则问题的有效算法.本文方法的优点在于避免了分析层压板强度的冗长迭代过程,可在一个加载步内求出对应各单层失效的一系列强度比值.

低速加载对铝合金-玄武岩纤维增强树脂复合材料粘接接头失效的影响

为了给铝合金-玄武岩纤维增强树脂复合材料(BFRP)粘接结构在汽车工业中的应用提供参考和指导,制作了铝合金-BFRP粘接接头,分别在1、50、100 mm/min低速加载速率下进行准静态拉伸试验与剪切试验.结合汽车服役中的温度区间,在80℃的高温老化环境下对接头进行0、5、10、15、20 d的老化实验.对老化的接头进行加载速率为1、100 mm/min的准静态拉伸试验与剪切试验,得到不同老化时间下铝合金-BFRP粘接接头的准静态失效强度.结合宏观模式与扫描电子显微镜分析研究接头失效模式的变化,结果表明:铝合金-BFRP粘接接头失效强度由加载速率和老化时间共同影响.低速加载过程,接头在拉应力和切应力作用下的失效强度均随加载速率的增大而升高;在加载速率范围内,切应力作用下接头失效强度的上升幅度大于拉应力作用下的;3种低速加载速率测试中,拉应力和切应力作用下接头的失效模式分别为纤维撕裂和胶层内聚,未老化接头的宏观失效模式无明显变化.本研究对高温环境下服役的粘接结构准静态的失效预测具有工程意义.

玄武岩纤维增强复合材料及其应用最新研究进展

玄武岩纤维增强复合材料是一种以玄武岩纤维为增强体,以树脂基或水泥基等为基体的新型复合材料,其具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能。综述了玄武岩纤维及其复合材料的最新研究现状及其在隔热、耐温、防火领域、石油化工领域、汽车领域及建筑工程领域的应用。并对玄武岩纤维增强复合材料及其应用进行了展望。