基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

界面阻燃化玻璃纤维协同聚磷酸铵增强阻燃聚乳酸

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对短切玻璃纤维(GF)进行氨基化处理,得到表面富含氨基的GF-KH550,以三乙胺为缚酸剂和催化剂、POCl_(3)和4,4-二氨基二苯甲烷为反应单体,在GF-KH550表面原位聚合,获得超支化聚磷酰胺界面阻燃化玻璃纤维(GF@HBPN),采用FTIR、XPS、SEM、TGA对其进行了表征。GF-KH550、GF@HBPN单独或与聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂用于聚乳酸(PLA)复合材料(GF-KH550/PLA、GF@HBPN/PLA、APP/GF@HBPN/PLA)的制备。对复合材料的热稳定性、力学和阻燃性能进行了测试。结果表明,与PLA相比,GF-KH550/PLA的拉伸强度明显提高,但GF的“烛芯效应”严重恶化了其燃烧性能;GF@HBPN/PLA复合材料的拉伸强度也有提高,且燃烧过程中GF表面形成的界面残炭抑制其“烛芯效应”,改善了其燃烧性能(UL-94V-2),但不足以达到理想阻燃效果。当APP质量分数10%、GF@HBPN质量分数为30%时,制备的复合材料10%APP/30%GF@HBPN/PLA的极限氧指数达到26.8%±0.2%、垂直燃烧等级为UL-94V-0级,且热释放速率峰值、总热释放量和平均有效燃烧热比PLA分别下降了31.39%、23.57%和18.80%,显示出优异的火安全性能。

影响玻璃纤维直接纱发黄因素的探讨

通过生产过程观察、对浸润剂发黄进行试验模拟分析,研究了玻璃纤维直接纱端面产生黄变的原因,并归纳出引起直接纱端面黄变的重要影响因素。按照影响程度的大小来看,拉丝卷绕比、拉丝张力、拉丝炉位、烘制时间和温度是决定浸润剂黄变的主要影响因素。进一步提出预防直接纱表面发黄的有效措施。

玻璃纤维增强机制砂混凝土力学性能及收缩性能研究

为了解决机制砂性能不稳定、易收缩开裂的问题,提出了一种增强机制砂混凝土性能的方法,即采用耐腐蚀的玻璃纤维进行加固。以不同配合比的玻璃纤维增强机制砂混凝土为研究对象,制作试件共计180个,分别进行了坍落度测试、轴心抗压强度试验、抗折强度试验及收缩试验。通过对比机制砂对替代率和玻璃纤维掺量两个重要因素对玻璃纤维增强机制砂混凝土工作性能、力学性能及收缩性能的影响规律和作用原理,进一步确定机制砂对天然砂的最佳替代率和玻璃纤维最佳掺量,以推动机制砂玻璃纤维混凝土的发展与应用。

原位聚合法制备连续玻璃纤维增强尼龙6复合材料的改性和性能

尼龙6(PA6)树脂具有优异的性能,其连续纤维复合材料在汽车、航空航天领域具有广泛应用。但是PA6树脂熔融后黏度较高,不易对连续纤维充分浸渍,并且连续纤维与PA6的复合材料界面黏附性较差,限制了其复合材料的性能和应用。针对这些问题,文中对连续玻璃纤维增强尼龙6(CGF/PA6)复合材料开展了研究。首先,采用阴离子开环聚合制备PA6,确定了其最佳制备工艺;其次,用硅烷偶联剂KH550(AP)对连续玻璃纤维(CGF)进行改性,并对其进行了红外光谱表征;最后,通过原位聚合法制备了CGF/PA6复合材料,研究了AP改性对CGF/PA6复合材料力学性能的影响,并对CGF/PA6复合材料的拉伸断口进行了扫描电镜分析。结果表明,AP被键合到了CGF表面,AP改性可以增强CGF/PA6复合材料的界面黏附性,从而使CGF/PA6复合材料的拉伸强度得到改善,当AP用量为2%时,CGF/PA6复合材料的拉伸强度高达88.52 MPa,此时,复合材料的断裂伸长率最低,为4.90%。CGF/PA6复合材料的冲击强度变化不大,均在50 k J/m2左右,说明复合材料的韧性受CGF表面改性影响较小。

环境吸湿对玻璃纤维增强尼龙66材料性能的影响

通过研究两种玻璃纤维(GF)增强尼龙(PA)[GF增强PA66(A3WG6,巴斯夫),简称复合材料A;自制PA66+30%GF,简称复合材料B]在环境温湿度条件下调节不同时间后的吸湿状态,探讨了不同时间调节后PA复合材料的拉伸强度、拉伸弹性模量、拉伸应变、冲击强度及收缩率与调节时间的关系,考察了材料在常温环境下调节时间与材料含水率的关系,同时分析了水分对PA复合材料性能影响的机理。结果表明,在试验范围内,PA复合材料在常温环境中的吸湿率随着调节时间的延长而增加,环境吸湿速率在16 h达到最高,在168 h后趋于平稳。吸湿后的PA复合材料拉伸强度随着调节时间的延长逐渐下降,拉伸应变和拉伸弹性模量变化相对较小,冲击强度则随着调节时间的延长逐渐增大。当PA66复合材料A、B在环境温湿度条件下调节168 h后,材料的含水率分别为0.207%和0.145%,材料的拉伸强度分别下降了14 MPa和15.3 MPa,损失率达到6.9%和7.8%。当PA66复合材料A、B在环境温湿度条件下调节960 h后,材料的含水率分别为0.578%和0.439%,材料的拉伸强度分别下降了38 MPa和35 MPa,损失率分别达到18.6%和18.2%,材料的冲击强度则提高了12.3%和45.7%。PA66复合材料A、B在相同环境温湿度条件下调节不同时间后的物理力学性能、吸湿状态呈相同趋势。

玻璃纤维滤材的疏水改性及过滤性能

闭式循环过程会产生大量放射性气溶胶,其高湿、高酸、高放射性的特点导致基于玻璃纤维滤材的高效过滤器失效快、更换频率高。为解决上述问题,提出对传统的玻璃纤维滤材进行疏水性改性,以提高玻璃纤维滤材对苛刻工况的耐受性。利用低表面能改性剂(聚二甲基硅氧烷)对滤材进行化学性疏水性改性,通过引用SiO_(2)纳米颗粒物进行微结构构造,进一步改善疏水效果。借助SEM、FTIR、接触角测量仪等手段对改性效果进行了分析,并进一步研究了改性滤材的过滤性能。研究结果表明:改性方案能够有效改善玻璃纤维滤材的疏水性,并提高其耐湿性;单纯化学改性滤材的静态接触角可达146°,引入SiO_(2)纳米颗粒物后改性滤材的接触角超过150°;当改性剂中聚二甲基硅氧烷质量分数为2.0%、SiO_(2)纳米颗粒物质量分数为0.5%时,所得GF-PS-0.5滤材展现出最优的耐酸性,主要源于化学性疏水和结构性疏水的有效协同;GF-PS-0.5在经受足量的γ照射后,疏水性保持稳定,表明其良好的耐辐照性;改性滤材仍然保持了优异的过滤性能,其过滤效率超过99.99%。改性过程在提高滤材耐受性的同时,没有影响其过滤性能,展现出良好的应用前景。

热塑性复合材料玻璃纤维环氧成膜剂的制备与性能研究

本文采用化学改性法,以环氧氯丙烷、共聚物P105、环氧树脂E-51和双酚A为原料,制备了一种水性环氧树脂乳液作为玻璃纤维成膜剂,研究了原料摩尔比、E-P105用量和乳化温度对乳液粒径和稳定性的影响。结果表明,当P105、ECH、NaOH摩尔比为1∶1.5∶1.2,环氧树脂与双酚A摩尔比为2.25∶1,E-P105质量份数为环氧树脂和双酚A质量的20%,乳化温度为60℃时,乳液粒径为0.387μm,粒径分布均匀,具有良好的稳定性,经上浆处理后的玻璃纤维复合材料力学性能优异。

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。