“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。

玻璃与碳纤维混杂增强复合材料3D打印与实验

本研究基于热塑性材料熔融沉积成型工艺,研制了双喷头连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构增材制造平台,制备了不同混杂比的纤维增强热塑性复合材料结构试件,分析了不同结构试件的弯曲力学性能与失效模式,探索了嵌入碳纤维智能层的混杂纤维增强热塑性复合材料的力阻行为。结果表明:比较纯热塑性材料结构件,玻璃纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了115.99%,碳纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了198.76%;玻璃纤维与碳纤维混杂增强复合材料结构件具有负弯曲强度混杂效应和正弯曲模量混杂效应。可根据碳纤维电阻相对变化率对混杂增强复合材料结构的应变与断裂破坏状态进行实时自感知。研究结果为连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构件的高质高效制造与智能化提供了新工艺与新思路。

天然胶乳薄膜与木棉纤维/聚酯纤维非织造布吸声复合材料的制备与性能研究

天然胶乳薄膜具有独特的粘弹性和阻尼特性,木棉纤维具有大中空的独特结构,两者均可作为吸声材料基材。通过将木棉纤维与中空聚酯纤维混合后采用针刺加固工艺制成非织造布,然后直接与天然胶乳薄膜复合,制备天然胶乳薄膜与木棉纤维/聚酯纤维非织造布吸声复合材料,研究天然胶乳薄膜层数、复合材料面密度、木棉纤维/聚酯纤维质量比、复合材料孔径等对复合材料吸声性能的影响并分析复合材料的力学性能。结果表明:在天然胶乳薄膜层数为2、复合材料面密度为1215.72 g·m^(-2)、木棉纤维/聚酯纤维质量比为6/4、复合材料孔径为109.5μm时,天然胶乳薄膜与木棉纤维/聚酯纤维非织造布吸声复合材料的综合性能最优,最大吸声系数可达到0.8;与天然胶乳薄膜复合可弥补木棉纤维/聚酯纤维非织造布在低频率区域吸声效果的不足,有效拓宽复合材料的吸声频带,拓展其应用领域。

玻璃纤维/碳纤维织物基复合材料的电磁屏蔽性能

为增强碳纤维织物复合材料对电磁波的阻抗匹配性,减少二次反射,采用玻璃纤维调控碳纤维织物组织结构,并将其与水性聚氨酯复合,设计并制备了5种玻璃纤维/碳纤维(G/C)织物复合材料。借助超景深显微镜、矢量网络分析仪、模拟日光氙灯光源系统、红外热成像仪对G/C织物复合材料的形貌结构、电磁屏蔽性能、介电性能以及光热转化性能进行表征和分析。结果表明:在12.1 GHz下,纬纱采用2根玻璃纤维和单根碳纤维交替排列织造的G/C织物复合材料的屏蔽效能高达38.7 dB;G/C织物复合材料的组织结构变化可有效调控多种介电极化弛豫机制;G/C织物复合材料表面温度在模拟日光氙灯光源照射下响应速度快,其中玻璃纤维和碳纤维单根交替排列的G/C织物复合材料在2 kW/m^(2)光照强度下照射300 s时,其表面温度可达71.8℃。

用辐射方法制备PCL/玻璃纤维布和PCL/碳纤维布复合材料以及它们的生物降解性研究

观察了聚已内酯 (PCL) /玻璃纤维布和PCL/碳纤维布的机械性能的变化 ,通过对辐射交联的方法制备出了可生物降解聚合物涂覆纤维布复合材料。结果表明 ,γ辐射提高了复合材料的机械性能 ,这是由于所涂覆聚合物交联所产生的凝胶所致。在过冷态下通过γ射线照射 2 70kGy的PCL/玻璃纤维布复合材料的弯曲强度是未辐照样品的 1.5倍 ,弯曲模量提高到 1.35倍。通过酶降解试验和土埋法降解实验的研究 ,可以观察到降解导致了样品的失重。在酶降解试验中2 3h后 ,对于未交联材料涂覆的PCL完全降解掉 ,而交联样品中的PCL有 5 4%的失重发生。同样 ,在土埋法降解实验中 ,交联和未交联样品在一定的土埋时间后 ,也产生了样品的失重。未交联样品的失重率大于交联样品 ,这是由于交联样品所含有的交联网络结构阻碍它的降解。

碳⁃玻璃纤维增强复合材料混杂杆体的锚固性能研究

针对碳/玻璃纤维增强复合材料锚固失效问题,研究了3种典型锚固系统的应力分布及锚固机理。研究发现,碳纤维层锚固系统由于界面脱黏及截面削弱导致锚固承载力较低;力学锚固系统易对杆体产生初始挤压损伤并形成应力集中;黏结型锚固系统由于杆体/黏结剂界面黏结强度较低而产生脱黏失效。针对上述3种锚固系统存在的截面削弱、应力集中及界面脱黏等问题,提出了考虑楔块挤压与树脂黏结的楔块⁃黏结复合型锚固系统,有限元模拟与拉伸试验结果表明,楔块⁃黏结复合型锚固系统锚具内应力分布均匀,杆体发生爆裂破坏,锚具内未出现杆体滑移,锚固系统极限锚固承载力为360.1 kN,有效地解决了复合材料混杂杆体的锚固难题。

台塑与中国台湾纺织研究所合作研发回收碳纤维/PC热塑性复合材料

近日,台塑集团宣布与中国台湾纺织研究所(TTRI)合作开发了一种新型回收碳纤维(rCF)/聚碳酸酯(PC)热塑性复合材料。采用最先进的PC纤维纺丝技术,将干式均质混合无纺布技术与回收碳纤维相结合,制成中间材料。除了使用回收的碳纤维外。

水洗工艺对无碱玻璃纤维布拉伸性能的影响

为了达到降本增效的目的,无碱玻璃纤维布在进行高温热处理前,可以先进行水洗,去除一部分表面附着的有机物,再进行热处理,这样既可以提高无碱玻璃纤维布的强力保留率,又可以降低高温热处理的难度,缩短热处理时间,降低生产能耗。通过对石蜡型无碱玻璃纤维布进行水洗实验,研究了不同水洗工艺对无碱玻璃纤维布有机物残留量、拉伸断裂强力等指标的影响,并结合连续生产实际效率等因素,建议批量生产时水洗工艺为水洗温度85℃,水洗时间15 min。

碳纤维布加固损伤再生混凝土梁受弯性能研究

为研究因承受荷载而产生损伤的再生混凝土梁经碳纤维布加固后的受弯性能,选取不同的再生骨料取代率,设计了9根再生混凝土梁;通过预加弯曲荷载使试验梁产生初始损伤,卸载后在损伤梁底部粘贴不同宽度的碳纤维布进行加固,再对试验梁进行受弯承载力试验;考虑再生骨料掺量及预损伤程度的影响,提出了碳纤维布加固损伤再生混凝土梁发生剥离破坏时的受弯承载力计算公式。结果表明:因预损伤产生的裂缝降低了碳纤维布与再生混凝土梁间的黏结强度,加固梁均发生了剥离破坏;随再生骨料取代率的增加,试验梁在相同荷载下产生的裂缝宽度和数量逐渐增加,极限承载力有所减小;随碳纤维布加固宽度的增大,试验梁破坏时的挠度减小,极限承载力提高,裂缝分布细而密;随预损伤程度的增大,试验梁破坏时的裂缝宽度逐渐增大,数量明显增多,但极限承载力和挠度变化并不明显;受弯承载力计算值与试验值吻合较好,研究成果可为碳纤维布加固损伤再生混凝土梁的受力性能评估提供参考。

玻璃纤维布增强EP／PPO复合材料性能及应用

利用材料试验机、扫描电镜、高频微波仪及差示扫描量热仪研究了玻璃纤维布增强环氧树脂(EP)/聚苯醚(PPO)复合材料的弯曲性能、相态、介电性能和耐热性。结果表明,树脂含量对EP/PPO复合材料的弯曲强度和介电性能影响很大,在树脂质量分数约为40%时,复合材料的弯曲强度最大;当树脂质量分数大于30%时,介电常数的理论预测值与实验结果基本符合;硅烷偶联剂KH-550处理玻璃纤维布制得复合材料的弯曲性能较优;玻璃纤维布增强EP/PPO复合材料的热性能比纯EP/PPO树脂的热稳定性好。

玻璃纤维布及碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料性能研究

纤维增强复合材料简称FRP,这种材料中有较大的强度和较良好的耐久性,这是其他材料都无法比拟的。碳纤维增强环氧树脂复合材料相比其他材料具有较好的耐高温、耐腐蚀、质量轻等特点。文章对玻璃纤维布及碳纤维布增强酚醛环氧树脂复合材料性能进行了研究。

玻璃纤维布增强聚苯硫醚复合材料的性能研究

研究玻璃纤维布增强聚苯硫醚复合材料及高岭土填充GF/PPS复合材料力学性能的变化。研究表明 :玻璃纤维布增强复合材料的拉伸强度和冲击强度与其含量有关。用偶联剂处理过的高岭土填充GF/PPS复合材料 ,改善了高岭土与聚苯硫醚的相容性及分散性 。

玻璃纤维布增强聚四氟乙烯复合材料的制备及性能研究

制备了玻璃纤维布增强聚四氟乙烯复合材料;分析了偶联剂对复合材料性能的影响;讨论了树脂含量对材料介电性能和拉伸强度的影响;探讨了烧结工艺对复合材料拉伸强度影响;对复合材料介电性能理论值与试验值进行了对比分析。

碳纤维及碳纤维布混凝土抗冻性及能量耗散试验研究

为探究碳纤维增强方式对混凝土材料抗冻性能及能量耗散影响规律,利用纵波波速仪以及电液伺服压力机获取冻融循环作用(0,25,50,75,100次)后四种混凝土(素混凝土、碳纤维混凝土、碳纤维布混凝土、碳纤维及碳纤维布混凝土)的纵波波速及力学性能,分析碳纤维增强方式、冻融循环次数对试件相对动弹性模量、峰值应力、能量耗散及损伤度影响规律。结果表明:①相较于冻融循环0次素混凝土,冻融循环25,50,75,100次试件相对动弹性模量降幅分别为8.21%、18.33%、30.44%、45.89%,冻融循环次数的增加使试件相对动弹性模量降低,碳纤维及碳纤维布均能减缓试件相对动弹性模量降幅;②冻融循环次数的增加使四种不同混凝土试件峰值应力均呈降低趋势,碳纤维及碳纤维布不仅能够增强试件强度,还能够增强其抗冻性,且两者组合时对试件的提升效果最佳;③相较于未冻融试件,冻融循环25,50,75,100次时弹性变形能降幅分别为3.87%、7.63%、9.67%、12.70%,耗散能降幅分别为10.42%、21.97%、30.16%、41.60%,冻融作用会使试件内部产生损伤,降低试件储能、耗能效果;④三种碳纤维混凝土在达到峰值应力时对应机械损伤度值显著高于素混凝土对应机械损伤度值,碳纤维的增强作用能够有效提升混凝土材料吸能效果、延展性及抗冻性。

刀具类型及工艺方法对纤维增强复合材料制孔加工质量影响的研究进展

概括总结了刀具类型及工艺方法对纤维增强复合材料(FRC)制孔加工质量影响的最新研究进展。首先介绍了FRC的分类、特性及其在航空航天领域中的应用,以及传统麻花钻制孔刀具及工艺存在的加工缺陷及问题;其次,概述了FRC制孔的分层缺陷形成及评价;再次,从制孔刀具类型及工艺方法两方面,分别概述了FRC制孔加工质量的研究进展,并总结了改善制孔加工质量的新刀具、新工艺和新方法;最后,分析总结了刀具类型及工艺方法对FRC制孔加工质量效果的影响,同时对未来发展趋势和未来工作研究可能方向进行了展望。

轴向荷载作用下碳纤维布约束损伤混凝土能量耗散试验研究

本文对碳纤维布约束损伤混凝土在轴向荷载作用下的力学性能开展试验研究。设计了混凝土损伤度、碳纤维布层数及碳纤维布缠绕角度三种变量,通过试验结果分析了三种变量对碳纤维布约束混凝土应力-应变曲线、峰值应力、耗能效果及机械损伤度的影响规律。试验结果表明:相较于未损伤试件,0.4σm(σm为未损伤混凝土试件单轴抗压强度)、0.5σm、0.6σm、0.7σm应力幅值损伤下素混凝土损伤度均值分别为7.24%、14.86%、25.31%、36.66%,损伤度与损伤应力幅值间指数函数呈现良好的正相关。碳纤维布的约束作用增强试件峰值应力及延性,0.4σm损伤应力作用后,相较于未粘贴碳纤维布试件,粘贴1,2,3层碳纤维布试件峰值应力增幅分别为34.99%、55.16%、64.42%,碳纤维布粘贴层数与峰值应力间指数函数呈负相关,过量的纤维布使试件应力增幅不再明显。碳纤维布缠绕角度的增大使试件单位体积耗散能线性降低,缠绕角度的增大降低了荷载作用下试件的承载效果。应力损伤幅值的增大使试件机械损伤度降低,碳纤维布层数的增加使试件机械损伤度增加,纤维布的约束保护作用极大提升了试件的耗能效果。

碳纤维布加固混凝土梁受力性能参数分析

我国20世纪中期所建建筑基本上已达到使用极限,甚至有些建筑早已超过使用年限,为了保障使用者生命安全和财产损失,这些建筑均应被拆除。但是考虑到建筑结构物拆除所引发的成本和环境问题,后期的加固维修就成为了目前解决这一问题的重要手段。于是,碳纤维布加固结构的方法应运而生。碳纤维布由于质量轻、抗疲劳、抗拉性能好、施工简单等诸多优点,常被用来作为当代建筑的加固材料,吸引了海内外大量学者的研究和推崇,从而使得其成为一种理想的加固材料,也是现在最主要的加固方法。但是,考虑到试验耗时和成本等问题,加上试验过程中难免出现人为误差,使得试验结果与实际相比误差较大,于是数值模拟的方法越来越受到人们的重视。为了了解碳纤维布加固方式和加固厚度对混凝土梁性能的影响,笔者在保证混凝土、碳纤维布参数不变的情况下,通过在混凝土梁底加固厚度为0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm(D-1、D-2和D-3)以及U型加固厚度为0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm(U-1、U-2和U-3)碳纤维来探讨碳纤维布加固方式和加固厚度对混凝土梁受力及变形性能的影响。

预应力碳纤维布加固钢梁抗弯性能的试验研究和有限元分析

为了研究预应力碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)布加固钢梁抗弯性能,首先对未加固钢梁、CFRP布加固钢梁和预应力CFRP布加固钢梁进行单调加载试验。紧接着建立预应力纤维布加固钢梁的数值仿真模型,并通过试验验证了该模型。然后研究碳纤维布的长度和厚度、碳纤维布的预应力以及粘结剂的断裂强度和弹性模量对钢梁极限抗弯荷载的影响。最后,提出了预应力碳纤维布加固钢梁极限抗弯荷载的计算公式。研究结果表明,碳纤维布加固钢梁的典型失效模式有两种:碳纤维布的受拉断裂和碳纤维布与钢梁下翼缘间界面的粘结破坏。不同参数(碳纤维布的长度和厚度、碳纤维布的预应力以及粘结剂的断裂强度和弹性模量)对加固钢梁的极限抗弯荷载变化规律的影响是不同的,其中以碳纤维布的厚度和预应力最为明显。随着碳纤维布的预应力逐渐增大,加固钢梁的破坏模式由受弯破坏逐渐转变为受剪破坏。文章提出的预应力碳纤维布加固钢梁的极限抗弯荷载的计算公式预测值和数值仿真结果吻合较好。

高强玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料加固混凝土梁的抗弯试验研究

以高强玻璃纤维 (SGF)布与碳纤维 (CF)布混杂加固混凝土梁 ,进行对比试验研究 ,结果表明 ,与单一CF布加固相比 ,SGF/CF布混杂加固不仅使梁的延性显著提高 ,加固成本大幅降低 ,而且承载力也略有提高 ,仅刚度略为降低。

不同碳纤维布加固方式的木构件损伤演化规律

为研究不同碳纤维布(CFRP)加固方式时木构件的损伤演化规律,有效评估构件的损伤程度,利用声发射、数字图像技术对碳纤维布加固的杉木构件在轴向压缩时的损伤过程进行实时监测。分析了不同加固方式对木构件的力学特性、声发射参数、表面应变场演化特征的影响。结果表明:碳纤维布的加固能明显改善木材的力学性能,抑制脆性破坏的发生,随着加固层数、角度的增大,木材的平均极限承载力、位移延性随之增大;声发射信号的活跃程度随着碳纤维布加固的角度、层数的增大逐渐降低,累计振铃计数、累计能量值也随之减小,利用数字图像技术可以有效观测裂纹的萌生及扩展方向,两种方式结合可以全面揭示木材的内部损伤程度以及裂纹演化规律;通过声发射法、数字图像法可以确定不同加固方式时试件的起裂荷载,随着加固角度、层数的增大,起裂荷载也逐渐增大;根据声发射累计事件数与荷载关系建立的损伤演化模型,可以较好地反映材料在轴压过程中的损伤演变规律。