“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。

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。

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。

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。

碳纤维布复合材料摩擦性能研究进展

高性能纤维织物增强树脂基复合材料是一种独特的先进复合材料,与短切纤维或长纤维等增强形式相比,其整体式结构更利于纤维间的载荷传递,具有承载能力高、耐冲击、不易破裂与剥离等特点,并且可以贴覆在复杂曲面不发生褶皱。摩擦学方面最早被应用于航空航天等高科技领域的关节轴承,提高了其承载能力、耐磨性能和免维护服役性能。随着技术发展和工艺进步,成本不断降低,此类复合材料的摩擦特性在民用领域得到重视。其中,碳纤维布复合材料承载能力、耐热性能和摩擦磨损性能更加优异,在重载滑动轴承、湿式离合器和汽车同步器齿环等领域得到了广泛关注和研究。介绍了近年来国内外碳纤维布复合材料组分构成、制备工艺和摩擦磨损机理方面的研究现状,并对其发展方向进行了展望。

碳纤维布增强聚苯硫醚复合材料的性能研究

研究碳纤维布的含量、表面处理方法及填料等对聚苯硫醚复合材料性能的影响。结果表明,随着碳纤维布含量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度提高;碳纤维布经过表面处理后与聚苯硫醚的粘接强度大大提高,其中用丙酮浸泡的效果好于高温热处理;填料硅灰石经偶联处理后加入复合材料中,可提高材料的力学性能和耐热性。

碳纤维与玻璃纤维增强聚合物复合材料耐久性

通过快速碳化、模拟海水潮汐作用的干湿循环、冻融循环作用以及纵向拉伸试验,研究了特定环境对碳纤维与玻璃纤维增强聚合物复合材料(CFRP与GFRP)纵向受拉性能的影响.试验结果表明:CFRP在这三种环境下强度变化不大,弹性模量有所提高,延伸率在干湿循环下略有降低.GFRP的力学性能在这三种环境下也都有不同程度的退化.湿度或水分和温度变化是影响FRP性能的重要环境因素.

外粘碳纤维布加固混凝土的粘接性能研究

为了提升外粘碳纤维布加固混凝土的粘接性能,对比分析了未掺加钢纤维和掺加不同含量钢纤维的外粘碳纤维布加固混凝土的粘接性能。结果表明,掺加钢纤维可以提升混凝土试件的抗压强度、劈拉强度、极限荷载、峰值扰度和最大应变,从而对混凝土起到加固作用;掺加钢纤维试件的极限荷载要高于未掺加钢纤维的试件,且钢纤维掺加量越大则极限荷载越大,界面滑移也越大;都使用再生骨料混凝土的情况下,掺加钢纤维试件的有效粘接长度大于未掺加钢纤维的试件,且当钢纤维掺加量较大时试件有效粘接长度要高于未使用再生粗骨料的试件。

SiC微粉含量对先驱体转化制备碳纤维布增强碳化硅复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了碳纤维布增强碳化硅复合材料,考察了SiC微粉含量对材料结构与性能的影响。实验表明,SiC微粉含量过低,材料内部存在大的孔洞,容易造成应力集中,导致材料的力学性能较差;而当SiC微粉含量较高时,在制备过程中微粉对碳纤维机械损伤加大,同样导致材料力学性能下降。当SiC微粉含量为30%(质量分数)时,所制备的材料的力学性能较好,其弯曲强度和拉伸强度分别为246.4MPa和72.5MPa。