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。

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.

考虑切削能耗和表面质量的碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂,导致现有相关经验公式难以适用。基于此,以CFRP二次加工的切削力分析为切入点,对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响,推导了切削力模型;然后建立了以切削三要素和纤维方向角为变量,以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型,并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法;最后通过铣削试验设计验证了上述模型和方法的可行性和优越性。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究进展

高性能纤维增强树脂基复合材料具有卓越的结构整体性及抗分层等特性,在诸多工业领域中具有广泛适用性。在其储藏及使用时,制件强度会不可避免地因湿热老化造成降解和退化。探讨和揭示高性能纤维增强树脂基复合材料在不同湿热老化环境下的力学响应,对其结构件的耐久性、安全服役性能和寿命预估具有至关重要的意义。综述了国内外高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化方面的研究进展,介绍了其吸湿机理以及在湿热环境下的老化机理。梳理了湿热老化环境对于高性能纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响,寿命预测模型等。最后指出了高性能纤维增强树脂基复合材料老化研究存在的问题、面临的挑战,对未来研究发展方向提出了展望。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

连续纤维增强树脂基复合材料绿色化技术的研究进展

连续纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强、性能可设计等特点,是航空装备轻量化不可或缺的重要结构材料。由于其主要采用热压罐成型技术制备,成型过程能耗高,热固性树脂回收利用难、成本高,难以满足低碳绿色发展的要求,因此开展可回收绿色复合材料、复合材料低能耗制造以及回收再利用等复合材料绿色化技术研究受到了越来越广泛的重视。笔者介绍了目前连续纤维增强复合材料绿色化技术的发展现状,并探讨了连续纤维增强复合材料绿色化技术的发展前景。

树脂基玻璃纤维增强复合材料防护设备生产工艺研究

防护设备是应用于防护工程口部用于堵截或衰减冲击波的设备。防护设备通常采用普通碳钢和混凝土材料制成,随着“四新”成果的转化运用,纤维增强复合材料、不锈钢、超高性能混凝土、POZD等新材料在防护设备上得到了推广,显著提升了设备的防护能力和使用性能。生产工艺是控制防护设备加工缺陷和决定产品质量性能的关键因素,传统材料的防护设备加工工艺较为简单,如:钢结构防护设备采用型钢和钢板组合焊接制成;混凝土防护设备采用将混凝土筑入钢筋骨架并养护成型的方法制成。设备材料调整变化后,将使生产工艺从原材料准备、生产设备、制造方法、加工环境和控制方法等多方面发生改变,传统加工方法不再适用,须专门研究新材料适用的生产工艺,充分发挥材料性能优势,确保设备生产质量满足要求。

纤维增强复合材料(FRP)配筋混凝土结构研究综述

新型建材纤维增强复合材料(FRP)具有高抗拉强度、低密度和耐腐蚀性能优良等特性,是一种具有巨大潜力的工程材料。如今,传统的钢筋混凝土结构面临钢筋易锈蚀的问题,给社会造成了较大的经济损失,维护和修复成本高昂。通过在特定环境中将钢筋替换为FRP筋,不仅能够有效解决钢筋混凝土结构的耐久性问题,而且能够进一步优化其工作性能,延长使用寿命,降低维护成本。首先简述了FRP筋混凝土结构的国内外研究进展,随后对FRP筋、FRP筋混凝土及预应力FRP筋混凝土结构的特性进行了阐述,最后对FRP筋混凝土结构的重要发展问题进行了总结,并对其未来的发展前景进行了展望。

桥梁工程用纤维增强树脂基复合材料的应用进展

随着工程技术的发展,纤维增强树脂基复合材料(FRP)在桥梁工程中的应用越来越广泛。本文综合分析了FRP在桥梁工程中的应用优势、存在的问题,以及优化对策。FRP以其高强度、轻质特性和优异耐腐蚀性能,成为桥梁材料的理想选择,尤其在延长桥梁使用寿命和降低后期维护成本方面显示出巨大潜力。然而,FRP的初期成本较高,且在耐久性和老化问题方面存在挑战。此外,工程设计和施工过程中的经验不足也是制约其广泛应用的因素。为了优化FRP在桥梁工程中的应用,本文建议进行成本效益分析的优化,综合改良材料属性,并优化设计方法。同时,加强工程技术人员的培训和经验分享,以提升设计和施工的专业水平。通过这些措施,可以更好地发挥FRP材料在桥梁建设中的优势,同时克服现有的挑战。

偶联剂对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料界面性能影响研究

本文采用偶联剂添加的方法,分别研究了偶联剂种类、偶联剂用量、添加工艺对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料性能的影响。分别使用硅烷偶联剂和大分子偶联剂对复合材料进行改性,结果显示大分子偶联剂对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料的性能提升更为显著。对于不同种类的碳纤维织物,大分子偶联剂的增强效果不同。对于某国产T700碳纤维织物,随着大分子偶联剂的加入,复合材料性能不断提升,当用量为1.5%时,其层间剪切强度提升了41.4%(由24.4 MPa升至34.5 MPa)。而将大分子偶联剂用于某东丽T700碳纤维织物的改性时,其性能呈现出下降的趋势。此外,对比采用不同添加工艺时复合材料的性能提升幅度和数据分散性发现,大分子偶联剂在树脂中添加使用的工艺优于对碳纤维织物表面喷涂使用的工艺。

湿热环境对环氧树脂基复合材料拉伸性能的影响

采用加速吸湿法得到玻璃纤维/L285环氧树脂基复合材料吸湿特性曲线,通过对比分析湿热处理前后的化学结构、断口微观形貌以及力学性能,研究了湿热环境对玻璃化转变温度、损伤机理、抗拉强度以及弹性模量的影响,探究湿热老化机制,为通用航空飞机的安全运行提供理论和实验依据。结果表明,该复合材料吸湿初期符合Fick第二定律,后期吸湿曲线逐渐趋于平缓,湿度一定时,温度越高,吸湿率越大,达到吸湿饱和时间越长。水浴温度由25 ℃增加到85 ℃时,饱和吸湿率增加209%,相应吸湿饱和时间增加46.50%;湿热处理后复合材料的拉伸断裂失效形式发生改变,抗拉强度降低30.97%,弹性模量在6%范围内波动,加载初期应力—应变曲线呈线性关系,后期呈非线性变化趋势;相对25 ℃干态试样,85 ℃湿态试样的玻璃化转变温度下降24 ℃,相应的化学结构未发生变化,但纤维-基体界面发生了不可逆的物理变化。

抗弹复合材料用高性能有机纤维、树脂及其匹配性研究进展

简述了纤维增强树脂基复合材料的抗弹机理,介绍了装甲防护领域常用的高性能有机抗弹纤维和树脂,分析了影响纤维复合材料抗弹性能的主要因素。从纤维/树脂协调匹配的角度出发,揭示了匹配的各组分可以最大程度上发挥增强体高强度、高模量和基体能量吸收率高的特性,分析了纤维/树脂匹配性的发展趋势,指出下一步研究重点在于构建恰当的纤维/树脂匹配体系,通过调整纤维/树脂含量、树脂模量和对纤维进行表面处理等进行调控。

纤维增强热塑性复合材料与金属连接技术的研究进展

纤维增强热塑性复合材料(FRTP)与金属的连接技术是多材料异质结构的关键制造技术。总结了纤维增强热塑性树脂基复合材料相对于传统金属材料的性能优势,分析了FRTP与金属连接技术的重要性和必要性,系统回顾了胶接、机械连接、混合连接和焊接四大类FRTP/金属连接技术的特点和发展,最后对未来FRTP/金属异质结构连接技术的发展、接头性能的改善提出了展望。

电热作用对碳纤维增强树脂基复合材料层板冲击性能的影响

针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板结构在低电流(安培级)作用下对其冲击性能和吸能特性的影响进行研究。结果表明,电热作用使得CFRP层板的温度迅速升高,随着电流强度增加,电热作用产生的焦耳热显著增加;同时,CFRP层板的电阻率随电流强度增大而降低,呈现出温敏效应。在相同冲击能量下,随着加载电流强度增加,CFRP层板的冲击响应完全不同,临界损伤冲击应力和最大冲击应力随加载电流强度增大而减小,且下降幅度随之增大;随着加载电流强度增加,CFRP层板对冲击能量吸收显著增加。冲击损伤分析可知,在相同冲击能量下,CFRP层板的冲击损伤面积随着电流强度增加而增大,损伤程度越严重,失效机制由基体裂纹、微小分层转变为大量纤维断裂、基体破碎等,即冲击损伤模式由微弱的冲击损伤转变为可见的冲击损伤;冲击凹坑深度也随着电流强度增加而显著加深,冲击凹坑回弹率也显著降低。

桥梁工程用纤维增强树脂基复合材料的应用进展

基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,介绍了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。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应用情况。最后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,并提出了未来主要的研究方向。

航空用纤维增强树脂基复合材料加筋板的剪切屈曲特性

对纤维增强树脂基复合材料加筋板进行了剪切试验,结合应变-剪切力曲线对加筋板的破坏形式以及屈曲特性进行了研究。结果表明:加筋板的破坏形式主要表现为筋条脱胶、断裂和蒙皮撕裂;蒙皮达到局部屈曲后,加筋板仍具有较大的后屈曲承载能力,其破坏载荷约为屈曲载荷的4.5倍。

纤维增强树脂基夹芯复合材料隔声性能的研究

本文对轨道交通车辆安装复合材料头罩的驾驶室进行隔声研究,先从双层纤维增强树脂基夹芯复合材料对称结构和非对称结构的隔声性能进行研究,再对三层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构的隔声性能进行探究,接着进一步探究阻尼材料、隔声材料对纤维增强树脂基夹芯复合材料隔声性能的影响,最后根据驾驶室的实际情况,探究空气层和内饰件产品对驾驶室隔声性能的影响。结果表明,对于双层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构,在声源侧分配厚的纤维层,比平均分配两侧纤维层可获得更高的隔声性能;对于三层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构,将厚度最大的纤维层置于近声源端,将厚度次之的纤维层置于远声端,将厚度最小的纤维层置于中间的结构,其隔声量明显优于双层纤维增强树脂基夹芯复合材料结构;在复合材料背面增加阻尼材料或隔声材料都可提高其隔声性能;考虑内饰件及空气层时,驾驶室的隔声量可提高。

石墨烯复配甲基膦酸二甲酯对乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料阻燃性能的影响

采用石墨烯甲基膦酸二甲酯(DMMP)复配阻燃剂对乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料进行改性。通过垂直燃烧(UL-94)试验、极限氧指数(LOI)试验、热质量分析(TGA)试验和锥形量热试验,研究石墨烯与DMMP的复配比例对乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料阻燃性能与热稳定性能的影响。结果表明:质量分数0.83%石墨烯16.60%DMMP复配改性乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料试件的UL 94试验均可通过垂直燃烧防火等级(V-0级)。加入质量分数0.41%石墨烯16.59%DMMP复配阻燃剂后,树脂试件的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)和总烟释放量(TSR)与纯乙烯基酯树脂试件相比,分别下降34.3%、70%和36.4%。质量分数0.41%石墨烯16.59%DMMP复配改性的复合材料试件的LOI为39.1%,烟密度降低,说明石墨烯DMMP复配体系能够提高试件的阻燃性能和抑烟性能。石墨烯与DMMP复配后,试件的最大热分解速率增大,燃烧后碳层的石墨化程度提高,增强了试件的热稳定性。分析表明:石墨烯DMMP复配体系的阻燃机制是气相阻燃和凝聚相阻燃相结合。

超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损伤影响的仿真研究

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在传统加工(OC)过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题,本文提出使用超声振动辅助切削(UVC)工艺加工CFRP,通过仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明:使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力,且纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比,UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下损伤深度;在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度,但取得了较为平整的已加工表面以及较小的损伤区域。