芳纶纤维/环氧树脂复合材料损伤与断裂过程的声发射特性

研究了芳纶/环氧复合材料在承受拉伸载荷时的损伤与断裂行为。发现不同损伤类型表现出不同的声发射特性,从声发射信号的某几种关联图中可以较好地判断损伤发生的类型,并可根据某些声发射特征参量值对临界承载值进行合理的确定。

芳纶纤维/环氧树脂复合材料固化工艺的研究

复合材料的成型工艺直接影响其综合性能 .考察芳纶纤维 /环氧树脂复合材料模压工艺的保温时间、固化温度、加压时机等因素对复合材料性能的影响 .结果表明 :可用室温浸胶 ,5 0℃保温 0 5h ,75℃保温 5min ,加压后升温至 1 0 0℃ ,固化 3h ,保压 1 8MPa .固化后自然降至室温的固化工艺 ,可以合理地控制芳纶纤维 /环氧树脂复合材料模压样品的质量 ,保证其优异性能的发挥 .

芳纶纤维/环氧树脂复合材料老化分析(综述)

通过结合对芳纶纤维/环氧树脂复合材料分子链结构与聚合态结构的分析,阐述了芳纶纤维/环氧树脂复合材料在湿热、热氧、光氧条件下有可能的老化机理,最后提出了芳纶纤维/环氧树脂复合材料老化研究的方案。

芳纶纤维/环氧树脂复合材料的吸湿应力分析

利用Ansys有限元软件,采用纤维随机分布模型,对在环境温度t=80℃、相对湿度RH=90%条件下的芳纶纤维/环氧树脂复合材料吸湿后的水分分布进行了模拟计算,计算结果与从材料吸湿实验中所得到的结果基本一致。根据模拟计算得到的水分浓度场对复合材料内部的吸湿应力进行了研究。结果表明:有限元方法可以比较准确地模拟复合材料在湿热环境下的水分吸收过程;复合材料内的水分浓度随老化时间延长而增大,吸湿应力也随之升高,在纤维和基体界面处的应力最大,可达50 MPa以上。

轨道交通用碳纤维增强环氧树脂复合材料力学与阻燃性能研究

该研究通过热压罐工艺制备3种轨道交通用碳纤维增强环氧树脂复合材料,对其拉伸、层间剪切等力学性能和防火阻燃性能进行测试,为材料的选择与优化提供科学依据。结果表明3种复合材料的0°拉伸强度皆大于1900 MPa,层间剪切强度大于70 MPa,关键力学性能优异,且阻燃等级皆达到EN45545-2:2020 R1 HL3,可满足轨道交通领域典型承力件和次承力件的力学性能及防火安全性的要求。

麻纤维增强改性环氧树脂复合材料声学性能研究

为验证麻纤维增强改性环氧树脂复合材料的声学性能,探讨植物纤维改性材料制备某类乐器的可行性,以亚麻、黄麻、苎麻等麻纤维材料为例,制备了几种不同麻纤维增强改性环氧树脂材料,以增强改性环氧树脂材料代替木材制作打击乐器,采用自由振动方法对打击乐器的声学性能进行测试。结果表明:黄麻、苎麻增强改性后的环氧树脂基复合材料声学性能各占优势,与一般的枫木相比力学性能更好,但综合声学性能尚无法达到天然枫木的水平。

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。

玻璃纤维/环氧树脂复合材料燃烧特性研究

采用锥形量热仪、垂直水平燃烧试验仪、极限氧指数测试仪等手段研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在不同火灾环境下的燃烧特性。结果表明:随热辐射强度的增加,实验样品的平均点燃时间逐渐缩短,热释放速率和热释放速率峰值均增大,峰值出现时间提前,燃烧后残余率降低。由于玻璃纤维的抑制作用,复合材料总体质量损失幅度较小。实验样品在水平燃烧试验中未能点燃,在垂直燃烧试验中,平均烧焦长度48.3mm,移去火源后的平均焰燃时间为11.8s。氧指数试验显示,温度升高200℃后,其值降为室温氧指数的74.9%,表明在高温环境下复合材料更易被点燃。玻璃纤维的存在能够抑制环氧树脂的热解和燃烧。

生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展

环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,其固化后会形成不溶、不熔的高度交联的三维网络结构,从而导致树脂及其碳纤维复合材料的降解困难而且难以再加工,造成了严重的资源浪费与环境污染。采用可再生生物质原料制备生物基可降解环氧树脂及其碳纤维复合材料,在缓解能源危机、减轻环境污染和实现资源再利用上具有重要意义。综述了生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展,主要包括含有热或化学不稳定键的可降解环氧树脂的合成、性能、降解机理及其碳纤维的无损回收,并总结了其优缺点。

聚多巴胺改性竹长纤维对环氧树脂基复合材料性能的影响

为改善竹长纤维与环氧树脂(EP)的界面相容性,开发高性能竹塑复合材料,采用多巴胺(DA)自聚形成聚多巴胺(PDA)改性竹长纤维,热压法制备竹纤维/EP基复合材料。通过万能力学试验机、表面张力测量仪等设备探究PDA的合成条件对EP基复合材料力学性能、润湿性等性能的影响机制。结果表明,采用三羟甲基氨基甲烷调节pH为8.5,质量浓度为2.0 g/L的聚多巴胺改性竹纤维,改性竹纤维及复合材料表面接触角增大,表面能下降,极性降低。FTIR和XPS表明改性竹纤维表面N元素含量增加,多巴胺分子结构中的儿茶酚基团与竹纤维中游离的羟基结合形成氢键,复合材料吸水性能下降。XRD显示改性竹纤维结晶度提高。复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别增强至131.10 MPa、8097.61 MPa、25.68 kJ/m^(2),比未改性复合材料分别提高5.36%、18.8%、36.02%。DMA和TG测试显示,改性复合材料的储能模量、损耗模量和热稳定性增强。

自修复与阻燃功能一体化玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及性能

纤维增强环氧树脂基复合材料(FREPC)在实际应用中常因裂纹失效和燃烧破坏而受到限制。文中将自制的DA加合物(DOPO-FU-BMI)与糠胺(FA)配合,引入到环氧树脂DGEBA中,通过热压成型工艺制备了兼具自修复和阻燃双重功能的玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料。结果表明,DA加合物在复合材料中实现了均匀分布,提升了材料的热稳定性和玻璃化转变温度;复合材料通过动态可逆化学键的可逆Diels-Alder(DA)反应实现了裂纹的修复,当DA加合物质量分数为20%时,经2次“冲击-修复”循环后复合材料的强度保留率仍高达92.5%;同时,复合材料发挥了玄武岩纤维的阻燃特性优势,引入DA加合物后使其阻燃性能进一步增强,极限氧指数最高可达44.5%,较未改性复合材料提升25.4%。

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。

植物纤维表面改性增强环氧树脂复合材料研究进展

天然植物纤维增强环氧树脂复合材料是近年来得到快速发展的一种绿色、低碳的环境友好型复合材料。植物纤维与环氧树脂基体之间的界面性能提升得到越来越多人的关注。本文主要综述了植物纤维增强环氧树脂界面改性研究进展。从物理改性、化学改性以及其他改性方式对国内外植物纤维增强环氧树脂的界面性能相关研究进行了总结,以期为植物纤维增强环氧树脂的高值化利用开拓思路。

耐高温阻燃环氧树脂碳纤维复合材料性能研究

本文针对耐高温阻燃环氧树脂碳纤维复合材料的力学性能、耐湿热性能、阻燃性能、防火性能进行研究,结果表明,耐高温阻燃复合材料具有良好的力学性能和阻燃性能。其中耐高温阻燃复合材料的阻燃等级为V-0级别,240 s内最大烟密度Dm为5.17,极限氧指数为39.5%,并通过烟毒性及防火试验,基本满足适航相关法规。通过上述性能研究,为阻燃结构功能一体化环氧树脂基复合材料在先进航空飞行器及发动机上的实际应用提供支撑。

超短脉冲激光加工芳纶纤维增强树脂基复合材料

芳纶纤维增强树脂基复合材料(Aramid fiber-reinforced polymer,AFRP)是一种高性能的纤维增强复合材料,具有比强度高、模量高、质量轻等优点,在航空航天、军事装备、汽车制造等领域有着广泛应用。AFRP各向异性和不均匀性等特点导致其在加工过程中会产生分层、起毛、热影响区过大等问题,已有的加工技术达不到航空航天领域应用所需要的加工精度,构成了目前精密加工AFRP的技术瓶颈。本文综述了AFRP加工的研究现状,通过比较和讨论传统机械加工、磨料水射流加工、连续激光和长脉冲激光加工以及超短脉冲激光加工的优缺点和尚有缺陷,依据飞秒激光“冷加工”的原理,讨论了利用飞秒激光精细加工克服这个技术瓶颈的可行性,并给出了相应的研究内容和相关技术途径。本文内容为精密加工AFRP指明了方向,具有明显的研究意义和潜在应用价值。

聚酰亚胺纤维的表面改性及其环氧树脂复合材料性能与界面破坏模式

针对聚酰亚胺(PI)纤维低表面能及PI纤维/环氧树脂复合材料界面性能差的问题,采用大气等离子体处理技术对PI纤维进行表面改性,以处理时间为变量,研究大气等离子体表面处理对PI纤维表面结构及PI/环氧树脂复合材料界面性能的影响。通过SEM研究等离子体处理对PI纤维表面介观形貌及其复合材料破坏模式的影响,采用动态接触角及丝束横向拉伸强度测试对等离子体处理前后的PI纤维与环氧树脂的浸润效果及界面性能进行表征,选取弯曲强度及层间剪切强度作为PI纤维增强复合材料力学性能考察项目。结果表明:大气等离子体表面处理能够改善PI纤维与环氧树脂的浸润及界面结合状态,处理时间为6 min的PI纤维丝束横向拉伸强度为16.05 MPa,提升近21%;PI/环氧树脂复合材料弯曲及层间剪切强度的增幅分别达36.41%及38.85%。大气等离子体改性能够对PI纤维表面形貌进行重构,优化PI纤维与环氧树脂复合效果,将PI纤维增强复合材料的破坏模式由界面破坏转变为纤维表面及皮层破坏。

玻璃纤维/环氧树脂复合材料热解特性研究

采用热重-差热分析仪研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在空气及氮气氛围下不同升温速率的热解特性规律。结果表明,在空气气氛下,热解分为两个阶段;氮气气氛下,热解只存在一个热分解阶段,与空气气氛相比热解初始分解温度较高,热解温度范围变窄,失重速率明显变大。在两种气氛下,玻璃纤维均不参与热解。随着升温速率的增加,热解反应各阶段的起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围大小都基本保持不变。氮气气氛下使用Kissinger法、FWO法和Starink法计算出玻璃纤维环氧树脂的平均表观活化能分别为106.42、123.09和119.48kJ/mol。复合材料活化能随转化率的增加而升高,表观活化能保持在一定数值范围内且数值相近,热解反应比较稳定,具有较低A值,表明其具有较强的热稳定性。

国产芳纶纤维复合材料用环氧树脂体系

研制了一种环氧/芳香胺体系,采用DSC、固化反应动力学分析等方法对树脂体系进行了表征,并对其浇注体、复合材料NOL环以及Φ150 mm压力容器性能进行了研究。结果表明,该树脂体系具有优良的浇注体力学及热性能,其拉伸强度为101 MPa,断裂伸长率达4.1%,弯曲强度为177 MPa,马丁耐热温度为142.2℃;与国产芳纶纤维的界面粘接性能良好,其NOL环层间剪切强度可以达到52.1 MPa,制备的复合材料Φ150 mm压力容器PV/W值可达38.44 km。

芳纶纤维／环氧树脂微复合材料的界面断裂

本文采用空气冷等离子体改性Ｋｅｖｌａｒ－４９表面。通过单丝拔出实验研究表明经过纤维表面改性改善了芳纶纤维／环氧树脂的界面结合情况；芳纶纤维／环氧树脂微复合材料￣ａ）的破坏有两种类型：破坏发生在界面和纤维的内聚破坏。

改性环氧树脂增强玻璃纤维复合材料性能研究

玻璃纤维复合材料现凭借其特有的质量轻、高强度、低成本、易加工、产品性能易设计、抗腐蚀性、环境耐候性好等优点,为当前复合材料领域热点研究方向。本文以环氧树脂增强玻璃纤维复合材料体系为例,介绍了影响复合材料产品性能的具体因素。归纳了环氧树脂增强玻璃纤维复合材料抗拉性能、抗弯性能、弹性变形性能、抗冲击性能的研究成果,为玻璃纤维复合材料后续研究提供参考。