连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料力学性能研究

采用热压成型方法制备连续玻璃纤维增强热塑/热固性复合材料(GF/EP/PC),并与GF/PC复合材料进行力学性能测试比较和SEM照片观测分析了影响复合材料力学性能的因素。研究结果表明,GF/EP/PC复合材料的拉伸弹性模量与弯曲弹性模量分别为GF/PC复合材料的16.4倍和8.8倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了1.7倍和3.7倍;结合其力学破坏形貌照片,分析了纤维和树脂的粘接情况和材料的破坏模式以及PC树脂与芯层GF/EP复合材料的粘接情况。

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。

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。

玻璃纤维增强复合材料薄壁筒端面车削切削力试验研究

在干切条件下研究了端面车削玻璃纤维增强复合材料薄壁筒时切削力的变化特点,分析切削速度、进给量、切削深度、刀尖圆弧半径、进给方式对切削力的影响规律。试验结果表明:纵向进给方式和横向进给方式下,切削力变化特点不同;在横向进给方式下,切削力随进给量、切削深度的增大而增大,随切削速度的增大先减小后增大;以横向进给方式车削端面时,刀尖圆弧与工件的接触状态直接影响切削力的变化;以纵向进给方式车削玻璃纤维增强复合材料薄壁筒端面时,切削力随着进给量的增大而增大。

车削玻璃纤维增强复合材料薄壁筒沟槽的切削力研究

采用PVD超细TiAlN基纳米涂层刀具对玻璃纤维增强复合材料进行车削试验,研究切槽过程中切削力的变化特点及切削用量、冷却条件对切削力的影响规律。结果表明,由于玻璃纤维按不同角度逐层缠绕,在整个切削过程中切削力处于一定的波动状态;切削温度所导致的工件材料树脂软化是切削速度和冷却条件对切削力变化影响的主要原因;进给量对切削力的影响是切削层几何尺寸和切削温度变化的综合作用结果。

基于递归定量分析与多核学习支持向量机的玻璃纤维增强复合材料缺陷识别技术

为了提高玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)超声检测中缺陷识别技术的准确性,提出基于递归定量分析(Recurrence Quantitative Analysis,RQA)与多核学习支持向量机(MKLSVM)相结合的检测模型,以提高检测GFRP中不同类型缺陷的能力。结果表明,该模型能够准确识别GFRP中的分层缺陷与夹杂缺陷,检测识别率达到92.92%,并且与基于离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的MKLSVM检测模型的识别率相比,所提出的检测模型的识别率分别提高了7.5%和3.75%。

PCD刀具车削玻璃纤维增强复合材料切削温度研究

进行了PCD刀具车削玻璃纤维增强复合材料实验,研究了切削用量对切削温度的影响规律。研究结果表明:切削温度随着切削速度的增加而增大,随进给量的增加先增大后减小,随着背吃刀量的增加而增大。

阻燃微胶囊改性玻璃纤维增强聚合物基复合材料阻燃性能与冲击性能研究

为了提高玻璃纤维增强聚合物基复合材料(GFRP)的阻燃性能,采用由微流控技术制备的FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊改性环氧树脂基GFRP。采用垂直燃烧试验、锥形量热试验和落锤试验,研究阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA对GFRP阻燃性能、燃烧性能和抗冲击性能的影响。试验结果表明:阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA能明显提高GFRP的阻燃性能,相比FR-PN阻燃剂,添加阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP表现出更好的燃烧行为,当添加量为10wt%时,阻燃效果最佳;阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的加入能有效降低阻燃剂对GFRP抗冲击性能的负面影响,添加了10wt%阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP抗冲击性能最佳。

基于PET-CNT自感应复合纤网插层的玻璃纤维增强复合材料层间增韧-结构监测一体化响应

为了避免玻璃纤维增强复合材料(GFRC)在服役过程中由于局部分层损伤造成灾难性整体失效,采用高孔隙率、薄型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)非织造纤网构筑PET-碳纳米管(CNT)自感应复合纤网插层,再将插层嵌入玻纤增强体层间一体成型,在改善GFRC层间性能的同时,对其结构健康状态进行原位、实时、在线的无损监测。结果表明:PET-CNT复合纤网改性GFRC的起始断裂韧性和扩展断裂韧性分别提高了86%和48%,有效提升了GFRC的I型层间断裂韧性。另外,在裂纹扩展阶段,PET-CNT复合纤网插层的电阻变化率增益因子高达270%,表现出了极高的层间裂纹监测敏感性。研究结果为提升GFRC力学性能并实现结构健康监测提供了一种集成结构增韧-监测功能一体化的新型非织造复合纤网插层,也为提升GFRC全寿命周期稳健性提供了一种结构优化方法。

连续玻璃纤维增强热塑性复合材料工艺及力学性能的研究

选择三种国产高性能热塑性树脂 ,聚醚砜、酞侧基聚醚砜、酞侧基聚醚酮和高强玻璃纤维粗纱 ,采用连续预浸渍技术和高温、高压成型工艺 ,确定出合理的工艺参数 ,分别制备了树脂基体试件和单向板试件 ,并对其进行了相关力学性能试验研究。

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。

混纤纱法制备连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料

采用混纤纱法制备连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料 ,对混纤纱的制备工艺及纤维增强聚丙烯复合材料的成型工艺进行了研究。通过试验 ,对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能及孔隙率等进行了测试 ,并确定出了合理的工艺参数。

连续纤维增强复合材料结构多尺度拓扑优化设计

连续纤维增强复合材料具有重量轻、比强度和比模量高的特点,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐,同时连续纤维3D打印技术的发展使具有复杂几何构型和纤维分布的复合材料结构制造成为可能。为发挥复合材料多尺度的可设计性及获得更好的结构性能,本文基于独立连续拓扑变量提出了一种连续纤维复合材料结构多尺度拓扑优化方法。该方法引入基于主应力的纤维方向插值策略,解决纤维取向优化过程中易陷入局部最优的问题,实现连续纤维复合材料结构宏观拓扑、微观纤维方向和纤维疏密的并行优化设计。采用移动渐近算法(MMA)进行优化求解,数值算例证明了提出方法的有效性和稳定性,对连续纤维复合材料结构设计和路径规划具有指导意义。

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在建筑结构中的应用综述

随着社会文明的发展以及科技的日新月异,当今建筑结构对材料的要求不仅仅是基于功能和安全性,同时也要求建筑材料具有轻质高强的特性,以实现建筑构造的可持续性、低碳性及环保性。另外,建筑业也积极追求创新性和美学性,所以材料要能够满足设计师对形态、色彩和纹理的要求。玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)作为一种具有高强度、轻质、耐腐蚀和抗疲劳等特点的轻质高强材料,不仅具有高强度、轻量化的特点,同时具备良好的耐腐蚀性、绝缘性、隔热性、吸音性、可塑性、耐候性等性质。在建筑结构中,使用GFRP制造成各种材料和构件,可显著改进性能和降低成本。本文旨在结合GFRP的特点和应用情况,综合分析GFRP在建筑结构中的应用现状及前景,旨在为建筑结构材料的发展提供新的研究思路。

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。

连续长玻璃纤维增强PBT复合材料的研究

利用改进的双螺杆挤出机制备了连续长玻璃纤维增强PBT复合材料.考察了原料、工艺条件等对复合材料性能的影响.实验结果表明：玻璃纤维的质量分数为30％的连续长玻璃纤维增强PBT复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别达到114 MPa、160 MPa和42kJ/m2.复合材料在240～260℃下加工比较合适,高温高压时注塑的制品表面光洁;PBT的黏度、颗粒长度、相容增韧剂等影响复合材料的性能;复合材料对水分尤其敏感,性能下降明显.

熔融浸渍及界面结合对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

熔融浸渍技术一直是制备连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的主流技术。然而,聚丙烯熔体流动性低、黏度高以及树脂与玻璃纤维相容性较差的问题限制了它的广泛应用。针对这些技术难题,一方面,采用负载了2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷的聚丙烯粒子(MB-CR PP)为断链剂,提高聚丙烯流动性;另一方面,使用相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)来改善连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的界面结合强度。结果表明,使用MB-CR PP能够降低聚丙烯分子量,大幅提高其流动性,可以使熔融树脂与玻璃纤维浸渍更加充分,并降低连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的孔隙率,从而在一定程度上改善复合材料的力学性能。当MB-CR PP在树脂体系中含量为0. 4%时,复合材料的力学性能达到最优。进一步提高其用量会明显降低聚丙烯的力学性能,从而导致复合材料力学性能下降。此外,当相容剂用量从0%增加到2. 5%时,复合材料的界面结合强度明显改善,力学性能也有较大提高,但进一步提高相容剂用量对复合材料力学性能的改善效果就不明显。

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。

连续纤维增强高孔隙复合材料的抗侵彻性能研究

为开展连续纤维增强高孔隙复合材料的侵彻防护性能,首先,用二级轻气炮发射Q235钢质弹丸,对连续纤维增强高孔隙复合材料开展弹道侵彻实验,计算了弹道极限,归纳和分析了其损伤的形态和模式,并将这种复合材料的侵彻防护性能与其他材料进行了比较;然后,对弹道侵彻连续纤维增强高孔隙复合材料进行了数值模拟,比较了剩余速度、损伤的形态和范围,模拟结果与实验结果吻合较好;进而通过观察有限元模拟的弹孔形态、应力分布和损伤分布等方式,对侵彻过程的损伤机理进行了分析。研究结果可为复合材料在防热、冲击防护与承受外载荷等多功能一体化的应用提供参考依据。

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。