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.

掺废弃陶瓷纤维增强水泥基复合材料抗冻性能

采用陶瓷粉替代一部分水泥,陶瓷砂替代普通河砂,在水泥基材料中掺入不同体积掺量的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维,制成掺入PVA纤维和陶瓷粉的水泥基复合材料砂浆试件。通过冻融循环试验分析质量损失率、相对动弹性模量的变化,并通过电化学阻抗测试和扫描电子显微镜观察研究砂浆试件的冻融损伤规律。结果表明:陶瓷粉中SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量远大于水泥中相应含量,且粒径小于20μm的颗粒占82.3%,火山灰效应和微集料效应可改善试件的密实度,提升复合材料的抗冻性能;PVA纤维掺量为2.2%,陶瓷粉掺量为30%,冻融循环100次时砂浆试件质量损失率最小,相对动弹性模量最大,连续导电路径电阻最大,冻融损伤程度最小;纤维和基体的接触面是该复合材料抗冻薄弱部位。

CR 200J用树脂基摩擦材料的正交试验及多指标加权优选

为制备CR 200J用高耐磨树脂基摩擦材料,采用正交试验法设计不同含量的减摩组分(鳞片石墨、石油焦)与增摩组分(NFJ高温黏结剂、腰果壳油摩擦粉)的树脂基摩擦材料配方。通过热压成型法制备出样品,在制动压力0.8 MPa和转速3300、4200、5400 r/min下测试试样的平均摩擦因数,并计算试样的体积磨损率、热衰退性能及对偶质量磨损。对试样的平均摩擦因数、体积磨损率、热衰退性能及对偶质量磨损进行极差分析及均一化处理,使用多指标权重优选了综合性能优异的配方。结果表明:鳞片石墨在高转速下对材料的平均摩擦因数起稳定作用及降低材料的热衰退性能,而石油焦在低速制动过程中可稳定材料的平均摩擦因数;NFJ高温黏结剂对材料的各项性能影响不显著,而腰果壳油摩擦粉在高转速下表现出优异的黏弹性,有利于提高材料的平均摩擦因数,降低材料的体积磨损率及对偶质量磨损。使用多指标权重优选得到较好的配方,其中鳞片石墨、石油焦、NFJ高温黏结剂、腰果壳油摩擦粉的质量分数分别为1%、4%、3%、6%。

稀土复合纳米材料改性树脂基制动片摩擦学性能

为提升风电偏航树脂基制动片高温下的摩擦磨损性能,采用稀土和纳米材料对树脂基制动片进行改性。采用热压成型工艺制备改性树脂基制动片,对试样进行力学性能测试和摩擦磨损试验。采用SEM、EDS、XRD对试验后试样摩擦表面进行观察和分析,探究稀土和纳米材料对树脂基复合材料的作用机制。结果表明:添加稀土和纳米材料后试样的相关力学性能和摩擦学性能均有提高,其中质量分数1%的氧化铈和氧化钇、4%的纳米二氧化硅可使复合材料350℃高温下的摩擦因数提高9.09%,磨损率下降64.28%。稀土和纳米二氧化硅通过优异的界面效应,提高了高温下试样的抗热衰退性,降低了高温下试样的磨损量,使试样磨损形式从磨粒磨损为主转变为黏着磨损为主。

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。

水性丙烯酸树脂黏结剂的制备及其对特种含能纸基材料的增强性能研究

以丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和丙烯酸为单体,甲基丙烯酸缩水甘油酯及N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为功能单体,采用半连续乳液聚合法制备了水性丙烯酸树脂黏结剂。结果表明,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)添加量为11.2%时,乳液平均粒径为172.7 nm,黏度为14.9 mPa·s,并且在100℃下乳液性能保持稳定。接触角及力学性能测试表明,利用水性丙烯酸树脂黏结剂(GMA添加量11.2%)进行浆内施胶,特种含能纸基材料的应力由15.24 MPa增加至33.06 MPa,接触角由108.3°提高到113.3°。

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。

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。

大厚度玻纤增强树脂基复合材料拉伸性能试验与厚度对拉伸力学性能的影响

本文开创性地介绍了一种能够测量大厚度(36 mm以上)玻纤增强树脂基复合材料拉伸性能的试验方法,并通过该方法对不同厚度(10mm、16mm、30mm、36mm)的玻纤增强树脂基复合材料进行了拉伸性能测试,对比和分析了厚度对拉伸力学性能的影响。该研究为大厚度玻纤增强树脂基复合材料制品及构件在实际应用中的拉伸强度设计提供了重要的实验依据及理论参考。

陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接研究现状综述

陶瓷颗粒增强铝基复合材料是一种新兴的工程应用材料,在众多工业领域中具有广阔的应用前景。在对陶瓷颗粒增强铝基复合材料连接的过程中,使用绿色环保、安全可靠的搅拌摩擦焊接技术,可获得力学性能良好的焊接接头。文章从焊接接头宏观及微观组织特点、接头力学性能及断裂特征、搅拌头对焊接效果的影响3个方面综述陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接在国内的研究现状,并从焊接材料种类、焊接工艺稳定性、高性能焊接工具开发3个方面展望陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接研究未来的发展方向。

SiO2颗粒增强酚醛树脂基摩擦材料力学性能研究

为探讨陶瓷颗粒对树脂基摩擦材料力学性能的影响,以SiO2颗粒增强酚醛树脂基摩擦材料为例,利用三点弯曲实验研究颗粒特征对弯曲强度的影响,建立材料内部弹性应力场分布模型,并从细观力学角度进行分析。实验结果表明:添加二氧化硅陶瓷颗粒后,复合材料的弯曲强度降低、弹性模量升高;复合材料弯曲断裂截面显示脆性断裂特征,断裂过程中裂纹遇到颗粒贯穿通过;复合材料弯曲强度随颗粒含量增加而降低,随颗粒弹性模量增加先减小后增大。理论分析表明:陶瓷复合树脂基摩擦材料内部最大应力值位于颗粒边缘处;最大应力值随颗粒与基体弹性模量比值增大而增大;复合材料的平均应力与颗粒的含量成正相关。实验和理论研究表明,陶瓷颗粒添加引起材料内部应力集中,且与颗粒弹性模量和颗粒含量成正相关。

摩擦膜特征对陶瓷增强酚醛树脂基材料摩擦性能影响

针对目前对于摩擦膜物理特征与材料摩擦性能之间关系的研究较少的情况,选用大尺寸石英颗粒与酚醛树脂基体进行复合,利用销–盘式摩擦试验机对其摩擦磨损性能进行测试。摩擦结束后,采用纳米/微米压痕法表征颗粒表面摩擦膜的力学特性,并通过扫描电子显微镜观察摩擦膜微观形貌。测试结果显示,酚醛树脂粘结剂在21.9%~29.4%时,摩擦系数随树脂基体粘结剂含量增加而减小,这是由于摩擦膜强度逐渐降低,导致粘着摩擦力减小。另外,酚醛树脂基摩擦材料抗热衰退性与摩擦膜厚度成反比,这是由于有机粘结剂在高温下热降解对摩擦膜稳定性不利。陶瓷颗粒具有较高硬度,使得材料具有良好耐磨性。

基于Al-B-C烧结助剂的SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料制备及性能研究

以单晶碳化硅纳米纤维(SiC_(nf))为增强体,以铝(Al)粉、硼(B)粉和超细炭黑为烧结助剂,通过化学气相沉积及浸渍裂解工艺在SiC_(nf)上制备了PyC、BN双层界面包覆层,采用热压烧结法制备SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_(nf)/SiC-CMC)。实验结果表明,Al-B-C烧结助剂在1850℃生成了液相Al8B4C7,促进了SiC陶瓷的致密化,提高了复合材料致密度。当烧结助剂含量为10wt.%时,随着Si Cnf含量的增加,复合材料内孔隙增多,致密度降低,抗弯强度和断裂韧性先增大后降低。当SiC_(nf)含量为10 wt.%时,复合材料的力学性能达到最优,抗弯强度和断裂韧性分别为414 MPa和9.65 MPa·m1/2,相较于未添加SiC_(nf)的热压烧结SiC陶瓷,其韧性提高了93.8%。微观结构分析表明,SiC_(nf)主要通过纤维拔出的方式来增加裂纹扩展时的能量消耗,达到提升陶瓷断裂韧性的效果。

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。

碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能

为提高树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性,改善其抗热衰退性能。以碳纤维作为增强纤维,采用热压成型工艺制备碳纤维增强树脂基摩擦材料;用XD-MSM型定速摩擦试验机测定摩擦磨损性能,研究了不同含量碳纤维增强对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响;利用VK-X200三维激光扫描显微镜观察了摩擦材料磨损后表面的微观形貌并探讨其磨损机理。结果表明,碳纤维增强树脂基摩擦材料的硬度、压缩强度和剪切强度均得到提高,并随碳纤维含量的增加而逐渐增大;碳纤维增强作用提高了树脂基摩擦材料的耐磨性和摩擦因数的稳定性,改变了树脂基摩擦材料的摩擦磨损形式;碳纤维含量为4wt%的增强树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性较高,抗热衰退性能较好,磨损机制主要为疲劳磨损。

三维网络陶瓷增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能

设计和制备了一种新型的三维网络陶瓷(骨架)增强铝合金复合材料。研究了铝合金及不同成分复合材料在不同温度及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面,并分析了三维网络陶瓷(骨架)对铝合金磨损机制的影响。结果表明:复合材料的耐磨性远优于铝合金,而且随着三维网络陶瓷体积分数、温度及载荷的增加,复合材料的抗磨损性能明显提高;这种新型复合材料的摩擦系数随载荷变化保持稳定;在很宽的温度范围内,摩擦系数的稳定性均优于铝合金。这是由于三维网络陶瓷在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用,其独特的结构制约了基体合金的塑性变形和高温软化,有利于磨损表面氧化膜的留存。

复合矿物纤维增强低树脂基摩擦材料性能研究

以复合矿物纤维为主要增强纤维,采用一次热压成型技术,制备出不同复合矿物纤维含量的低树脂基摩擦材料,利用洛氏硬度计测量其洛氏硬度、定速式摩擦试验机测试其摩擦磨损性能,探究复合矿物纤维含量对低树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察磨损表面的微观形貌,进行磨损机制的探讨。结果表明:复合矿物纤维能显著提高低树脂基摩擦材料的摩擦因数,且适当复合矿物纤维含量的低树脂基摩擦材料具有良好的摩擦热稳定性,但在高温试验下,过多的复合矿物纤维会使低树脂基摩擦材料出现严重的热衰退现象;随着复合矿物纤维含量的增多,洛氏硬度硬度先平稳后下降,摩擦因数呈先升后降状态,磨损率先平稳缓慢增加,后剧烈增加。SEM分析表明,在高温试验下,随着复合矿物纤维含量的升高,低树脂基摩擦材料的磨损形式逐渐从黏着磨损和磨粒磨损转化为热分解磨损、脆性脱落和磨粒磨损。