高性能树脂基复合材料典型空天环境下动态力学行为研究现状

随着飞行器结构中碳纤维增强树脂基复合材料用量的迅速增加,其应用范围从非主承力构件逐渐扩展到主承力构件,复合材料结构中的疲劳、低速冲击和高速撞击等动态力学问题已经引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了典型空天环境因素与碳纤维增强树脂基复合材料的交互作用,重点探讨了其在疲劳、低速冲击和高速撞击载荷作用下的行为,简述了环境损伤与动态载荷耦合对碳纤维增强树脂基复合材料动态力学性能的影响,以期为聚合物基复合材料在空天飞行器上的应用提供有益的参考。

高性能树脂基复合材料轻质结构3D打印与性能研究

树脂基复合材料轻质结构具有轻质、高性能等优点,广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。通过对传统树脂基复合材料轻质结构制造工艺的综述分析,发现传统制造工艺具有过程复杂、周期长和生产成本高等缺陷,限制了树脂基复合材料轻质结构的发展。3D打印是一种先进的零件成形工艺,可实现复杂结构零件的快速制造,为高性能复合材料轻质结构的一体化制造提供了可能。介绍了树脂基复合材料轻质结构3D打印的研究进展,提出了基于连续纤维增强热塑性复合材料3D打印的高性能复合材料轻质结构的一体化制造工艺,并对其性能开展了初步研究。

2025年高性能树脂基复合材料市场将超170亿美元

美国市场研究机构Global Market Insights公司的最新调查报告称,2025年高性能树脂基复合材料的全球市场规模将达到170亿美元。包括商用和民用航空在内的航空业强劲增长,是未来几年推动高性能树脂基复合材料市场增长的首要因素。

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。

超吸水树脂对高性能水泥基复合材料收缩和水化的影响

本工作基于高原干燥环境下高性能混凝土收缩问题,研究了不同掺量的阴离子型聚丙烯酰胺超吸水树脂(SAP-YF)与商用聚丙烯酸型超吸水树脂(SAP-S)对水泥基材料在干燥环境下收缩性能的影响,结果表明,随着SAP掺量的增大,水泥基材料的自收缩与强度逐渐减小,干燥收缩则无明显变化;在考虑不影响强度及最大程度减缩的前提下,SAP-YF在水灰比为0.20条件下的最优掺量为0.20%,减缩率为28.21%;XRD与TG结果表明在养护至7 d时,掺有SAP的试件组的水化程度和固相组成含量的增幅相比于对照组有较为明显的改善。掺入SAP后,净浆试件基体内部的相对湿度能够维持在有利于胶凝材料水化的环境中,可持续7 d或更长时间,从而加速了胶凝材料的早期水化进程。基于XRD、TG试验与理论研究,建立了干燥环境下含SAP水泥基材料固相组成随养护时间的演变模型,这可为热力学模型计算及高原干燥环境下混凝土配合比设计提供数据支持。

玻璃砂超高性能水泥基复合材料的制备及性能

为实现超高性能水泥基复合材料(ultra-high performance cementitious composite,UHPCC)的可持续性和环保性,以玻璃砂替代UHPCC中的河砂,制作玻璃砂超高性能水泥基复合材料(glass sand ultrahigh-performance cementitious composite,GS-UHPCC),通过开展力学性能试验,探讨不同玻璃砂替代率和玻璃砂粒径对GS-UHPCC抗压、抗折性能的影响,定量表征GS-UHPCC的弯曲韧性和能量吸收能力,并通过X射线衍射和扫描电镜试验,分析了玻璃砂的增韧机理.结果表明,以平均粒径为0.27 mm的玻璃砂替代河砂,当体积替代率为40%时效果最好,替代后GS-UHPCC在养护28 d时的抗压强度相较于未掺时提升了17.0%,抗折强度提升了14.8%,能量吸收能力最优,微观结构致密,水化反应最为完全.本研究得出的最优玻璃砂替代率与粒径,可为GS-UHPCC的应用提供可行性支持.

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。

粗骨料对超高性能应变硬化水泥基复合材料(UHP-SHCC)性能的影响

根据超高性能混凝土(UHPC)的制备理论和应变硬化水泥基复合材料(SHCC)的设计原理,制备了超高性能应变硬化水泥基复合材料(UHP-SHCC),研究了钢纤维改性处理和粗骨料的级配(最大粒径分别为6.00、8.00、9.75 mm)与掺量(0、5%、11%、15%)对UHP-SHCC抗压强度和拉伸行为的影响。结果表明:与未改性钢纤维相比,改性钢纤维使UHP-SHCC的应变硬化行为更明显;通过合理调控粗骨料的级配和掺量,有效提高了UHP-SHCC的抗压强度,改善了UHP-SHCC的拉伸应变硬化效果,但随着龄期从7 d增至28 d,UHP-SHCC的应变硬化效果略有减弱。

基于机器学习预测环氧树脂复合材料抗冲击性能

剩余压缩强度(RCS)是评价复合材料受到冲击损伤后力学性能的重要指标。采用声发射技术(AE)对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料冲击载荷进行了在线监测,分析了振铃计数、峰值计数、信号强度和信号均方根值4种冲击载荷参数,采用人工神经元网络(ANN)和径向基网络(RBF)基于冲击载荷参数预测了试件RCS。结果表明,高冲击能量造成了试件分层、玻璃纤维断裂、环氧树脂基体开裂、纤维脱黏,当冲击能量为10、15、20和30 J时,冲击3 ms后冲击能量达到最大值,分别为10.53、16.67、21.77和27.13 J,随后冲击能量不断下降。随着冲击能量的增加,试件冲击深度从0.18 mm增加到3.35 mm,RCS从56.87 MPa降低到20.45 MPa。最优ANN模型结构为4-48-1,预测和实验RCS的均方误差(MSE)最低为0.03 MPa,最优RBF模型结构为4-21-1,MSE最低为0.01。RBF模型的局部响应特性使得其对输入数据中的噪声具有较好的鲁棒性,预测与实验RCS数据的相关系数(R2)为0.9863,而ANN模型预测结果为0.9514。

高性能碳纤维双马树脂复合材料在航空领域的应用

聚丙烯腈基碳纤维因其高强度、轻质、耐疲劳等优异性能,被用于制备高性能复合材料,成为先进复合材料的主要增强纤维材料之一,已广泛应用于航空、航天等尖端技术领域。高强中模碳纤维增强树脂基复合材料是当前及未来长期内主要的航空结构复合材料。综述了国内外高强中模碳纤维的发展现状,介绍了基于高强中模碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料的性能特点及其在航空领域的应用,并展望了我国高强中模碳纤维产业的发展前景。

高性能水泥基复合材料在混掺纤维条件下的抗压性能分析

使用纤维材料改良水泥基复合材料基本性能时通常使用单一尺寸、单一种类纤维,而掺加不同品种的纤维并在正混杂效应条件下,能够有效弥补单一纤维对复合材料的增强效果不足问题,优化力学性能,拓展应用范围。基于此,设计试验制备钢纤维、玄武岩纤维混掺的混凝土材料并设计试验分析不同纤维种类及掺量条件下复合材料抗压性能差异。试验结果表明,掺入玄武岩纤维后复合材料裂缝生成得到有效抑制,且峰值压应变和峰值压应力均显著提升;掺入钢纤维后复合材料峰值压应力后试件变形能力得到显著增强;混掺纤维条件下,相较于1.0%混杂纤维,2.0%混杂纤维抗压能力更强,且峰值压应变提升6.74%,峰值压应力提升5.76%。

高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用研究

文章在分析高性能水泥基复合材料制备与性能的基础上,论述了高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用,并通过高性能水泥基复合材料与传统材料的对比研究,阐述了高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中应用的前景.

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%。

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。

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。

循环湿热环境对树脂基复合材料弯曲性能的影响

本文对碳纤维增强树脂基复合材料的单向层合板以及织物层合板进行了循环湿热试验和湿热试验后的弯曲力学性能试验,研究了它们在湿热试验前后的质量、表观形貌变化与弯曲力学性能的变化规律,分析了湿热环境对树脂基复合材料弯曲性能的影响规律。

树脂基导电纳米复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

随着5G时代的来临,电磁污染问题日益严重。电磁屏蔽是解决电磁污染的有效方法,已成为人们关注的热点。导电纳米粒子具有优异的导电性及其独特物理特性,其树脂基复合材料可作为轻质高电磁屏蔽效能的电磁屏蔽材料。本文主要介绍了含有导电一维纳米粒子(碳纳米管、银纳米线)和二维纳米粒子(石墨烯、MXenes)的树脂基复合材料在电磁屏蔽性能方面的研究进展,进一步对其发展趋势进行了展望。

-196℃超低温绝热树脂基复合材料的制备及性能研究

介绍了-196℃超低温绝热树脂基复合材料的研发,并对其性能进行了全面测试。结果表明:通过对环氧树脂的改性并辅以适合的固化剂及促进剂进而制得耐低温、耐腐蚀的高性能基体树脂。通过纳米无机粒子增韧改性和增强材料铺层设计有效地解决了复合材料在高低温冲击下容易产生裂纹的问题。通过树脂固化体系配方优化、固化及冷却工艺的研究解决了超厚(厚度>400mm)复合材料成型工艺难题。产品可应用于民用液化天然气(LNG)行业运输槽罐、贮罐、低温气体贮罐、军用潜艇液氧仓隔热材料、低温风洞隔热材料等领域。

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.