A Mini Review on Natural Fiber Honeycomb (NFH) Sandwiched Structure Composite: Flexural Perfomance Perspective

Natural Fiber Honeycomb (NFH) sandwiched structure composite is a type of composite that uses natural fiber as the reinforcement material and honeycomb structure in the form of a sandwich panel. The demand for commercial use of natural fiber-based composites is increasing in the past few years in many industrial sectors. The increase in popularity of natural fibers is because of their particular properties, price, health benefits, and recyclability. This paper aims to analyze the data and analysis of the past research about NFH sandwiched structure composite in terms of the materials used to make the NFH, the physical and mechanical properties, and their applications. Based on the literature review conducted, there were many types of materials used to make the NFH sandwiched structure composite. Some experimental tests were planned and conducted to analyze the mechanical properties of the NFH and its potential to be used in the desired industries. However, there are not many implementations of NFH composite in the construction industry. This is due to the concern related to the issue of the structural integrity of the NFH composite. From the literature review conducted, most of the research shows a positive analysis of the mechanical properties and the potential of the developed NFH to be used for the targeted industry in the study. Therefore, it can be observed that the material used in this study has a high potential to be used in the construction industry.

碳纤维复合材料蜂窝夹层零件质量控制研究

采用热压罐成型工艺方法制造碳纤维复合材料蜂窝夹层结构试验件,分别从蒙皮表面质量控制和蒙皮内部质量控制两个方面进行研究。结果表明:在试验件靠模具面选择合适表面胶膜材料可以解决蒙皮表面贫胶的问题;通过改进试验件的铺贴及固化工艺过程可以使蒙皮内部质量得到很好地控制,解决孔隙率超差及铺层褶皱的问题。研究成果为复合材料碳纤维蜂窝夹层零件的成型质量控制提供了参考。

基于FiberSIM激光投影定位技术在蜂窝面板上的设计与应用

本文介绍了航空航天常用夹层结构蜂窝面板,针对蜂窝面板在成型时存在的问题,根据复合材料铺层设计准则设计了复合材料蜂窝面板铺层,基于FiberSIM软件平台,仿真模拟了复合材料蜂窝面板各铺层,并生成激光投影数据供定位使用。建立了复合材料蜂窝面板的设计流程,针对复合材料蜂窝面板因铺层角度不准导致固化后易翘曲变形的问题,在成型过程中借助激光投影仪提高铺层角度精度,成型的复合材料蜂窝面板表面光滑,平面度高,四周无翘曲变形现象,无损探伤结果表明面板无分层现象,满足蜂窝对面板的高质量要求。

基于分布式光纤的蜂窝夹层结构脱粘损伤监测

航空航天蜂窝夹层结构服役环境恶劣,需要发展相应的结构健康监测技术以保证结构的安全运行。脱粘损伤因发生在内部胶层而难以监测,该文采用埋入胶层的分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行监测。在预埋损伤监测试验中采用高强光纤和边界浅槽的方式提高传感器存活效率,得到脱粘损伤应变特征。采用参数化建模方式对不同损伤位置进行大量有限元模拟,加入白噪声后得到含有脱粘损伤特征的13500组数据。将模拟数据代入卷积神经网络进行训练,训练后的网络对试验损伤数据的识别准确率达到98.84%。该方法能够识别20 mm^(2)脱粘损伤,同时定位平均误差小于4 mm。

吸波/防弹复合材料的研发

采用玻璃纤维布/改性环氧树脂、碳纤维布/环氧树脂以湿法手糊成型工艺制备透波层和反射层,并与吸波浆料浸渍后的芳纶蜂窝芯复合制成电磁屏蔽材料。将电磁屏蔽材料与芳纶防弹板复合制成吸波/防弹一体化材料,该材料可满足GA 141—2010防弹标准要求,在频率2~18 GHz范围的最大反射率可达-25 dB,具有较好的吸波性能。

复合混凝土材料及不同蜂窝夹芯结构的力学性能综述

为全面开展复合混凝土材料制备蜂窝夹芯板的研究,综述了国内外关于稻草秸秆纤维与纳米二氧化硅复合混凝土材料及蜂窝夹芯结构的研究,分析了各种检测方法,概述了稻草秸秆纤维与纳米二氧化硅复合混凝土材料及不同蜂窝夹芯结构的力学性能,对复合混凝土材料蜂窝夹芯板研究及应用趋势进行总结。

泡沫填充碳纤维增强复合材料方形蜂窝夹芯准静态压缩特性

提出了一种碳纤维增强复合材料(CFRP)方形蜂窝中内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫材料的新型轻质夹芯结构并实现了夹芯结构的制备。通过准静态压缩试验和数值模拟研究了不同几何参数夹芯的准静态压缩性能,结果表明:当夹芯栅格间距较小时,夹芯中方形蜂窝的破坏模式主要为脆性断裂破坏,随着栅格间距的不断增大,夹芯结构稳定性逐渐降低,因此夹芯失效模式转变为屈曲失稳。内嵌PMI泡沫后,方形蜂窝夹芯的压缩特性得到了显著改善,其压缩强度增大,能量吸收效率提高;随着内嵌泡沫密度的增大,夹芯的压缩强度和比能量吸收量均呈现出增大的趋势。研究结果可以为抗冲击类夹层结构夹芯的创新性设计提供思路和参考。

阳离子改性蜂窝状中空涤纶纤维的染色工艺优化

阳离子改性蜂窝状中空涤纶纤维具有良好的导湿效果和易染性。试验采用三支分散型阳离子染料对阳离子改性蜂窝状中空涤纶纤维进行染色。结果表明,当染液pH为5、染色温度为100℃、浴比为1∶10时,染色纤维的K/S值最大。三支染料上染阳离子改性蜂窝状中空涤纶纤维的上染速率曲线变化趋势相近,配伍性较好,可用于拼色染色。

纤维特性对芳纶Ⅲ纸蜂窝格壁材料结构与性能的影响

本研究以芳纶Ⅲ短切纤维、间位沉析纤维和水性聚酰亚胺树脂为原料,制备了芳纶Ⅲ纸蜂窝格壁材料,探讨了短切纤维长度和含量对格壁材料结构及拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率和撕裂度的影响规律,并通过格壁材料的力学性能参数预测芳纶Ⅲ纸蜂窝的力学性能。结果表明,随着短切纤维长度增加,格壁材料的拉伸强度先降低后增加,弹性模量则增加,芳纶Ⅲ纸蜂窝的压缩及剪切性能的预测值在短切纤维长度为6 mm时最大。随着短切纤维含量增加,格壁材料的拉伸强度和弹性模量均先增大后减小,在短切纤维含量为60%时,分别达到最大值86.3 MPa和5698 MPa,而撕裂度则增加,并在短切纤维含量为90%时,达到最大值1081 mN,此时芳纶Ⅲ纸蜂窝的压缩强度的预测值最大,但芳纶Ⅲ纸蜂窝的平压模量、L向和W向剪切模量的预测值在短切纤维含量为80%时达最大值。

基于“离位”增韧的军用方舱CF-AF蜂窝夹芯架构耐撞击的研究

选用的“离位”增韧原理通过模压的方式制备碳纤维织物(CF)和芳纶蜂窝(AF)夹芯军用方舱架构;依次以CF型号、CF克重、CF方向为影响因素,采用单因素分析进行工艺优化,并对其增韧效果和耐撞击性能进行测试。试验表明:CF-AF蜂窝夹芯架构增韧效果明显,且在CF(T700,600 g/m^(2)±45°)、上下蒙皮均为2层时耐撞击性能最优,符合GJB2093A-2012军用方舱通用试验方法。

碳纤维蜂窝夹层结构动特性分析

对碳纤维蜂窝夹层结构的动力学问题进行了深入分析。将碳纤维网格表面等效为正交异性薄板,铝蜂窝夹芯按蜂窝实际受力情况和尺寸大小等效为三维正交异性体,并考虑到为了防止失稳破坏而进行的蜂窝局部加密、碳纤维表板加厚及结构局部加强。所建模型经复杂结构有限元方法分析,结果和试验相吻合,表明等效模型是合理的,方法是正确的。

中空竹浆纤维混纺保暖织物生产实践

为开发一种蜂巢组织的保暖织物,根据棉纤维、普通竹浆纤维、中空竹浆纤维及细号涤纶纤维性能优势及结构特点,设计不同混纺比的9.7 tex纱,分析中空竹浆纤维/涤纶纤维/棉纤维混纺纱纺纱流程及各工序的工艺参数、技术难点,并对比不同纱线的成纱指标;设计中空竹浆纤维/涤纶纤维/棉纤维混纺纱织物规格及组织,分析其织造工序工艺参数与技术难点,并与精梳棉、普通竹浆纤维织物进行面料服用舒适性能指标对比。指出:中空竹浆纤维蓬松轻盈,但强力低、抱合性差、易损伤,与适当比例的棉纤维和细号涤纶纤维混纺,可有效提高可纺性和纱线的综合指标;使用中空竹浆纤维混纺纱生产的织物具有良好的保暖性、柔软性和透湿性等服用性能。

阻燃抗紫外线复合功能窗帘交织物的性能

为探讨复合交织工艺对织物性能的影响,通过对试样织物的燃烧性能、紫外线防护系数（UPF）等测试,探讨了纬纱不同交织比对织物阻燃性能及抗紫外线性能的影响。研究表明3种功能纤维相互协调、优势互补,提高了织物的阻燃性能和抗紫外线性能。阻燃腈纶含量与织物阻燃性能呈非线性关系,阻燃腈纶与蜂窝抗紫外涤纶交织比为1∶1时,织物经纬向阻燃性能最好,且没有熔滴。蜂窝抗紫外线含量在15.69%-35.3%时,紫外线透过率与蜂窝抗紫外线涤纶含量呈负相关关系;蜂窝抗紫外线涤纶含量超过15.69%时,紫外线防护系数UPF与蜂窝抗紫外线涤纶含量呈非线性正相关关系,阻燃腈纶与蜂窝抗紫外线涤纶交织比为1∶3时,织物抗紫外性能最好。

蜂窝纤维针织物吸湿排汗性能研究

选用8种蜂窝状微孔结构改性聚酯纤维针织物和1种普通涤纶针织物,对它们的吸湿排汗性能,如吸水性、透湿性、湿阻、毛细效应、水分蒸发率等进行测试,分析了蜂窝纤维织物吸湿排汗性能的影响因素。结果表明,蜂窝纤维织物具有优良的吸湿排汗性能,远优于普通涤纶织物;蜂窝纤维织物克质量和厚度越小,织物吸湿排汗性能越好;要获得良好的吸湿排汗性能,蜂窝纤维含量不应低于40%;芯吸高度并不能客观反映100%蜂窝纤维织物的导湿性能;蜂窝纤维织物的透湿量和湿阻之间并不存在相关关系。

基于冲击瞬时能量梯度的蜂窝夹芯复合材料结构损伤监测

碳纤维增强复合材料具有独特的材料特性、可设计性,在现代卫星研制过程中的作用日益凸显,但其极易受到外太空碎片的撞击而产生多种类型的损伤,严重威胁在轨卫星的可靠性与稳定性。针对一种预制损伤的铝蜂窝夹芯碳纤维复合材料的安全监测需求,利用光纤Bragg光栅构建了分布式全光纤监测系统,监测在冲击过程中损伤区域处感应的光响应信号。通过总体经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)结合希尔伯特变换(Hilbert transform,HT),对冲击时域信号进行了有效提取,获得了冲击瞬时能量密度谱,提取相关能量特征并进行对比,进而生成冲击能量云图。实验结果表明:传感网络中任意一支传感器能够检测出四处损伤位置。该方法可为部分传感器失效情况下的损伤监测提供有益参考。

基于灰色近优法的蜂窝涤纶混纺针织物服用性能评价

为研究蜂窝微孔涤纶与天竹混纺针织物的服用舒适性与原料混纺比的关系,设计6种不同比例的混纺纬平针织物,分别测试每种针织物的保暖性、透气性、透湿性、放湿干燥性、顶破强力、耐磨性,运用模糊数学中的灰色近优法综合分析织物的各项测试数据,评估出不同环境下服用舒适性的最优混纺比。结果表明:在高温环境下,蜂窝微孔涤纶纯纺织物服用舒适性效果最优,也可选用蜂窝涤纶与天竹以70/30混纺的织物;在低温环境下,蜂窝微孔涤纶/天竹以50/50混纺而成的针织物其服用舒适性效果最优。

植入碳纤维蜂窝夹芯结构的光纤光栅热载荷响应光谱研究

针对航天领域复合材料结构在空间服役环境的热响应监测需求,研究了一种热载荷作用下基于光纤Bragg光栅(FBG)反射光谱特征分析的碳纤维蜂窝夹芯结构监测方法。将光纤Bragg光栅传感器分别植入碳纤维蜂窝夹芯结构的不同铺层,通过监测不同热载荷下各铺层位置的光纤光栅反射光谱,得到碳纤维蜂窝夹芯结构相关铺层位置热应变特征。研究表明,碳纤维蜂窝夹芯结构不同材料铺层的热应变特征存在一定差异。植入外蒙皮表面与玻璃布之间的光纤光栅反射光谱随着温度升高,中心波长向长波方向漂移,且波形未出现明显改变。埋植于外蒙皮第二、三层碳纤维织物预浸料之间的光栅反射光谱随着温度降低逐渐出现旁瓣、多峰等啁啾效应,其主峰与右侧次峰中心波长均向短波方向逐渐漂移,主峰峰值幅度变化较小,温度灵敏度约为5.56×10^(-3) dBm·℃^(-1),而右侧次峰幅度显著增大,温度灵敏度约为40.32×10^(-3)dBm·℃^(-1);埋植于内蒙皮和蜂窝芯子之间的光栅反射光谱随着温度降低,其半波峰带宽逐渐增大,变化率约为3.19pm·℃^(-1),且出现显著多峰趋势,这是由于层间热应力分布不均匀所形成。在-70^+60℃温度范围,各植入层热应变均随温度升高而增大,且变化趋势相接近,而在+60^+120℃温度范围内,各植入层热应变变化趋势呈现显著差异。这些特性能够为后继空间环境复合材料航天器结构状态在轨监测提供有益帮助。

2mm短切碳纤维吸波涂层的制备与吸波性能

基于雷达吸波涂层薄、轻、宽、强的要求,以2 mm短切碳纤维为吸收剂,水性聚氨酯为基体树脂,制备了碳纤维吸波涂层,将芳纶纸蜂窝与碳纤维吸波涂层进行匹配,并采用矢量网络分析仪测试了涂层的吸波性能。结果表明,单层碳纤维吸波涂层在厚度较薄时吸波性能较差,添加匹配层后性能有所改善。将不同碳纤维含量的吸波涂层与芳纶纸蜂窝进行匹配,制备了多层匹配碳纤维吸波涂层,涂层的吸收强度和有效吸收带宽均得到明显提升,通过调整碳纤维涂层和芳纶纸蜂窝的匹配方式,复合涂层在4.1~13.6 GHz频率范围内均能实现有效吸收。

玻纤／涤纶混杂3D整体机织蜂窝结构复合材料的冲击性能

为研究玻纤/涤纶混杂纤维复合材料中涤纶含量对复合材料低速冲击性能的影响,设计了7种混杂纱线,并在改进后的普通织机上织造,同时采用真空辅助成型工艺制成混杂纤维复合材料板材。探讨了多种纤维混杂后纤维体积含量的计算方法,对混杂纤维增强复合材料冲击后断裂情况及能量吸收性能进行研究。结果表明,混入涤纶后复合材料会产生明显的混杂效应,经预测当涤纶含量约为55.69%时,复合材料能量吸收性能最好,在节省成本的情况下达到了最优。

连续玻纤增强聚丙烯片材复合蜂窝板材制备及力学性能研究

连续纤维增强热塑性蜂窝夹层结构以其高强轻质、可回收利用等性能成为新型复合材料。采用模压成型工艺,制备连续玻纤混编纱层合片材复合蜂窝板、连续玻纤单向片材复合蜂窝板及连续玻纤交叉片材复合蜂窝板,通过对热压温度、热压压力、保压时间的分析研究,确定优选的成型工艺。通过实验研究了面板结构参数、蜂窝芯结构参数对复合蜂窝板平压性能、弯曲性能及侧压性能的影响。实验表明,同种蜂窝芯条件下,蜂窝夹层板的平压性能与面板类型、层数无关;其弯曲性能先随层数增加而增大,当面板达一定层数,其弯曲性能趋于平稳;侧压性能则随面板层数增加而递增。蜂窝芯壁厚减小以及孔径增大,则使得复合蜂窝板的三类性能呈下降趋势。