刚柔复合式路面层间沥青材料路用性能试验评价

针对刚柔复合式路面层间沥青材料的特点和现有研究不够系统的问题,运用旋转流变仪对4种层间沥青材料进行了高温剪切性能和粘度测试,并进行了动态力学温度扫描和剪切疲劳试验。试验结果表明:作为层间粘结材料,橡胶沥青和SBS改性沥青的性能明显要优于基质沥青,其高温性能、力学性能、粘度和疲劳性能均优于A-50和A-70;改性沥青用作层间材料时,SBS改性剂需确定适宜的基质沥青以提高SBS改性剂与基质沥青的相容性,以便获得良好的疲劳性能;层间为洒布式结构时,推荐SBS改性沥青为层间材料,为铺装式结构时,建议层间采用橡胶沥青。

温度荷载下桥上CRTSⅡ型无砟轨道结构层间位移试验研究

为研究温度荷载下,高速铁路简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间位移的分布特点,开展无砟轨道-简支梁桥1/4缩尺模型温度荷载试验。采用远红外加热灯管结合温控系统及温度传感器模拟升温过程和降温过程,分析实测温度模式下无砟轨道层间位移的分布规律。研究结果表明:随着温度升高,轨道板、CA砂浆和底座板三者之间的纵向相对位移整体呈非线性增大趋势;轨道板相对底座板,底座板相对于梁体,它们的纵向位移零点分别发生在L/8截面和3L/8截面上(L为跨度);位移零点处轨道结构层发生挤压,使轨道结构产生局部上拱;随着温度升高,轨道板与底座板之间、底座板与梁体之间竖向相对位移不断增大,竖向相对位移在L/4截面上出现峰值,梁体沿桥纵向随温度的升高逐渐上拱,当温度降低时,上拱位移逐渐减小。

不同熔点尼龙粒子对中温固化EP基复合材料的增韧改性

以尼龙粒子-1和尼龙粒子-2作为增韧组分[熔点分别为142、217~℃,平均粒径均为(20±3)μm]、环氧树脂(EP)为基体和碳纤维(牌号T700)为增强材料,采用热熔预浸料法和层间增韧法制得可中温(130~℃)固化的EP基复合材料。研究结果表明:引入尼龙粒子后,复合材料的耐热性、压缩性能和弯曲性能无显著变化,但层间剪切强度降低,并且其韧性变化与尼龙粒子熔点相关。经尼龙粒子-1或尼龙粒子-2增韧后,复合材料冲击后的压缩强度(CAI)为265 MPa或183 MPa,比未增韧体系提高了39%或-4%。

嵌入HNBR阻尼薄膜的共固化复合材料制作研究

提出一种可以与玻璃纤维/环氧树脂预浸料共固化的HNBR高阻尼黏弹性材料,提出使用四氢呋喃(THF)作为溶剂,将该高阻尼材料制成原胶料溶液,采用双面刷涂工艺,将玻璃纤维/环氧树脂复合材料制成带阻尼薄膜的预浸料,按照设计的铺层根据热压罐固化工艺制成嵌入HNBR阻尼薄膜的共固化高阻尼复合材料试件,模态试验和层间剪切试验验证了该工艺和黏弹性材料组分的有效性,其层间结合力最高可达9.4 MPa,其一阶模态损耗因子可达3.92%。

辐照剂量及后固化温度对低能电子束分层固化复合材料层间性能的影响

采用一定剂量的低能电子束辐照预浸带并分层铺放,在不同温度下对预成型层合板进行热后固化制备复合材料,研究了辐照剂量及后固化温度对复合材料层间性能的影响。结果表明:上表面辐照剂量对复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响比后固化温度的影响大,下表面辐照剂量的影响最小;当总辐照剂量(上下表面剂量之和)为100~130kGy时,复合材料层间剪切强度较高(66.3 MPa);辐照总剂量大于130kGy后,因黏接层平均固化度的增大导致复合材料层间黏接效果变差,层间剪切强度明显下降;后固化温度对经过低能电子束辐照后复合材料的固化速率影响较大,在满足预浸带上下表面完全固化的基础上,较低的固化温度能够改善复合材料的层间黏接性能并使其获得较高的层间剪切强度。

钢桥面铺装结构温度应力数值分析

借助有限元数值分析方法,分析环境温度下钢桥面铺装防水粘结层的弹性模量和厚度变化对铺装体系受力的影响。结果表明粘结层的厚度对钢桥面铺装结构的受力影响不显著,粘结层的弹性模量对钢桥面铺装结构的受力影响较大,对于防水粘结层材料的设计和施工具有指导意义。

环氧网络结构设计与复合材料增韧的研究

本文以自由体积理论，对ＢＦ_３ＭＥＡ固化环氧网络结构与Ｔ_ｇ的关系进行了研究，并分析了组分对网络Ｔ_ｇ的贡献，为确定固化剂的影响，对ＢＦ_３ＭＥＡ及ＤＤＳ固化环氧网络的断裂韧性进行了测试。结果表明，ＤＤＳ固化体系的韧性要比ＢＦ_３ＭＥＡ固化的相应的环氧网络的高。根据理论分析及实验结果，对复合材料基体的网络结构进行了重新设计，在提高复合材料层间韧性的同时保证其耐热性不会下降。实验结果验证了这一设想。

苯氧树脂增韧自行车轮圈用环氧树脂体系性能研究

添加不同含量的苯氧树脂增韧剂和助剂,开发了一种自行车轮圈用耐高温环氧树脂体系。考察了树脂体系浇注体的力学性能及其复合材料层压板的干态和湿态动态力学性能、层间剪切性能和弯曲性能。研究结果表明:增韧剂含量为15%时,其浇注体的拉伸强度为79.6 MPa,断裂伸长率为3.25%,弯曲强度为148.5 MPa,压缩强度为170 MPa;其层压板层间剪切强度为86 MPa,弯曲强度为1 575 MPa,干态玻璃化转变温度为261℃,水浸35 d后玻璃化转变温度为233℃;在一定温度区间层压板干/湿态层间剪切强度及干态弯曲强度与温度呈现线性负相关关系。所制备的TR1219G/T700材料体系,可用于复合材料自行车轮圈的研发与生产。

二维C/C复合材料高温力学、热物理性能研究

研究了二维C/C(2D -C/C)复合材料在高温下层剪强度、弯曲强度和模量、热导率和线膨胀系数的变化规律。结果表明 ,所制得的 2D -C/C复合材料的层剪强度随温度的升高变化不大、弯曲强度随测试温度的升高而增加 ;2 0 0 0℃的层剪强度、弯曲强度分别达到 1 4 .8MPa和 2 2 7.4MPa ,较室温分别提高了9.6 %和 6 0 %。弯曲模量在 1 0 0 0℃时增加到 39.4GPa ,在 2 0 0 0℃则下降 ,低于室温数值。 2D -C/C复合材料的热导率、线膨胀系数在z向和x -y向都具有明显的各向异性。未石墨化 2D -C/C复合材料 2 0 0℃的z向热导率是 4 .4 1W / (m·K) ,且随温度的升高而增加 ;而石墨化 2D -C/C复合材料 2 0 0℃的z向、x -y向热导率分别是 1 8.0 2W / (m·K)和 73.2 9W / (m·K) ,随温度的升高而下降。 2D -C/C复合材料在z向的线膨胀系数较大 ,80 0℃以内在 8× 1 0 - 6 /K～ 1 0× 1 0 - 6 /K之间 ;而在x -y向线膨胀系数在 80 0℃以内都很小 。

不同扫描策略下钛合金选择性激光熔化过程层间温度场的数值模拟

为了改善选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)过程的层间温度分布、降低层间热积累,采用移动热源法和生死单元技术对激光光斑定向移动和金属粉末逐层铺设过程进行数值模拟,研究了不同层间时间间隔和扫描策略对各层扫描路径及其特征点温度的影响.研究结果表明:层间时间间隔越小,各扫描路径层间热积累越多,且高速、高功率条件下的层间热积累要少于低速、低功率条件下的层间热积累;采用层间异向扫描策略时扫描路径末端会出现较明显的局部高温区域,且高速、高功率条件下的局部热积累要少于低速、低功率条件下的局部热积累;层间同向正交扫描策略能够使各扫描路径间的温度分布更均匀,是低搭接率下SLM过程的最优层间扫描策略.

常温定型剂对乙烯基酯树脂复合材料性能影响

开发了一种乙烯基酯树脂用常温液态定型剂,并用于预成型体制备,进一步采用VARI成型工艺制备了复合材料。研究了定型剂含量对纤维织物定型效果、VARI成型工艺性、复合材料力学性能的影响。采用厚度回弹、U形回弹的实验方法对定型剂的定型效果进行评价;通过预成型体的渗透率实验对定型织物的VARI成型工艺性进行评价;并采用弯曲性能、层间剪切性能测试对复合材料的力学性能进行表征。结果表明:当定型剂含量为纤维织物质量的6wt%时,织物的预定型效果最好,且能够保持较好的渗透性;定型剂用量对复合材料弯曲性能和层间剪切性能影响较小,能够在改善其工艺性的同时实现复合材料力学性能无明显降低。

热塑性环氧树脂合成及增韧低温复合材料

针对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)在低温下易发生分层损伤破坏的问题,首先对热固性环氧树脂进行改性,制备了同体系的热塑性环氧树脂(TPE)颗粒,并将其应用于CF/EP层间进行增韧,与常用的聚酰胺66(PA66)颗粒子和聚醚砜(PES)颗粒进行对比,研究了3种颗粒对CF/EP在室温和低温时的增韧效果。试验结果表明,3种热塑性树脂颗粒均能起到显著的增韧效果,但添加颗粒后对CF/EP基本性能的影响有较大差异。CF/EP层间加入PA66颗粒和PES颗粒后,虽然复合材料韧性有一定提高,但由于树脂基体和增韧颗粒的体系差异,造成了复合材料层间增厚和基本力学性能的下降。而层间添加TPE颗粒的CF/EP层间断裂韧性显著提高,其室温下的Ⅱ型层间断裂韧性(GIIC)达到1126 J/m2,提高了88.0%;-183℃下的GIIC达到1386 J/m2,提高了109.2%,同时,TPE颗粒的加入对CF/EP层合板的厚度、室温与低温下的层间剪切强度和弯曲强度影响不大,这是由于TPE颗粒与预浸料中热固性环氧树脂属于同系材料,相互可以充分地融合流动,生成了更加独特的层间结构。因此,提出的同体系的TPE颗粒可以更全面有效地对复合材料进行室温和低温下的层间增韧。

高低温老化对碳纤维增强复合材料层间力学性能的影响

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)层间力学性能在温度环境中的老化失效行为,设计了CFRP层间拉伸、层间剪切和弯曲实验,选取高温(80℃)、低温(-40℃)和高低温循环(-40℃~80℃)3种老化环境,分别进行0(未老化)、5、10、15、20、25、30天的老化实验,采用傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)和差示扫描量热法(DSC),对CFRP老化前、后的化学成分变化和玻璃态转换温度(Tg)进行测试分析,并测试分析了CFRP层间失效强度随老化时间的变化规律,通过宏观断面和微观分析揭示层间性能的老化作用机理。结果表明:在高温和高低温循环老化作用下,通过FTIR发现CFRP官能团的变化趋势和程度大致相同,并且通过DSC发现CFRP老化后发生了化学键的断裂。高温和高低温循环老化后CFRP层间力学性能总体上发生了一定程度的退化,且衰减幅度比较接近,发现CFRP撕裂主要是纤维/基体界面开裂引起的,纤维发生断裂并且纤维表面比较光滑,说明老化使纤维丝与基体的界面结合力显著下降。但是,低温老化对CFRP层间性能的影响不明显。

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。

考虑温度影响的沥青路面层间黏结力学响应分析

为了研究不同温度下的层间黏结料的黏结强度,通过室内剪切试验建立了层间黏结料的强度~温度方程,引入层间黏结强度温度指数φ表征不同温度下的黏结状况。借助ABAQUS有限元分析软件,对不同黏结状态下半刚性基层沥青路面各结构层内应力进行了计算分析,研究了不同黏结状态对路面结构力学响应的影响。研究结果表明:温度较低时,层间黏结状态的变化对路面各结构层应力的影响并不明显;当温度高于35℃时(φ<0.6),面层结构最大拉应力σmax、最大剪应力τmax出现了非线性快速变化;温度变化对基层、底基层黏结性能影响不明显。研究成果对科学解释沥青路面在不同温度下黏结性能行为机理提供了有力依据,为改善层间黏结条件、提升路面整体性能提供了理论支撑。

层间预熔温度对熔融沉积成型打印件力学性能的影响

以聚乳酸(PLA)为原料,通过对喷头装置进行改装,探究打印过程中,打印层预熔温度对垂直打印件层间结合强度及力学性能的影响。结果表明:随着预熔温度的升高,垂直打印件的最大拉伸强度呈先提高后降低的趋势,预熔温度为80℃时拉伸强度达到最大值,其平均强度可达到水平打印件的89.1%;而在无预热条件下,垂直打印件的力学性能只有水平打印件的66.9%。此外,通过对比实验发现,该层间预熔方式在提升打印件的层间结合强度方面优于传统的热处理方式。

碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料MT300/KH420高温力学性能(Ⅰ)——拉伸和层间剪切性能

研究了碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料MT300/KH420的高温力学性能,重点揭示了MT300/KH420的[0°]7、[0°]（14）和[±45°/0°/90°/＋45°/0°2]s层合板在常温-500℃的拉伸和层间剪切性能的变化规律。结果表明：在350℃以内,[0°]7层合板拉伸强度随温度升高有所提高,拉伸模量几乎不变,在420℃时拉伸强度和模量均出现明显下降,在500℃时分别保持在65%和83%以上,表现出优异的高温拉伸性能。MT300/KH420的[0°]（14）层合板层间剪切强度在常温-420℃随温度升高不断降低至52.8%,在高温下呈现出黏弹效应,且在420℃时最为明显。相比于单向层合板,[±45°/0°/90°/＋45°/0°2]s多向层合板高温力学性能较为稳定,且由纤维控制的纵向试件力学性能受温度影响较小。

低温环境下测试复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的简易方法

目前ASTM复合材料Ⅰ型层间断裂韧性测试标准需不断观测裂纹扩展长度。然而在低温环境下,裂纹扩展长度不易测量且过程繁琐。为克服这一缺陷,本文采用双柔度法测试复合材料低温环境下Ⅰ型层间断裂韧性,该方法的步骤与ASTM标准基本相同,但不需观测裂纹扩展长度便能获得低温下Ⅰ型层间断裂韧性。为了验证该方法的可靠性和精度,采用5件碳纤维增强环氧树脂基复合材料双悬臂梁(DCB)试样在-10℃环境下进行Ⅰ型层间裂纹扩展实验,应用ASTM标准所推荐的三种方法及本文的双柔度法进行数据处理获得复合材料Ⅰ型层间断裂韧性。结果表明:ASTM标准的三种方法与双柔度法得到的Ⅰ型层间断裂韧性结果一致,相对差别小于5%,而本文的双柔度法不需测量裂纹扩展长度,因此更简单,为测试低温环境下Ⅰ型层间断裂韧性提供了一种准确、简单的新方法。

玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料的层间增韧及其低温下低速冲击性能

采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了四种无纺布(聚酰胺(PA)、聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、共聚酯(PEs))层间改性的玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂(GF/EVER)复合材料层合板。在温度为20℃下进行落锤冲击实验,对比分析了不同层间改性的GF/EVER复合材料层合板的低速冲击响应特性和抗冲击性能;利用超声C扫描和SEM分析了其冲击损伤机制。通过对复合材料层合板的冲击损伤面积、凹坑深度、最大接触力、冲击后剩余压缩强度(CAI)值的对比分析可知,经TPU和PEs无纺布层间改性的GF/EVER复合材料抗冲击性能较佳。不同的无纺布和基体树脂生成的界面相与纤维的结合程度不尽相同。层间改性的GF/EVER复合材料的冲击损伤机制为冲击正面表层基体树脂的开裂,其内部的分层和冲击背面的分层劈裂或纤维断裂;同时,进一步研究了经TPU和PEs改性的GF/EVER复合材料在低温下(-100℃和-45℃)的低速冲击性能,结果表明,随着温度的降低,GF/EVER复合材料的冲击损伤面积随之增大,CAI值随之减小,这可能是GF/EVER复合材料在低温下层间残余热应力和基体树脂脆化效应综合作用的结果。