PBO纤维表面特性对酚醛复合材料拉伸性能的影响

复合材料良好的界面结合可使增强纤维发挥最大的承载作用,良好的纤维表面性能有助于纤维性能转化率的提高,从而有利于其力学性能。为研究国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维表面特性对酚醛基复合材料拉伸性能的影响,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和接触角测量仪分析了三种国产高模型PBO纤维的表面特性,并计算其纤维强度转化率。研究发现,PBO纤维的表面粗糙度和沟槽等对复合材料的界面性能及纤维强度转化率具有显著影响。结果表明:三种国产PBO纤维表面均有明显的黏附物和纤维向沟槽,表面杂质少、沟槽较多,表面粗糙度最大、表面自由能最高的PBO-A纤维强度转化率最高,PBO纤维的强度转化率(40%~50%)远低于碳纤维的强度转化率(70%~90%),其与树脂的工艺匹配性有待进一步提高。

PBO纤维复合材料的拉伸性能研究

对PBO纤维的干纱、复丝以及单向复合材料的拉伸性能进行实验测试 ,探讨了测试标准对PBO复丝性能的影响 ,采用SEM观察了PBO纤维表面形貌和复合材料拉伸破坏断口特征 ,并与F - 12纤维相应的拉伸性能进行了对比。结果表明 :PBO纤维单向复合材料比F - 12纤维具有更为杰出的拉伸性能 ,拉伸强度比F - 12高约 2 8.3%～ 5 5 .4 %、拉伸模量高约 80 %。PBO纤维复丝性能因测试标准不同其拉伸强度和拉伸模量相差较大。SEM观察到PBO纤维表面极光滑 ,与树脂界面粘结差 ,其复合材料拉伸破坏断口呈“皮芯”抽离和纤维撕裂破环特征。

湿热老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用人工加速老化试验方法,开展了PBO纤维复合材料湿热老化性能研究;利用材料万能试验机,研究了PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切等静态力学性能随湿热老化时间的变化情况;采用动态热机械分析仪(DMA),研究了湿热老化时间对PBO纤维复合材料的玻璃化转变温度Tg、贮能模量E'和损耗模量E″的影响。研究结果表明,在湿热环境下加速老化不同时间后,PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切性能均出现了一定程度的下降,拉伸强度最大降幅约为7.7%,拉伸模量变化较小,弯曲强度和弯曲模量最大降幅分别为8.3%和6.5%;层间剪切强度最大降幅约为13.5%;湿热老化30 d后,PBO纤维复合材料的Tg从115.8℃提高到127℃,随着老化时间进一步延长,E'和E″向低温方向移动,表明复合材料的耐热性开始下降。

紫外光辐照对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用紫外光加速老化试验箱、材料试验机和DMA研究了紫外光辐照时间对PBO纤维复合材料性能的影响。研究结果表明:紫外光辐照导致PBO纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及层间剪切强度出现了一定程度的下降,但对复合材料的模量影响较小;经紫外光辐照一定时间后,PBO纤维复合材料的耐热性和刚性均有所提高,随着辐照时间增加,复合材料的E′和E″向低温方向移动,表明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。

热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用人工加速老化试验方法研究了热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响。利用材料万能试验机研究了PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切等静态力学性能随热氧老化时间的变化情况,结果表明,经过在60℃热氧老化不同时间后,PBO纤维复合材料的拉伸强度变化较小,弯曲强度和层间剪切强度出现了一定程度的下降,最大降幅分别为8.8%和11.7%,拉伸模量和弯曲模量增大。采用DMA研究了热氧老化时间对PBO纤维复合材料动态力学性能的影响,结果表明,热氧老化使得PBO纤维复合材料的耐热性提高,贮能模量下降,随着老化时间逐渐增加,E″逐渐向高温方向移动。

湿热环境对复合材料单向板拉伸性能的影响

湿热环境会导致复合材料层合结构力学性能下降。针对[90]16和[0]16复合材料单向板,在不同湿热环境处理后进行拉伸试验,对比分析其拉伸性能退化情况,通过断口形貌及微观形貌分析阐述其退化机理。结果表明,干燥环境下,复合材料单向板中的环氧树脂基体在高温下发生后固化,[90]16单向板拉伸强度随环境温度升高而增加,[0]16单向板拉伸强度随环境温度上升基本不发生变化; 85%RH下,单向板纤维-基体界面上产生湿应力与热应力,[90]16和[0]16单向板拉伸强度均随环境温度升高而下降; 70℃水浴中,单向板的基体树脂与纤维-基体界面均发生严重损伤,[90]16和[0]16单向板拉伸强度严重下降。

芳纶Ⅲ纤维拉伸性能的实验研究

测试了芳纶Ⅲ纤维的拉伸性能等，并与F-12和Kevlar-49纤维进行了对比。对由芳纶Ⅲ纤维与环氧树脂基体复合成型的单向纤维增强环形试样，测试了其拉伸强度、弹性模量和层间剪切强度，结果表明：芳纶Ⅲ纤维单向纤维复合材料的拉伸强度和弹性模量与F-12纤维相当，分别比Keylar-49纤维要高出约25．7％和24．7％；但早期的芳纶Ⅲ纤维与环氧树脂基体的界面结合性较差，层间剪切强度仅为32．0～35．2MPa。

SiC_f/TC17复合材料的室温拉伸性能

采用磁控溅射先驱丝法制备SiC_f/TC17复合材料,结果表明:复合材料中SiC_f纤维呈近六方排布,纤维与基体之间结合紧密,没有出现空洞;复合材料的室温抗拉强度为1773 MPa,相比TC17基体提高83.3%;复合材料的拉伸断口宏观上属于脆性断裂,断口处有大量的界面分离、纤维拔出,其中界面分离最容易发生在C层与反应层间的界面处。

单向纤维纺织复合材料的力学性能研究

采用连续玻璃纤维与环氧树脂进行复合,试样采用真空袋-热压罐法制备实验用单向纤维增强板。通过纵向拉伸、压缩实验、扭转实验和弯曲实验,研究复合材料的弹性模量,得到了玻璃纤维复合材料的弹性常数,验证了单向复合材料的基本性质,同时得到复合材料在失效时的破坏形式,其符合经典的层合板理论。为分析叶片失效及进行有限元数值模拟提供了基础。

混杂纤维片材拉伸性能研究

参考标准GB/T3354-1999测试了由碳纤维、玻璃纤维和尼龙纤维等编织的不同混杂纤维布和增强环氧树脂复合板的拉伸强度、弹性模量和拉伸过程曲线等,分析了混杂比例对干纤维布和纤维增强环氧树脂板拉伸性能的影响。结果表明:与1C1G和2C1G纤维布相比,1C2G单向纤维布呈现出更为理想的分级破坏形式,应力传递更稳定;在碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板体系中,1C2G复合板延性优越,最大延伸率达1.68%;与碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板相比,含有尼龙纤维的混杂纤维树脂板在拉伸过程中具有下降段,延性效果改善良好,但抗拉强度偏低;环氧树脂在复合材料中进行应力传递和重分配,有效提高了复合材料的整体受力性能。

玻璃纤维三维机织物增强复合材料棒材的研制与其拉伸性能研究

以玻璃纤维为原料 ,在普通平面织机上试织成功了不同纤维体积比的圆形截面三维机织物 ,并采用手糊成型工艺 ,用 61 0 1环氧树脂和 65 0聚酰胺树脂体系做基体 ,制得了圆形截面三维机织物增强复合材料棒材 。

铸态硅酸铝短纤维/ZL109 复合材料性能的实验研究

比较了铸态硅酸铝短纤维／ＺＬ１０９复合材料与ＺＬ１０９合金的机械性能，磨损性能及摩擦性能．结果表明，由于硅酸铝短纤维的加入，使抗拉强度提高４５％到１倍以上，抗压强度提高５０％到１倍以上，磨损性能提高，摩擦系数下降，且随着纤维含量的增加，复合材料的性能也随着提高．

金属纤维强化铝合金复合材料界面对其纵向拉伸性能的影响

本文测定了复合材料界而层—纵向拉伸性能关系曲线.结果表明,当脆性层厚度大于10μm 时,开始起到强化效果;厚度为25μm 时强化达到峰值.用 SFM 考察了界面层的强化规律机理.

试样厚度对碳纤维复合材料拉伸力学性能的影响

本文对两种不同厚度的碳纤维复合材料进行了力学性能试验,并对其断裂过程及性能进行了对比分析。结果表明:厚度为1.40 mm的碳纤维复合材料比厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料力学性能优越,其断裂后的纤维股比较细,纤维股完全发生断裂,贡献出其所有的应力;而厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料断裂后的纤维股都比较粗,纤维辅层之间未能完全发挥到其极限应力。厚度为1.40 mm的碳纤维复合材料比厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料的抗拉强度平均提高了65%;弹性模量提高了8.8%;延伸率提高了0.5%。

聚酰胺6帘线/天然橡胶复合材料中纤维体积含量对拉伸性能的影响

纤维体积含量是决定纤维增强复合材料各项力学性能的一个重要的参数。本文通过理论分析和实验.就纤维体积含量与聚酰胺6(锦纶)帘线/天然橡胶复合材料的拉伸强度、拉伸模量的关系进行了研究.得到了纤维体积含量的理论下界极限和上界极限以及许用的上界极限。实验结果提供了有关参数和影响因素,这将对聚酰胺6帘线/天然橡胶复合材料的细观力学设计提供依据。

湿热环境对AC318/S6C10-800复合材料拉伸性能的影响

拉伸性能是复合材料层合板的基本力学性能,研究湿热环境对玻璃纤维复合材料拉伸性能的影响可以为复合材料工程应用提供重要参考。开展了不同湿热环境下的AC318/S6C10-800复合材料拉伸性能研究,分析了环境对AC318/S6C10-800复合材料弹性模量及拉伸强度的影响。研究结果表明,低温干态环境下强度性能数据相对室温环境略高,70℃湿态环境下强度性能最低,随着试验温度的升高,0°拉伸强度、90°拉伸强度基本呈线性下降趋势。研究结果为AC318/S6C10-800复合材料工程应用提供参考。

二维二轴单向编织铺层复合材料拉伸性能的研究

提出了一种新型的二维二轴单向编织结构,研究了编织角和纤维体积分数的变化对该种结构复合材料拉伸性能的影响,并结合编织结构的特点分析了试样在拉伸破坏过程中的裂纹扩展模式。结果表明,上述编织复合材料的拉伸强度随纤维体积分数的增加而增加,但编织角的小幅度变化对拉伸性能影响较小。受编织结构的影响,试样内部在拉伸载荷作用下形成了两种分布规律的裂缝,层内裂缝沿样品厚度方向延伸,相邻铺层内的裂缝没有构成连续的扩展;层间裂缝沿着层与层的接触面延伸,表现为层间分层效应。二维二轴单向编织铺层复合材料内部裂缝的扩展模式综合表现为由上下铺层逐层向中心铺层扩展。本文的研究结果对于该类结构材料的设计与应用具有一定的指导意义。

氢化羧基丁腈橡胶复合材料的制备及阻尼吸声性能

以氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)/四孔中空涤纶短纤维(FHHPF)(质量比)为70/30的HXNBR/FHHPF(HF)复合材料作为基体,加入小分子AO-2246后制得了一系列HF/AO-2246(HF/2246)复合材料,并对该系列HF/2246复合材料的阻尼性能、吸声性能和拉伸性能进行了探究。结果表明,随着AO-2246用量的增加,HF/2246复合材料的阻尼性能得到提升。FHHPF的存在促使HF/2246复合材料中形成一种纤维-氢键网络结构,从而使得复合材料具有一定的吸声性能,通过优化AO-2246和FHHPF的用量最终可赋予其较优的阻尼吸声性能。当AO-2246质量分数为30%时,HF/2246复合材料吸声系数的最大值为0.392,吸声系数大于0.2的有效频域为2050~2500 Hz,损耗因子的最大值为1.40,玻璃化转变温度为24.4℃。同时,HF/2246复合材料的拉伸性能也发生了显著的变化,拉伸强度较高,为25.38 MPa,且HF/2246复合材料变形较大,扯断伸长率为49%。

含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力场的二重双尺度方法

提出了计算含界面相的单向纤维增强复合材料三维应力的二重双尺度方法。在性能预报方面,首先对界面相和纤维进行均匀化得到均匀化夹杂,然后对均匀化夹杂和基体进行均匀化得到宏观均匀材料;在应力场描述方面,从宏观均匀场出发,利用双尺度渐近展开技术经过两次应力场传递,依次得到单胞和应力集中区域的应力场。与有限元方法相结合,计算了宏观轴向均匀拉伸载荷条件下含界面相的单向纤维增强复合材料的三维应力场分布。数值结果表明在此载荷条件下最大应力发生在每根纤维的中截面内,靠近纤维与界面相的交界处。讨论了界面相性能对应力场分布的影响,结果显示纤维、界面相与基体力学性能的等差过渡有利于缓解纤维在界面附近的应力集中。

Ni-Co-P多元合金镀覆碳纤维增强Cu基复合材料的性能及断裂机制

采用无钯化学沉积法在碳纤维(CF)表面沉积厚度约0.7μm、成分可控的Ni-Co-P合金镀覆层,并通过热压烧结工艺在850℃、30 MPa真空条件下分别制备纤维增强体体积分数为10%、20%、30%和40%的Ni-Co-P镀覆CF增强铜基复合材料CF/Cu(Ni-Co-P)、30%未修饰CF增强铜基复合材料CF/Cu和30%Ni镀覆CF增强铜基复合材料CF/Cu(Ni)。通过能谱仪、扫描电镜对CF/Cu(Ni-Co-P)中增强体及界面相元素分布、断口形貌进行观察,并采用电子万能试验机对复合材料拉伸性能进行测试。结果表明:在70℃水浴条件下沉积10 min可在CF表面获得厚度均匀、表面平整的Ni-Co-P多元合金镀覆层。CF/Cu(Ni)复合材料拉伸性能随着纤维含量的升高呈先提升后降低的趋势,30%CF/Cu(Ni-Co-P)复合材料的抗拉伸强度和屈服强度最高。在增强体含量相同条件下(30%),CF/Cu(Ni-Co-P)复合材料的力学性能明显优于CF/Cu(Ni)和CF/Cu复合材料,断裂机制为非积聚型失效。