基于MMF理论的碳纤维单向带复合材料细观强度的计算方法

针对单向带复合材料结构的承载能力和损伤失效特点,基于微观力学失效(MMF)理论对单向带复合材料的失效机制及损伤过程进行分析和预测,提出了一种确定单向带复合材料细观强度的跨尺度分析计算方法。以T300碳纤维/环氧树脂单向带复合材料为研究对象,首先建立单向带复合材料的细观尺度代表体积单元有限元模型,并采用应力放大因子方法实现单向带复合材料的宏观应力与细观应力的转换;然后结合单项带复合材料的宏观强度实验结果,设计单向带复合材料细观强度参数的求解流程,确定单向带复合材料的纤维及基体组分的细观强度。对于碳纤维/环氧树脂单向带复合材料,采用跨尺度分析计算方法可以得到碳纤维和环氧树脂基体各关键点所承受应力的极大值,其结果可用于单向带复合材料结构的疲劳强度预测。

高性能碳纤维复合材料自动铺放技术研究进展

高性能先进树脂基碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、比模量高和抗腐蚀、抗高温等诸多优异性能,已经成为现代航空航天飞行器结构件制造中不可或缺的主要材料,其应用水平成为了衡量先进性的重要指标之一。如今,不断提升复合材料的制造技术和应用水平,是实现航空器结构轻量化、高强度化和功能化以及低成本化的必然趋势。本文主要从航空复合材料自动铺放技术及设备发展历程切入,对自动铺带技术和自动铺丝技术、自动铺放轨迹规划设计、自动铺放工艺参数研究和自动铺放软件系统发展及其应用情况进行了概述。首先,重点剖析了自动铺放技术及设备发展历程,探讨了自动铺放轨迹规划设计路径算法优化迭代研究,梳理了碳纤维复合材料自动铺放成型工艺控制及影响因素。然后,分析和阐明了自动铺放轨迹规划设计和运动仿真软件系统开发历程和现状,概况了国内外自动铺放技术现阶段存在的技术难点。最后,对我国碳纤维自动铺放技术和装备在未来可能的研究发展方向进行了展望,为加快国内高性能复合材料结构件制造能力建设提供参考。

碳纤维单丝带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用

将连续碳纤维束用空气梳分散成单丝状的长带,经60%硝酸进行表面氧化处理后用作酚醛树脂复合材料的增强材料。用红外光谱、扫描电镜等表征复合材料的微观结构,通过力学性能测定发现,与连续的碳纤维束增强相比,单丝带增强复合材料的弯曲强度提高了1倍,层间剪切强度(ILSS)提高了2倍,但冲击强度有所降低。结果表明,碳纤维经过表面氧化和丝束分散的处理后,能有效地提高其与复合材料中树脂基体的结合性能。

碳纤维带电热技术的试验研究

提出了一种基于碳纤维带的新型室内地暖电热系统,并介绍了电热板的设计思路、试验模型和建造过程,得到了试验结果.试验通过将三条宽度为50mm,间距为200mm的碳纤维带预埋在水泥砂浆中构成电热板,检测不同位置温度随时间的变化和系统能耗,以获得系统的电热性能.结果表明:电热系统升温迅速,平均升温速率能达到1.83℃/min.竖直方向的温度变化梯度远大于水平方向温度变化梯度.碳纤维带电阻稳定性较好,地暖反射膜和保温板的隔热效果良好,温控装置对减少能耗成效显著.

连续碳纤维增强PA66复合材料的结晶与力学性能

采用熔融浸渍法制备了连续碳纤维(CF)增强聚酰胺66(PA66)浸渍带,用万能材料试验机、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、动态热力学分析以及热重分析仪等研究了纤维含量对复合材料结晶与力学性能的影响。结果表明,CF的加入改变了PA66的α晶型的晶态结构,促进PA66异相成核,导致结晶温度升高;CF的加入使得PA66的双重熔融现象变得愈加明显,其高温熔融温度先减后增,这是由于CF对PA66具有诱导、促进成核作用,过多的晶核生长不完善,出现晶粒细化现象,其熔融温度降低;进一步增加纤维含量,其对成核的促进作用达到了饱和,晶粒逐步生长趋于完善,其熔融温度升高;浸渍带随着纤维含量的增加,其拉伸强度、储能模量、损耗模量以及玻璃化转变温度都有所提高。

预应力碳纤维带快速加固空心板的试验研究

体外锚固预应力碳纤维带加固是一种基于波形齿夹具锚(简称波形锚)的主动预应力加固技术,它采用非粘贴的、预制的、现场安装和张拉FRP片材的技术,施工速度很快。为了模拟实际桥梁的加固,特别寻找了1片废弃的10 m的预应力混凝土空心板梁进行快速加固试验。试验中对预应力张拉过程进行了测试,也对预应力损失进行了约7 d的观测,结果表明在张拉完成后3 h内预应力损失稍大,以后就非常微小,一条碳纤维带的有效预拉力达150 kN左右。最后也对空心板进行了加载试验,试验结果表明碳纤维带的强度发挥较充分,使得加固效果得到很大的提高。

碳纤维(T700)/聚三唑树脂预浸带的储存性能表征与质量控制

利用红外光谱、液相色谱等分析技术研究了碳纤维(T700)/聚三唑树脂预浸带在不同储存时间与条件下物理化学特性的变化规律。结果表明,预浸带的树脂相对分子质量、不可溶分含量及三唑环含量会随着时间的增加而增加,而挥发分含量则降低;碳纤维(T700)/聚三唑树脂预浸带应在冷藏或冷冻环境下储存,以延长预浸带的使用期,满足大型构件制备要求。

国外功能纤维近期动向

简述了2011年特别是下半年国外某些功能纤维的新发展。在纳米纤维和碳纳米管方面,介绍了7家公司和大学的新技术、新产品和新设备。在新型功能纤维制品方面,介绍了永无病毒纺织品、抗病毒炭布、可穿着水下传感器、吸热性能智能纤维、热敏绷带和新型导电纤维。在功能性非织造布方面,介绍了熔喷法超细纤维、超吸水纤维和隔热透光纤维。最后介绍日本3家中空纤维分离膜公司来华兴建合资企业情况。

碳纤维带电热地暖热性能的优化分析

碳纤维带电热地暖是一种新型室内地暖,而碳纤维带的布置形式直接决定了地暖的耗能情况和用户的舒适度.该文通过改变碳纤维带的布置方式,测试电热装置电热性能.运用通用有限元软件ANSYS建立三维模型,对该电热装置的电热性能进行数值模拟分析,并通过与试验数据的对比,验证有限元模型的准确性.通过改变碳纤维带宽度和间距两个参数,得到不同碳纤维带分布形式,并对其电热性能进行模拟对比分析.结果表明:改变碳纤维带的连接方式,可以有效地改变其电阻,控制电热装置的产热效率;采用50mm宽碳纤维带均匀间隔50mm的布置方式,表面温度分布均匀,采暖效果良好.

小型表贴式永磁电机不同护套性能差异仿真分析

提出采用玻璃纤维取代碳纤维用于小型表贴式永磁电机护套的方案,为此对一款实际生产中额定功率为11 k W、额定转速为6000 r·min^(-1)的小型表贴式永磁电机转子的保护工艺进行了研究.基于有限元法,采用Ansys软件分别对玻璃纤维无纬带和碳纤维2种护套材料进行转子结构强度和温度场仿真.结果表明,碳纤维护套的保护效果优于玻璃纤维护套,但玻璃纤维护套的散热性好于碳纤维护套,2种护套均能保证测试电机的结构安全.基于以上结果并考虑材料成本和工艺难易程度,认为采用玻璃纤维护套性价比更高.

连续碳纤维增强聚乳酸复合材料的研究

采用自行设计组装的熔融浸渍流水线,以聚乳酸(PLA)为基体,连续碳纤维(CF)为增强体,制备连续碳纤维增强聚乳酸(CCF/PLA)预浸带。研究了加工温度、张紧力、牵引速度以及纤维含量对预浸带拉伸强度的影响。结果表明:在实验范围内,加工温度为220℃、张紧力为11 N、牵引速度为4 r/min时,预浸带拉伸强度最高,且拉伸强度随加工温度及纤维含量升高而增大。

影响碳纤维单向带复合材料拉伸强度的因素分析

本文从加强片材料、加强片角度、加强片长度、胶接、铣切、测试等因素分析影响碳纤维单向带复合材料(简称单向带)拉伸强度的原因,通过试验,表明在现有的胶接工艺体系下,保持材料试验机的对中性,加强片材料、加强片角度、加强片长度对拉伸强度影响不大,而铣切环节对拉伸强度影响很大,改善现有的铣切技术条件,可以显著提高单向带拉伸强度的测试结果。

炭纤维预浸带表面状态的影响因素及改进机理研究

通过对不同结构预浸带的对比研究，得出了具有良好表面状态单向预浸带所具有的结构，并且从微观上研究了纤维与树脂的结合方式，得出了影响其表面状态的原因。通过对树脂体系的改进，使纤维能够处于树脂体系的交联结构之中，提高了横向撕裂强度，从而改进了单向预浸带的表面状态。

不同工艺参数对自动铺带碳纤维层压板的性能影响

本文以采用自动铺带技术铺贴,并进行热压罐固化的碳纤维复合材料层压板作为研究对象,通过对自动铺带过程中的铺贴间隙、铺贴压力、施压参考面的选择、铺贴温度以及铺放过程中是否采用真空预压实等工艺参数进行系统试验,研究了不同工艺参数对层压板力学性能及面孔隙率的影响。

短纤纺技术用于处理碳纤维的可能性

短纤维技术为处理拉伸断裂的或再利用的碳纤维提供了多种可能,尤其是与可能的低成本原料混合生产时,在纱线细度和纱线结构方面能体现出高度灵活性,着重体现了短纤维技术在碳纤维复合材料大批量生产中的潜能。材料参数可根据应用优化。新的短纤加工技术(如扁丝生产)比传统技术具有更多优势,如通过一项处理可缩短纺纱时间,或在后续加工中提高生产效率。除短纤维产品的经济优势外,应用领域中许多优化材料性能的机会也逐渐显现。

基于碳纤维胶带的自控除冰雪技术在美国的研究应用

为了减少传统除冰方法对路面和环境的损害,充分利用新型材料的优越性能,解决寒冷地区冬季道路和桥面因雨雪结冰而造成的交通不便问题,介绍了一种新型热力融雪防冰技术——基于碳纤维胶带的自控防冰雪技术。阐述了碳纤维胶带加热板的设计,融雪防冰路段的建造设计,系统运营性能和成本分析,以及用于控制系统的两种自动控制器的设计和能耗分析,并提出进一步研究建议。现有研究表明,基于碳纤维胶带的除冰雪技术具有能效高和安装成本低的优点,且其控制系统若使用自动控制器更优于手动控制。基于碳纤维胶带的自控除冰雪技术提高了路面的使用寿命,同时具备环境友好性,为道路融雪防冰技术提供了一个发展新途径,未来应用前景十分广阔,可以为其在我国道路和桥面防冰技术的研究应用提供参考。

碳纤维/聚醚醚酮单向带各向异性导电行为的尺度效应

具有导电各向异性的高分子复合材料(ACPCs)在场发射装置及传感器设计领域具有重要应用。常规的ACPCs很难获得超大导电各向异性系数,且力学性能有限。本文采用碳纤维(CF)宽展、表面浸润与树脂复合一体化超薄热塑性单向带制备方法,制备厚度为0.04 mm和0.1 mm的CF增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料单向带,以PEEK纤维为纬线制备CF/PEEK复合材料单向编织布,采用热成型工艺制备CF/PEEK复合材料单向层合板。利用数字万用表和霍尔效应系统测试层合板面内及厚度方向的电阻率和面内的电子迁移率;采用超景深显微镜观察CF/PEEK复合材料单向层合板面内和厚度方向的纤维排列形貌。结果表明,超薄CF/PEEK复合材料单向层合板面内(纤维方向与横向)导电率之比高达377,而面内横向和厚度方向的导电率之比接近1,表明CF/PEEK复合材料获得了良好的横观各向同性;超薄化CF/PEEK复合材料的面内电子迁移行为同样具有巨大的各向异性,这一结果为CF/PEEK复合材料在场发射器件、传感器设计及其灵敏度调控方面提供了实验基础。