Mechanical Properties of Mo Fiber-reinforced Resin Mineral Composites with Different Mass Ratio of Resin and Hardener

Mo fibers were added to RMC with different mass ratios of resin and hardener to improve its mechanical properties. The influences of fiber surface state and hardener content on interface bonding strength and mechanical properties of RMC were studied, respectively. Furthermore, strain values of typical measuring points on samples of Mo fiber reinforced RMC(MFRRMC) under different loads were obtained by experiments and finite element analysis. The experimental results prove that scrap Mo fibers can improve interface bonding strength and mechanical properties of RMC better than new smooth Mo fibers because of the discharge pits randomly distributed on the surface of scrap fibers. With the decrease of hardener content, not only interface bonding strength between fiber and matrix, but also compression and flexural strength of MFRRMC increase firstly and then decrease. The properties are best while the mass ratio of resin and hardener reaches 4:1. It is indicated that finite element calculation data basically agree with experimental data by comparison of strain values on typical measuring points, which can provide an important intuitive reference for successive study on other mechanical properties of MFRRMC, validating the correctness of simulation method as well.

纤维增强树脂矿物复合材料的细观力学特性及损伤机理

纤维增强树脂矿物复合材料因优异的力学性能得到广泛应用,但有关材料损伤机理的研究仅停留在宏观层面,较少关注损伤过程中材料的细观力学特性和微裂纹演化规律。针对这一问题,基于颗粒流离散元技术建立了纤维树脂矿物复合材料的细观模型,分析了材料应力-应变曲线的变化规律,揭示了材料的微裂纹萌生扩展机制和其破坏失效形式。结果表明,相比于树脂矿物复合材料,纤维增强树脂矿物复合材料的抗压强度更高,起裂应力和损伤应力更大;骨料颗粒形状对纤维的增强增韧作用影响较小;纤维对树脂矿物复合材料具有增韧阻裂的作用。研究从细观角度揭示了纤维增强树脂矿物复合材料的损伤性能,能够为该材料的推广应用提供指导。

基于扩展有限元方法的自愈微胶囊和基体力学性能适配的研究

微胶囊自修复树脂矿物复合材料作为一种自愈合智能材料得到了广泛的应用。微胶囊及时开裂,释放愈合剂从而修复基体中产生的微裂纹,是确保其自愈性能的关键。本工作基于扩展有限元方法结合内聚力模型,分析在不同偏置裂纹下微胶囊和环氧树脂基体之间的力学性能配比以及界面性能对裂纹扩展路径和微胶囊可裂性的影响。研究结果表明:(1)裂纹的扩展路径主要取决于微胶囊与基体的断裂性能配比,而弹性性能配比起次要作用。(2)当界面具有足够的粘结强度时,相对于断裂韧性配比,微胶囊与基体的断裂强度配比是影响微胶囊开裂的主要因素。(3)裂纹的偏置距离越大,裂纹越容易发生偏转,微胶囊越不容易开裂。(4)界面缺陷的存在有利于界面裂纹的产生,不利于微胶囊的开裂。研究结果可为自修复材料在工程中的应用提供理论依据。

废树脂辐解气体对普通硅酸盐水泥矿物成分影响的热力学分析

水泥的矿物相成分及含量是影响水泥固化体性能的关键因素,本文基于热力学吉布斯自由能最小化方法,采用GEMS软件研究了废树脂辐解产生的H_(2)、CH_(4)、CO_(2)3种气体对普通硅酸盐水泥矿物相组成和矿物相总体积的影响。结果表明:仅有少量H_(2)和CH_(4)与水泥水化产物反应,造成高Ca/Si的矿物相溶解,矿物相的总体积基本稳定;辐解产生的CO_(2)会先与水泥水化产物中的羟钙石反应,羟钙石完全溶解后,硅酸盐矿物开始溶解,最后形成由大量碳酸盐和少量黏土矿物组成的体系,矿物相的总体积减小。本研究结果揭示了废树脂辐解产生气体引起水泥固化体降解的演变规律及机制,可为废树脂水泥固化体处置安全评价提供数据支撑。

无机层状矿物/聚合物高吸水性复合材料

综述了无机/聚合物高吸水性复合树脂的吸水机理,介绍了几种典型的无机层状矿物,重点对近年来通过添加不同无机层状矿物以改进聚合物高吸水性树脂性能研究进展进行了概述。最后对其发展方向进行了展望。

基于分形级配的树脂矿物复合材料骨料尺寸效应研究

作为树脂矿物复合材料的主要受力单元,骨料的级配设计与不同粒径骨料所对应的尺寸效应影响复合材料的整体力学性能。基于粒子干涉理论提出了一种最优级配控制筛孔的确定方法,根据分形理论进行相应的配比调整,形成有效的骨料尺寸效应评价参数。建立了简化的骨料微观应力传递模型,并仿真分析了骨架强度的变化趋势,基于树脂矿物复合材料典型试样的抗压强度测试验证了上述理论的合理性。骨料级配实验结果与仿真分析结果基本吻合,合理地增大骨料粒径在提高材料物理机械性能的同时可有效降低树脂用量。

混合纤维增强树脂矿物复合材料研究

为了研究作为精密机床床身基础构件的混合纤维增强树脂矿物复合材料的性能,以钢纤维质量分数、丝瓜络纤维质量分数、钢纤维长径比为考察因素,采用正交试验设计方法开展16组钢–丝瓜络纤维混合增强树脂矿物复合材料试件压缩强度与阻尼比测试试验。结果表明,钢纤维质量分数对材料压缩强度的影响最大,丝瓜络纤维质量分数对材料阻尼比的影响最大。随着丝瓜络纤维的添加,试件压缩强度与阻尼比均出现先增大后减小的趋势,当丝瓜络纤维质量分数达到0.1%时,试件的压缩强度为98.095 0 MPa,阻尼比为0.172 7。钢纤维添加量与试件压缩强度呈线性递增趋势,且当钢纤维质量分数达到0.4%时,试件阻尼比达到最大值,为0.170 7,当钢纤维质量分数为0.8%时,试件的整体性能最优。当钢纤维长径比为60时,试件的压缩强度为100.063 0 MPa,阻尼比为0.170 9。混合纤维增强树脂矿物复合材料的最佳组分为:丝瓜络纤维质量分数0.1%,钢纤维质量分数0.8%,钢纤维长径比60。

微波辐射制备有机-无机复合高吸水树脂研究进展

综述了微波辐射条件下膨润土型、蒙脱土型、凹凸棒土型、海泡石型、沸石型、杭锦土型等复合型高吸水树脂制备的研究进展,关注了乙烯基单体聚合过程对矿物黏土结构造成的影响。分析了微波辐射条件下制备有机-无机复合高吸水树脂研究的发展趋势,即微波来源正规化,矿物类型多样化,通过多元复合来提高吸水树脂的综合性能等。

树脂矿物复合材料加工中心床身静动态特性的研究

以某加工中心床身为研究对象,分别对由树脂矿物复合材料和铸铁材料制造的加工中心床身进行静动态特性分析。利用ABAQUS软件对两种床身在承受相同载荷条件下的变形进行了分析,研究了两种床身的固有频率和固有振型,并分析比较了是否考虑阻尼特性时两种床身的谐响应分析结果。结果显示:两种材料床身在静刚度接近的情况下,使用树脂矿物复合材料制作加工中心床身能有效提高床身的固有频率,并明显降低床身在受到外界激励时的动态响应。分析结果证明:采用树脂矿物复合材料制作的加工中心床身具有更好的动态特性,用树脂矿物复合材料作为机床床身有其独特的优点。

释放负离子的PVC糊树脂/天然矿物复合材料的研究

将具有李泽冈环的天然矿物六环石进行表面处理后,与PVC糊树脂及助剂混合制备了PVC糊树脂/天然矿物复合材料。通过热失重曲线考察了六环石的热稳定性,用SEM观察了六环石在PVC糊树脂中的分散状况,用空气离子测试器测试了复合材料的负离子释放能力。结果表明,六环石的热稳定性良好,分解温度在600℃以上;六环石在PVC糊树脂中的分散状况良好,粒径多数在400 nm左右,微粒为类球形,与基体树脂界面结合良好;当六环石含量为3%(质量分数,下同)时,复合材料释放空气负离子的浓度可超过1 500个/cm3,达到了世界卫生组织规定的标准。

复合材料结构的界面振动能量传递损耗研究

机床在工作过程中会产生振动,严重影响机床的加工精度,需要有一种新型高阻尼材料来代替传统的机床床身材料,为此,对不同骨料厚度的树脂与骨料复合结构的界面振动能量传递损耗进行了研究。首先,结合应力波理论,构建了树脂、骨料以及树脂与骨料复合材料的数学模型和应力波能量计算方法;然后,通过两端自由摆锤冲击实验,测得了应力波输出端试件截面质点的振动位移曲线,基于振动位移曲线拟合得到了模型的参数;最后,利用平面简谐波传播的衰减系数,对输入端截面质点的振动位移曲线进行了指数放大,得到了输入端质点的振动位移曲线;通过应力波输出端和输入端试件截面质点振动位移曲线,计算得到了应力波传播的能量损耗。研究结果表明:随着骨料厚度的增加,复合材料的界面振动能量传递损耗先增大后减小,当骨料含量在25%~50%之间时,复合材料界面振动能量传递损耗较高;因此,在实际制备高阻尼、减振良好的树脂矿物复合材料时,骨料系统占整体的体积含量应该尽可能控制在25%~50%之间。

树脂矿物复合材料磨床床身动态特性的研究

以某磨床床身为研究对象,运用ANSYS有限元软件进行铸铁以及树脂矿物复合材料两种床身的模态分析和模拟计算,分别得到它们的前四阶固有频率和与之相对应的振型,并分析出由树脂矿物复合材料铸造的床身相对于铸铁床身的优点。

钼纤维含量对机床用树脂矿物复合材料力学性能影响

树脂矿物复合材料(RMC)以其优良的阻尼减振性能在机床床身等基础件方面应用越来越广泛。采用在RMC中加入不同质量分数的钼纤维提高其力学性能,通过单因素试验研究纤维含量对RMC抗压、抗弯强度的影响规律,并通过有限元模拟分析、验证实验结果。研究结果表明,随着钼纤维含量的增加,RMC的抗压、抗弯强度先增大后减小。当钼纤维含量占RMC试样总质量的1.2%时,既可以保证产生足够的界面结合力,又能有效避免纤维结团现象,达到最佳增强效果。其抗压、抗弯强度最大值分别达到147.2 MPa、37.6 MPa,比无纤维增强的RMC分别提高了19.7%、31%。

基于PFC3D的机床床身用树脂矿物复合材料损伤性能细观研究

为研究机床床身用树脂矿物复合材料在典型工况下的损伤演化过程、破坏失效形式,基于颗粒流数值模拟技术(Three-dimensional particle flow code,PFC^(3D)),考虑级配和随机骨料形状,建立了包含骨料、界面过渡区、树脂基质、孔隙的树脂矿物复合材料四项介质离散元模型。结合机床典型工况下的受力情况,研究了树脂矿物复合材料损伤演化过程及裂纹分布规律,并从细观角度研究了裂纹萌生、扩展、贯穿的形成机制。研究结果表明:(1)树脂矿物复合材料损伤演化过程可以明显分为四个阶段;(2)骨料与树脂基质的界面过渡区首先起裂,并在与加载平行且无大骨料支撑的薄弱位置出现试件的压溃现象。该项研究为树脂矿物复合材料作为机床基础件材料的损伤性能细观研究提供参考依据。