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。

单向带/平纹布混杂铺层层合板极限强度研究

单向带/平纹布混杂铺层方式常用于复杂复合材料结构的制备,对其极限强度进行研究具有重要的工程应用价值.把三维有限元方法和优化设计思想结合起来,建立了一种复合材料极限强度分析方法,该方法可基于通用有限元分析软件ANSYS实现.为验证该方法的有效性,实验制备了单向带/平纹布混杂铺层层合板进行了拉伸和压缩实验.结果表明该方法用于混杂铺层层合板极限强度预测,最大偏差在15%以内,满足工程应用要求.

石英纤维单向编织扁带的结构与性能

为了提高天线罩织物的性能,提出一种编织定位方法,以27 tex石英纤维为编织纱,以190 tex石英纤维为轴纱,研制了单向编织扁带.采用岛津万能材料试验机对不同编织工艺参数的单向编织扁带试样进行拉伸性能测试,对比单向编织扁带与合股纱线的断裂强度,分析扁带的拉伸断裂机制.结果表明:单向编织扁带外观均匀,结构稳定,纤维强力利用率高,与合股纱线相比,单向编织扁带的厚度更薄,织物的厚度减小了1/3,织物断裂强度更高,可以替代合股纱线进行织物的织造,提高织物性能.试验结果表明:最优的编织工艺参数为轴纱双合股,编织角为13°.

连续玻璃纤维增强聚丙烯复合板材的制备及性能

以连续玻璃纤维为聚丙烯树脂的增强材料,通过熔融浸渍法制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯单向预浸带,然后将单向预浸带经热压成型制得连续玻璃纤维增强聚丙烯层合板。采用扫描电子显微镜对单向预浸带进行了表征,考察了玻璃纤维含量、增容剂用量和克重等对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的外观形貌、力学性能和结合牢度的影响。研究结果表明:在一定范围内,增加玻璃纤维含量可以提高复合材料的力学性能,当玻璃纤维含量达到65%时,复合材料的力学性能达到最优,继续增加玻璃纤维含量,树脂则难以充分浸渍玻璃纤维,两者结合较差,复合材料的外观变差、力学性能也会明显下降;当增容剂用量从0增加到2.5%时,复合材料的界面结合强度明显改善,力学性能也有较大提高,但进一步提高增容剂用量对复合材料力学性能的改善效果就不明显;随着克重的增大,复合材料的拉伸和弯曲性能下降,但抗冲击性能却有所提高;热氧老化对复合材料的力学性能影响较大,使复合材料的力学性能明显下降。

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。

连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究

为了满足轨道交通的阻燃要求,通过熔融浸渍的方法制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯阻燃型单向预浸带,并通过热压成型的方法生产出实心板。探究了不同含量的膨胀型阻燃剂和玻璃纤维对复合材料的阻燃性、热稳定性和力学性能的影响。结果表明,在玻纤含量为60%、阻燃剂添加量为45%的情况下,复合材料可以达到UL94标准下1.6 mm的V-0阻燃级别,并且氧指数达到40%。在此条件下,复合材料与未加玻纤的材料热重相比,失重温度提高了18℃,且残炭率提高了40.34%。复合材料的拉伸强度达到261.05 MPa,拉伸模量达到15.6 GPa,弯曲强度达到302.21 MPa,弯曲模量达到14.5 GPa,剪切强度达到225 MPa,冲击强度达到225 kJ/m^(2)。复合材料优良的综合性能为连续纤维增强热塑性复合材料的发展前景奠定了坚实的基础。

单向玻纤预浸带增强聚乙烯复合管力学性能研究

用光学显微镜观察了单向玻纤增强聚乙烯(UGF/PE)预浸带的横观形貌,对UGF/PE预浸带复合材料进行了不同方向的三点弯曲、短梁剪切及拉伸强度测试。采用高密度聚乙烯(HDPE)为内衬管,UGF/PE预浸带为增强材料,±57°缠绕工艺制备了复合管。对缠绕带材前后的管道进行了环刚度及短期爆破强度性能测试。用3种不同的方法计算了复合管的短期爆破强度。结果表明:对于不同力学测试,沿纤维方向所得到的强度和模量比垂直纤维方向的强度和模量大;增强后的复合管环刚度及短期爆破强度增加明显;用网络理论计算的短期爆破强度结果与实测结果接近。

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。