纬密变化对碳纤维/芳纶混编增强酚醛树脂材料弯曲性能的影响

以碳纤维和芳纶纤维为原料制备了三维四层浅交弯联机织物,将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,并与浅交弯联机织物以1∶1(wt,质量比)的比例进行复合成型,制成三维浅交弯联复合材料。通过改变织物的纬密获得3种浅交弯联机复合材料,探究不同纬密对复合材料在经纬向弯曲性能的影响。结果表明,复合材料的经向弯曲强度先减小后增大,纬向弯曲性能先增大后减小。在纬密相同的条件下,纬向弯曲强度和模量均大于经向。复合材料中的纬密变化会影响预制体的经纱状态,织物孔径和最后与树脂复合的状态从而影响复合材料的弯曲性能。     

2.5维碳纤维机织酚醛树脂基摩擦材料的力学性能

以碳纤维为原料,设计织造碳纤维体积含量约50%的浅交弯联和深交联两种典型的2.5维(2.5D)机织物,优选基体材料组分和配方,采用溶液浸渍、真空辅助相结合的成型工艺,制备出新型2.5D碳纤维机织物酚醛树脂基摩擦材料。测试了预制体的密度、摩擦材料的孔隙率和密度;研究了摩擦材料弯曲、剪切性能,并分析其细观形态及破坏机理。结果表明:浅交弯联碳布密度为0.79g/cm3,深交联碳布密度为0.84g/cm3;对应的复合材料密度分别为1.44和1.37g/cm3。相同碳纤维体积含量的深交联摩擦材料的孔隙率略大于浅交弯联。在纤维体积含量相同的情况下,相较于浅交弯联摩擦材料,深交联结构具有较大的剪切强度和抗弯强度;而在弯曲载荷作用下,浅交弯联摩擦材料表现为缓慢破坏,具有较好的稳定性。     

预固化工艺对玻璃纤维/环氧树脂复合材料界面及弯曲性能影响

以2400tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量配合比3∶1的比例组成树脂体系,使用真空灌注成型的方法制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料。真空灌注后,将模具与未固化成型的复合材料进行不同时长的预固化处理,制备出预固化工艺不同的三维浅交弯联机织复合材料。通过万能强力仪、扫描电子显微镜对该复合材料的弯曲力学性能及破坏断面微观形貌进行考察,分析不同的预固化工艺对复合材料界面及弯曲性能的影响。实验结果表明:当预固化时间为120min时,制得的复合材料弯曲强度达到675MPa,弯曲强度较传统恒温热固化工艺提高了75.8%,改善效果较为明显。     

预制体表面处理对复合材料低速冲击后剩余强度的影响

以2400tex无捻玻纤粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,以30wt%的硅烷偶联剂水溶液作为表面活性剂,对玻璃纤维预制体进行处理;以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023质量比3∶1的比例组成树脂体系,通过真空灌注成型方式制备出三维浅交弯联机织复合材料。借助万能材料仪以不同的冲击能量对复合材料进行低速冲击后再测定其冲击后剩余弯曲强度;并通过扫描电子显微镜对冲击形成的凹坑进行观察。结果表明:经过表面处理的预制体制备出的复合材料剩余弯曲强度均大于未处理预制体;且冲击造成的凹坑微观形态更加平整。     

固化方式对三维浅交弯联机织复合材料弯曲性能的影响

本文以2400tex无捻玻璃纤维粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量比3∶1的比例组成树脂体系,并将经过表面处理的预制体与树脂基体以质量比1∶1的比例通过手糊的方式复合成型。复合材料固化过程分别使用传统热固化、真空条件下热固化和微波固化三种方式进行,制备出三维浅交弯联机织复合材料。分别考察复合材料在热定型过程中的温度变化情况,复合材料的弯曲力学性能及破坏断面,比较三种方法对复合材料性能的影响。结果表明:采用微波固化方式对复合材料进行复合成型,其在升温速度、弯曲性能和纤维与树脂间的界面性能等方面均明显好于真空固化和热固化等方式。     

苎麻短纤维层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料

采用热压机层压成型工艺制备了苎麻短纤维(SRF)层间增韧碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层压板,研究了SRF的长度、面密度及其表面偶联处理对CF/EP复合材料层间断裂韧性的影响,并进一步研究了SRF的铺入对复合材料弯曲、拉伸性能的影响。研究结果表明,层间SRF的铺入明显改善了CF/EP复合材料的I型和II型层间断裂韧性(G_(IC)和G_(IIC)),当表面偶联处理的纤维长度为6mm、面密度为12g·m~(-2)时,增韧效果最佳,GIC由497.48J·m~(-2)增加到667.54J·m~(-2),提高了34.24%;GIIC由508.52J·m~(-2)增加到862.11J·m~(-2),提高了69.54%。此外,铺入SRF对复合材料的弯曲、拉伸性能也有一定程度的提高。通过SEM观察发现,SRF的增韧机制与其层间桥联以及裂纹扩展过程中从基体中拔出与劈裂等现象有关。     

铺层结构对PP/GMT片材孔隙含量和力学性能的影响

针对PP/GMT材料，研究了铺层结构对片材孔隙含量和力学性能的影响。铺层结构的变化，可使弯曲性能和拉伸性能分别提高25%和13%左右，而其抗冲击性能约下降20%，因而，改变铺层结构，可以调控材料的某些性能指标，以满足材料特定的使用场合。     

不同铺层方式下连续玻璃纤维/聚丙烯复合材料波纹夹芯板的力学性能

制备了多种铺层方式的连续玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）复合材料波纹夹芯板,并研究了GF/PP复合材料波纹夹芯板的平压性能和弯曲性能。结果显示:面板相同时,增加芯板厚度可大大增加夹芯板整体的平压性能;芯板相同时,面板的铺层方式对夹芯板的平压性能有一定影响,且面板含有0°和90°铺层的波纹夹芯板具有最高的平压模量,为59.55 MPa,而单纯增加面板厚度对提升波纹夹芯板的平压性能影响不大;面板铺层方式对弯曲性能具有较大影响,面板为0°铺层的波纹夹芯板具有最高的横向弯曲模量,为783.66 MPa,面板为90°铺层的波纹夹芯板具有最高的纵向弯曲模量,为732.09 MPa;面板为单向铺层（0°或90°铺层）时,会使夹芯板另一方向（纵向或横向）的弯曲性能形成短板。      

搭接长度和铺层方式对CFRP复合材料层合板胶接结构连接性能和损伤行为的影响

针对不同搭接长度和铺层方式的碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料层合板单搭胶接结构进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和失效形态,获得了载荷-位移曲线;同时基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则模拟了CFRP复合材料层合板的层内损伤形成和演化,并利用内聚力模型来模拟层间及胶层的失效损伤,对CFRP复合材料层合板单搭胶接结构在拉伸作用下的失效强度和损伤机制进行了预测,通过对比验证了该数值方法的有效性;通过数值试验比较不同搭接长度和铺层方式的单搭胶接结构及双搭胶接结构的连接强度和损伤行为,并提出了一种优化的CFRP复合材料层合板胶接结构。结果表明:CFRP复合材料层合板胶接结构的极限失效载荷随着搭接长度的增大逐渐增加并趋于稳定值,且结构的失效形式逐渐从胶层自身剪切失效过渡到邻近胶层的层合板层间分层失效;CFRP复合材料层合板胶接结构的连接强度和损伤行为随着铺层方式的不同而改变,通过对3种铺层方式的对比和分析,得到性能最好的铺层方式是[0₃/90₃]_2S;在搭接长度为5~20 mm时,通过对搭接长度进行优化,得到单搭胶接结构的最优搭接长度是17 mm,双搭胶接结构的最优搭接长度是19.3 mm,与搭接长度为20 mm相比,单搭胶接结构和双搭胶接结构的连接强度分别提高了13.26%和0.43%。      

氢氧化钠对玻纤/环氧树脂复合材料侵蚀及力学性能影响研究

以2400tex无捻玻纤粗纱为原料,在SGA598型三维织机上制备出一种三维浅交弯联机织复合材料预制体,以20%(wt,质量分数)的氢氧化钠溶液作为侵蚀液在60℃的温度下,以浸泡的方式对玻璃纤维预制体进行处理;以环氧树脂E51和固化剂聚醚胺WHR-H023以质量配合比3∶1的比例组成树脂体系,通过真空灌注成型的方式制备出三维浅交弯联机织复合材料。采用原子力显微镜、万能材料试验机、扫描电镜等仪器来测试与验证氢氧化钠溶液对预制体的侵蚀效果及对复合材料力学性能的影响。结果表明:氢氧化钠溶液浸泡20min玻璃纤维后,玻璃纤维间产生了粘合作用,有利于提高复合材料力学性能,复合材料弯曲强度达到最大为602MPa;超过20min后,氢氧化钠溶液的侵蚀作用破坏了玻璃纤维的结构,影响了复合材料的力学性能。     

三维机织复合材料预制体经密与弯曲性能的有限元分析

借助绘图软件PRO/E构建出不同经密的三维浅交弯联机织复合材料结构模型。使用有限元分析软件ANSYS对构建出的复合材料三维模型在位移为1mm的弯曲载荷作用下复合材料的弯曲力学性能进行模拟,并分别对纤维、树脂的应力、应变分布进行模拟,分析其弯曲破坏机理。并通过定性实验,得到了与模拟结果相同的结论,验证了模拟结果的准确性。结果表明:在1mm的弯曲载荷作用下经密为4根/cm的复合材料弯曲性能优于经密为3根/cm的复合材料;复合材料与弯曲试样接触的位置更容易发生破坏;该复合材料模型在1mm的弯曲载荷作用下破坏模式主要为树脂的破碎、纤维与树脂间的脱粘。     

CIP/GF/CF/EP吸波复合材料的制备及力学性能

为制备兼具力学性能和电磁吸收性能的结构型吸波材料,采用真空辅助成型工艺设计制备一种以羰基铁粉(CIP)为吸收剂,玻璃纤维(GF)为透波层,碳纤维(CF)为反射层,环氧树脂(EP)为基体的吸波复合材料。研究了不同质量比CIP/EP对吸波复合材料力学性能和微波吸收性能的影响。通过FTIR和DSC分析可知CIP未与EP发生化学反应。SEM结果表明CIP能够在EP树脂基体中均匀分散,不趋向于纤维表面。力学测试分析结果显示:当CIP/EP质量比达到30%时,CIP/GF/CF/EP复合材料的力学性能最佳,拉伸强度为347.56MPa,拉伸模量为25.99GPa,较纯GF/CF/EP复合材料提升了4.3%和5.7%;弯曲强度为339.6MPa,弯曲模量为23.7GPa,较纯GF/CF/EP复合材料提升了18.2%和71.2%。矢量网络分析可知复合吸波板的吸波性能随CIP含量的增加而增加,且吸波损耗反射峰值朝低频段移动。     

碳纤维/铜纤维混编酚醛树脂基摩擦材料的制备及其弯曲性能

以碳纤维和铜纤维为原料制备了三维四层深交联机织物,并将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,然后将二者进行复合成型,制成三维深交联摩擦材料。通过改变织物纬向的铜纤维含量及位置获得四种深交联机织摩擦材料,探究不同位置和含量的铜纤维对摩擦材料纬向弯曲性能的影响。结果表明:摩擦材料的弯曲性能随着铜纤维含量的增加而减小;当铜纤维处在摩擦材料预制体中间层时,会降低复合材料的弯曲性能。材料的破坏模式具体表现为树脂基体的碎裂,以及纤维的抽拔及断裂。     

原位在线监测多因素协同对玻璃纤维/环氧树脂复合材料热老化性能的影响

针对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料作为火电烟囱内衬的服役老化问题,以玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料为研究对象,用正交试验法研究温度、偶联剂含量和热流老化时间等因素对GF/EP复合材料热损伤后的质量损失率、弯曲强度和剪切性能的影响。采用金相显微图像处理法测量计算GF/EP复合材料的孔隙率,使用自主设计并搭建的原位在线监测系统对GF/EP复合材料进行测试。结果表明,不同因素对GF/EP复合材料性能的影响程度不同。偶联剂含量的增加会有限改善GF/EP复合材料的质量损失率,而温度因素对复合材料弯曲强度的影响较大,复合材料本身存在的后固化行为会影响弯曲性能的变化趋势,随温度升高弯曲强度总体下降了11.8%。GF/EP复合材料的层间剪切强度与热老化时间密切相关,16 h相比8 h热流老化后的层间剪切强度均值提高了10.2%。      

端氨基液体丁腈橡胶/环氧树脂绝缘胶黏剂的制备与性能EI北大核心CSCD

介绍了一种端氨基液体丁腈橡胶(ATBN)增韧改性环氧树脂(EP)的绝缘胶黏剂;借助红外光谱表征胶黏剂固化前后的分子结构变化;通过拉伸与T剥离强度测试表征胶黏剂的黏接性能,借助弯曲与冲击强度测试及冲击断面扫描电镜照片进一步解释胶黏剂的黏接特性;通过击穿场强、体积电阻率以及介电性能测试考核胶黏剂的绝缘性能。研究发现,ATBN分子结构中的活性基团参与了胶黏剂的固化反应;当ATBN添加量为EP的20%时,胶黏剂的拉伸和T剥离强度达到4.92 MPa和9.87 N/mm,分别较纯EP体系提高77%和98%;在此添加量下弯曲强度为113 MPa,冲击强度为18.73kJ/m^2,体积电阻率为1.54×10^(14)Ω·m,击穿场强为25 kV/mm,工频下介电常数为4.53,介电损耗为0.0148。     

三维角联锁机织复合材料经纬向剪切性能有限元分析

本文使用三维绘图软件Pro/E 5.0构建出三维浅交弯联机织复合材料在经纬向模型,借助有限元软件ANSYS分别对其施加相同大小的剪切载荷作用,通过数值模拟的方法计算出复合材料及其纤维与树脂组分的剪切应力、应变分布情况。通过对其应力、应变分布情况的分析,探究三维浅交弯联机织复合材料在经纬向剪切载荷作用下的力学行为,并预测其破坏模式。结果表明:复合材料在纬向的剪切性能好于经向;纤维作为主要承载体表现出较大的剪切应力与较小的剪切应变;复合材料在剪切载荷作用下的破坏形式主要为复合材料的倾斜、坍塌及分层、纤维的脆断、树脂的破碎及纤维与树脂间的脱粘。     

碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂三维编织复合材料薄壁圆管压溃吸能特性与损伤机制

基于三维编织成型及真空辅助树脂传递成型技术,制备了编织纱和轴纱不同混杂方式(编织纱/轴纱:碳纤维-碳纤维(CF-CF)、碳纤维-玻璃纤维(CF-GF);玻璃纤维-碳纤维(GF-CF))增强环氧树脂(EP)的三类三维编织复合材料薄壁圆管,通过准静态轴向压溃及详细的破坏断面观察,研究了纤维混杂方式对薄壁圆管的能量吸收性能和破坏模式的影响。研究发现:CF-CF/EP样品的比能量吸收值分别比GF-CF/EP大36%,比CF-GF/EP大12%。编织纱为碳纤维时(CF-CF/EP及CF-GF/EP),圆管的破坏模式均为折叠破坏模式,编织纱采用碳纤维能有效地遏制中央裂纹的轴向扩展,折叠变形的三维结构内部发生了较多细小的微观破坏。而编织纱为玻璃纤维的GF-CF/EP,破坏模式则为开花内外弯曲式,中央裂纹产生,三维结构呈现分层并向圆管内外弯曲。      

端氨基液体丁腈橡胶/环氧树脂绝缘胶黏剂的制备与性能

介绍了一种端氨基液体丁腈橡胶(ATBN)增韧改性环氧树脂(EP)的绝缘胶黏剂;借助红外光谱表征胶黏剂固化前后的分子结构变化;通过拉伸与T剥离强度测试表征胶黏剂的黏接性能,借助弯曲与冲击强度测试及冲击断面扫描电镜照片进一步解释胶黏剂的黏接特性;通过击穿场强、体积电阻率以及介电性能测试考核胶黏剂的绝缘性能。研究发现,ATBN分子结构中的活性基团参与了胶黏剂的固化反应;当ATBN添加量为EP的20%时,胶黏剂的拉伸和T剥离强度达到4.92 MPa和9.87 N/mm,分别较纯EP体系提高77%和98%;在此添加量下弯曲强度为113 MPa,冲击强度为18.73kJ/m~2,体积电阻率为1.54×10~(14)Ω·m,击穿场强为25 kV/mm,工频下介电常数为4.53,介电损耗为0.0148。     

层压板双面挖补修理的拉伸性能研究及参数分析

对含穿透型损伤层压板双面挖补胶接修补件的拉伸性能及主要影响参数进行了试验研究。结果表明: 双面挖补后的失效拉伸强度恢复率能够达到80%; 当挖补斜度1∶40、 覆盖层取3层、 且靠近母板的铺层方向与母板的最外层的铺层方向保持一致时, 强度恢复率较大; 使用双面挖补后, 母板厚度、 母板铺层方式对强度恢复率的影响不大。同时应用有限元软件ABAQUS, 采用三维实体单层设置建模方式对双面挖补层压板的拉伸性能进行了数值模拟, 模拟计算结果与试验结果基本相符。      

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。