碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

混杂比对碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响

利用层内混杂的方式制备碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物,通过对材料进行拉伸、三点弯曲等实验研究该织物增强复合材料的力学性能及混杂比对其力学性能的影响。结果表明,按照一定的混杂比加入芳纶纤维后复合材料的拉伸性能提高,表现出积极的混杂效应。由于延伸性好的芳纶纤维的加入,使复合材料的拉伸断裂伸长率明显提高,材料破坏模式出现了完全脆性断裂模式(C12材料破坏形式)和“扫帚”形纤维断裂模式(C8A4,C6A6材料破坏形式)。此外,按照一定的混杂比加入芳纶纤维也有效改善了碳纤维增强复合材料的破坏韧性,碳/芳纶纤维混杂MBWK织物增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量随混杂比的提高而呈下降趋势,当复合材料中芳纶含量从42%(体积分数,下同)(C6A6)到59.2%(C4A8)的变化过程中,弯曲强度和弯曲模量的降低率较高。0°试样在混杂比为59.2%(C4A8)时,弯曲挠度最大,达到7.49 mm,远高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料。所有90°混杂复合材料试样的弯曲挠度均高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料,表现出积极的混杂效应。     

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。      

内衬聚偏氟乙烯热塑层的纤维缠绕复合材料管径向平压性能

纤维缠绕角度、纤维缠绕层厚度及碳/玻纤维混杂比是影响内衬聚偏氟乙烯(PVDF)热塑层的纤维增强热固性复合材料缠绕管径向平压性能的重要因素,其性能直接决定复合材料缠绕管产品掩埋深度和抗碾压能力。将PVDF颗粒经挤出机制成PVDF管,然后以表面喷砂处理后的PVDF管为内衬芯管,采用湿法缠绕技术制备不同结构参数的复合材料缠绕管。利用管平行板外载平压性能测试方法,测试了3种结构参数对复合材料管径向平压性能的影响,并分析其破坏模式与失效机理。结果表明,随缠绕层厚度的增加,径向压缩强度和径向压缩模量逐渐增大;随着缠绕角度的增大,径向压缩强度和径向压缩模量先增大后减小;另外,随着碳/玻纤维混杂比的提高,复合材料缠绕管的压缩强度和压缩模量相应增加。     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料力学行为及混杂效应

采用复合处理工艺对三维混杂超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维编织体进行表面处理, 通过RTM工艺制备了环氧树脂基混杂复合材料（UHMWPE/CF/ER）, 并研究了其力学性能及混杂效应。结果表明, 在纤维总体积分数一定的情况下, 随着超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维混杂比的减小, 复合材料的弯曲强度、 弯曲模量及压缩强度增大, 而其纵向剪切强度及冲击韧性降低。三维编织混杂复合材料的断裂机制由混杂纤维的混杂比及其性质决定, 通过调节混杂比可实现对复合材料力学性能的有效调控。      

高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板的制备及其性能表征研究

采用拉挤成型工艺制备了结构均一有序、外貌光亮顺滑的高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板,并对其进行了力学性能测试。研究结果表明:高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板,在0°条件下,拉伸强度1889MPa,拉伸模量141GPa,压缩强度1212MPa,压缩模量130GPa,弯曲强度1107MPa,弯曲模量136GPa;在90°条件下,弯曲强度86MPa;层间剪切强度61.834MPa,具有较好的力学性能。     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

三维编织CF/KF混杂复合材料力学性能研究

考察了三维编织碳纤维/芳纶纤维混杂增强铸型尼龙(简称HF/MCPA)复合材料的力学性能,着重分析了复合材料的冲击、剪切和弯曲性能。试验结果表明:碳纤维和芳纶纤维混杂复合材料不仅有较好的弯曲强度、剪切强度,同时冲击强度也很好。随着碳纤维体积分数的增加,混杂复合材料的冲击强度降低;横向剪切强度先增大后降低;纵向剪切强度逐渐增大,出现最大值;弯曲强度和模量随之提高,达到最大值后开始下降,最大值时CF∶KF为3∶2。     

CF/GF混杂增强环氧树脂复合材料的高载动态黏弹特性

采用高载动态热机械分析仪EPLEXOR500对T300/S-2混杂纤维增强环氧树脂复合材料的动态黏弹特性进行了分析, 考察了静态载荷、 动态载荷对其储能模量、 损耗模量和损耗角正切的影响, 并研究和对比了不同载荷水平下混杂比以及混杂方式对动态黏弹性参数的影响规律。结果表明: 不同混杂比复合材料的储能模量均随动态载荷的增大而降低, 随静态载荷的增大而增大, 损耗模量和损耗角正切则随两种载荷的增大而降低。高载荷下混杂复合材料的储能模量仍较好地符合"复合梁理论"。动载扫描模式下, 损耗角正切随混杂比的变化基本符合"混合定律", 夹芯混杂复合材料的储能模量远高于层间混杂复合材料, 且损耗角正切也比层间混杂时大; 但在静载扫描模式下则是层间混杂复合材料的损耗角正切更大。      

碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的力学性能

制备了纤维长度为1 mm和2 mm的碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料,其纤维质量比分别为0.2%、0.5%、1%和3%。对材料进行三点弯曲实验和压缩实验,研究了纤维长度和纤维质量比对其弯曲强度和弯曲弹性模量、压缩强度和压缩弹性模量等力学性能的影响。结果表明,添加两种长度的碳纤维都能明显提高复合材料的弯曲和压缩力学性能。随着碳纤维质量比的增大复合材料的弯曲强度和压缩强度呈先增大后减小的趋势,当碳纤维的质量比为0.5%时达到最大值,随后则随纤维含量的增大而逐渐降低。当碳纤维的长度为1 mm质量比为0.5%时,复合材料试件的弯曲强度和压缩强度比未添加纤维时分别提高198%和110%。碳纤维的长度为1 mm时纤维含量的变化对复合材料的弯曲强度、压缩强度和压缩弹性模量有较大的影响,但是当纤维长度为2 mm时纤维含量的变化对弯曲强度和压缩强度的影响不大。     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

玻璃纤维/木塑混杂复合材料及其协同增强效应

将固体废弃物中的高密度聚乙烯(HDPE)回收后与废弃的木纤维以及短切玻璃纤维进行复合,成功地制备出混杂型木塑复合材料。研究结果表明,采用长径比较大的L型玻璃纤维增强时,木塑复合材料的弯曲强度、弯曲模量以及冲击强度同时得到提高,而采用长径比较小的玻璃纤维增强时,弯曲性能和冲击强度均呈现下降趋势。玻璃纤维增强木塑复合材料的主要破坏模式为玻璃纤维的拔出、玻璃纤维断裂、界面脱粘等。在玻璃纤维/木纤维/HDPE混杂体系中由于组元之间的协同增强作用,形成了特殊的三维网络结构,木塑复合材料的力学性能得到显著改善。     

Preparation and characterization of three-dimensional braided carbon/Kevlar/epoxy hybrid composites

Though unidirectional, short, and laminated hybrid composites have been extensively investigated because of their wider range of properties than non-hybrid composites, literature on three-dimensional (3-D) braided hybrid composites is very limited. In this work, Kevlar fibers were hybridized to carbon fibers to prepare 3-D carbon/Kevlar/epoxy composites with various carbon to Kevlar fiber volume ratios in an attempt to find alternative materials for osteosynthesis devices. The flexural, shear, and impact properties of the 3-D braided hybrid composites were measured in order to investigate the effect of carbon to Kevlar ratio and evaluate hybrid effects. In addition, residual flexural strength was tested for the impacted samples and the damage tolerance was assessed. Our experimental results revealed the existence of positive hybrid effects on the shear and flexural strengths flexural strain for the 3-D braided composites. The absorbed energy and flexural strength retention of the 3-D braided hybrid composites were found to decrease with relative carbon fiber content. It was shown that hybridizing ductile 3-D braided Kevlar fabric with stiff carbon fabric could result in the hybrid composites with flexural strength comparable to the all-carbon composite and impact damage tolerance superior to the all-Kevlar composite.     

Hybrid effects on tensile properties of hybrid short-glass-fiber-and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composites

Hybrid composites of polypropylene reinforced with short glass fibers and short carbon fibers were prepared using extrusion compounding and injection molding techniques. The tensile properties of these composites were investigated taking into account the effect of the hybridization by these two types of short fibers. It was noted that the tensile strength and modulus of the hybrid composites increase while the failure strain of the hybrid composites decreases with increasing the relative carbon fiber volume fraction in the mixture. The hybrid effects for the tensile strength and modulus were studied by the rule of hybrid mixtures (RoHM) using the tensile strength and modulus of single-fiber composites, respectively. It was observed that the strength shows a positive deviation from that predicted by the RoHM and hence exhibits a positive hybrid effect. However, the values of the tensile modulus are close to those predicted by the RoHM and thus the modulus shows no existence of a hybrid effect. Moreover, the failure strains of the hybrid composites were found to be higher than the failure strain of the single carbon fiber-reinforced composite, indicating that a positive hybrid effect exists. Explanations for the hybrid effects on the tensile strength and failure strain were finally presented.