含环氧-SiC复合微/纳米纤维的层合板制备及其力学性能

应用同轴静电纺丝技术制备环氧包覆纳米SiC 复合微/ 纳米纤维, 将该复合微/ 纳米纤维收集成无纺布薄膜引入层合板层间界面并固化成型, 研究其对层合板力学性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜( TEM) 分析了微/ 纳米纤维的形貌和结构, 并测试了微/ 纳米纤维薄膜的拉伸性能。应用三点弯曲、短梁剪切和简支式冲击实验测定了层合板的弯曲性能、层间剪切强度和冲击韧性。结果表明, 一定厚度及一定SiC 含量的微/ 纳米纤维无纺布薄膜对层合板的力学性能无显著影响。      

静电纺纳米纤维对复合材料层间增强增韧的研究进展

综述了当前国内外静电纺纳米纤维对复合材料层间增强增韧的研究现状,总结了静电纺纳米纤维作为层间改性材料的优势,讨论了纳米纤维对复合材料层间韧性、抗冲击性能以及限制裂纹扩展等方面的应用,并提出了下一步的研究工作重点。     

超细纤维增强复合材料Ⅰ型层间断裂韧性分析

采用静电纺丝技术制备了厚度约0.1mm的超细纤维无纺布薄膜, 并入层合板中间界面, 固化成型后加工为双悬臂梁(DCB)试样。根据ASTM D5528标准测试了 Ⅰ 型层间断裂韧性。实验结果表明, 增强试样比空白试样的 Ⅰ 型临界应变能释放率(G_{Ⅰ C})提高了约35％。同时采用有限元分析方法研究了含无纺布薄膜试样和空白试样的裂纹扩展过程, 数值结果与实验结果吻合较好, 更好地解释了含无纺布薄膜层合板的层间断裂机理。      

PEI纳米纤维层间增韧碳纤维环氧复合材料性能研究

基于聚醚酰亚胺优越的力学性能和纳米纤维膜高比表面积、高孔隙率的特性,利用气泡静电纺丝工艺制备不同厚度的纳米纤维膜改善碳纤维环氧复合材料的层间韧性。结果发现不同膜厚度增韧的双悬臂梁(DCB)试件的I型层间断裂值(GIC)均有所提高,特别是膜厚为0.058±0.007 mm时,层合板的增韧效果最好,比未增韧试件提高了114.55%。通过复合材料层间断裂界面的SEM照片证实了纳米纤维膜在界面处通过桥联约束效应及钉锚作用有效提高了复合材料的层间断裂韧性。     

单取向聚酰亚胺纳米纤维膜及其同质复合薄膜的制备

通过静电纺丝的方法制备了单轴取向的聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜,并且采用不同环化温度的纳米纤维膜与聚酰亚胺基体进行复合,制备了一种PI纳米纤维增强PI复合薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)研究了纳米纤维的取向情况,以及纳米纤维膜与其基体的界面粘接情况;采用红外光谱对不同热处理温度PI纳米纤维膜的亚胺化程度进行了表征;并对复合薄膜的力学性能进行了表征。结果表明:通过提高滚筒转速可以得到高度取向结构的纳米纤维膜;纳米纤维膜的环化程度随热处理温度升高而提高;纳米纤维的亚胺化程度越低,其与基体之间的界面粘接性越好,复合薄膜的力学性能越佳。     

接枝改性对F—12纤维及其环氧复合材料力学性能影响的研究

采用稀氢氧化钾溶液对Ｆ－１２纤维表面进行处理,将－ＣＯＯＫ基团引入到Ｆ－１２纤维表面,作为环氧氯丙烷接枝的引发剂,并分析了温度和时间对Ｆ－１２纤维拉伸到强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响。     

纳米纤维束的制备及力学性能研究

采用静电纺丝法制备出了纳米级、亚微米级纤维,采用尖角圆盘收集成具有定向排列的单向纤维束,考察了圆盘转速对纤维定向性的影响.为提高纤维的强度和模量,对收集到的纤维束进行了热处理、拉伸、加捻、定型等后处理工艺,再将多股定型的纤维束编织成线.研究了上述工艺参数对纤维束力学性能的影响,选取最佳工艺参数编织纤维束,并研究了编织线的力学性能.良好的性能预示其在纺织、生物医学等领域具有潜在的应用前景.     

MWNTs/PU复合微/纳米纤维的形态及力学性能

应用静电纺丝技术制备多壁碳纳米管/聚氨酯(MWNTs/PU)复合微/纳米纤维 , 将该复合纤维收集成无纺布薄膜 , 采用扫描电子显微镜 (SEM)和透射电子显微镜 (TEM)观察了纤维的微观形貌和结构 , 分别利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)测试了复合纤维的结晶行为及玻璃态转变温度 , 并测试了纤维薄膜的拉伸力学性能随 MWNTs含量的变化关系。结果表明 , 一定含量的 MWNTs能有效地分散于 PU 溶液中 , 并能成功地纺出 MWNTs/PU 复合微/纳米纤维。随 MWNTs在 PU 纤维中含量的增加 , 纤维的直径变细 , 复合纤维的玻璃态转变温度提高。在所研究的含量范围内 , 无纺布的拉伸强度和断裂伸长率随 MWNTs 含量的增加而有所增大。      

纳米纤维选择性沉积

静电纺丝中的纳米纤维选择性沉积技术可提高材料的利用率,减少工序,降低成本.制作分别带圆、矩形和三角形孔三种不同形状的接地金属板作为收集板.实验结果表明:对于三种不同形状的孔,孔顶角(三角形和矩形)和孔周围的纳米纤维分布密度都比孔中间位置的大得多.这是由于喷射到收集板孔附近的带正电荷纳米纤维在孔周围不均匀电场作用下进行选择性沉积.在金属板上覆盖一层80微米厚塑料薄膜来沉积纳米纤维可得到同样的结果.该选择性沉积技术将为未来批量化纳米纤维喷射选择性沉积提供试验依据.     

On the determination of mechanical properties of composite laminates using genetic algorithms

This paper describes a method which combines finite element analysis and genetic algorithms (GAs) for identifying the elastic constants of composite laminates by using vibration test data. A procedure updates the elastic constants in a numerical model so that the output from the numerical code fits the results from vibration testing. In this approach, the elastic constants can be readily identified in a single test without damaging the structure. The GA, developed on a personal computer using the language MATLAB, applies the general-purpose numerical code MSC-NASTRAN to carry out the modal analysis.     

孔隙对碳纤维/环氧复合材料层合板层间剪切疲劳性能的影响

研究了孔隙对碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板［(±45)/0₄/(0, 90)/0₂］_S的静态层间剪切强度和层间剪切疲劳性能的影响。采用不同的热压罐压力制备了孔隙率为0.4%~6.6%的试样。采用显微照相法和图像分析技术对孔隙率和孔隙的微观形貌进行了分析。研究结果表明, 随着热压罐压力的降低, 大孔隙(S>7.85×10-3mm2)所占的比例逐渐增加, 平均孔隙率增加。在孔隙率为0.4%~6.6%时, 每增加1%, 复合材料层压板的层间剪切强度下降2.4%。随着孔隙率的增加, 层压板的疲劳寿命降低。与静态试验相比, 孔隙率对层压板疲劳性能的影响比对静态性能的影响大。大孔隙的存在促进了疲劳裂纹的产生和扩展。      

On the determination of interfacial stresses in a composite material

The conventional finite element method has been modified to allow the elastic stresses along the fibre matrix interfaces of a composite to be determined with improved accuracy. The results obtained by this 'modified' method are compared with both a photoelastic and some traditional finite element solutions.     

Fracture of fatigue-loaded composite laminates

While the quasi-static fracture load of many composite laminates can be estimated with engineering accuracy, the fracture event itself has not been clearly characterized and is incompletely understood. When cyclic loading is present, the pre-fracture damage state is altered significantly, so that estimating strength (or residual strength) is greatly complicated. The present paper examines this complexity and attempts to assess the manner in which pre-fracture fatigue damage affects residual strength and the fracture event. It is found that the large strength reductions observed prior to failure at low load levels can be accounted for by internal stress redistribution and material degradation events. A careful chain of physical evidence in support of this approach is presented.     

阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数,研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响.通过SEM观察了铝合金表面Al2O3多孔膜和层板断面形貌,分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响.结果表明,阳极氧化电压为20 V时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大,在20 min时出现最大值,继续延长阳极氧化时间,层板强度随之下降;阳极氧化时间为20 min时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大,在20V时出现最大值,继续增大电压,强度随之下降.     

MWCNTs对碳纤维非褶皱无纺布/环氧层合板力学性能的影响

将羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)添加到TDE85环氧树脂中,然后与碳纤维非褶皱无纺布(C-NCF)复合,制备成[0°/90°/+45°/-45°]_S层合板。采用三点弯曲、短梁剪切和单边切口弯曲测试方法以及动态力学性能分析方法,研究了不同含量的MWCNTs对层合板弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)、Ⅱ型层间断裂韧性(G_ⅡC,以及玻璃态转变温度(T_g)的影响。并采用SEM对Ⅱ型试样的断面进行分析。结果表明,MWCNTs的加入显著提高了NCF层合板的力学性能。与空白试样相比,当MWCNTs在树脂中的质量分数为2.0%时,弯曲强度和模量分别提高了约26%和6%;当MWCNTs的质量分数为0.5%时,ILSS、G_ⅡC、T_g分别提高约14%、27%和14%。     

阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数, 研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响。通过SEM观察了铝合金表面Al₂O₃多孔膜和层板断面形貌, 分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响。结果表明, 阳极氧化电压为20 V时, GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大, 在20 min时出现最大值, 继续延长阳极氧化时间, 层板强度随之下降; 阳极氧化时间为20 min时, GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大, 在20 V时出现最大值, 继续增大电压, 强度随之下降。     

接枝改性对F-12纤维及其环氧复合材料力学性能影响的研究

采用稀氢氧化钾溶液对Ｆ－ １２ 纤维表面进行处理,将—ＣＯＯＫ 基团引入到Ｆ－ １２纤维表面,作为环氧氯丙烷接枝的引发剂．并分析了温度和时间对Ｆ－ １２ 纤维拉伸强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响．表明：在温和条件下将—ＣＯＯＫ 基团引入到Ｆ－ １２纤维表面,进而引发环氧氯丙烷的接枝,可以提高Ｆ－ １２环氧复合材料的层间剪切强度,而纤维的拉伸强度只有较小的损伤．     

热塑性复合材料层合板的层间应力与损伤机理

使用有限元生成软件FEPG和表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维粘塑性模型,计算了复合材料角铺设层合板在单向拉伸时的界面层间应力.层间应力的三维分布图表明,AS4/PEEK对称角铺设层合板的层间剪应力在自由边缘处存在很明显的自由边缘效应;层间正应力也存在自由边缘效应,对于轴向拉伸,其在自由边缘处的值为负.随着铺设角的增大,自由边缘处二者的值均减小.层间应力存在端头效应,甚至比边缘效应还明显.随着铺设角的增大,层间应力在两端头处的值降低,层间正应力由压应力变为拉应力.主要由纤维控制的角铺设AS4/PEEK层合板,在自由边缘处较大的层间剪应力是引起其层间分层的主要原因;主要由基体控制的角铺设AS4/PEEK层合板,其首先产生的是面内应力破坏,而不是层间分层.