玻璃纤维增强灌注型聚氨酯泡沫塑料的微观结构和增强机理

对玻璃纤维增强聚氨酯泡沫体的微观结构形态及增强效果进行了研究。结果表明，纤维在体系内呈单根纤维、小束纤维及大束纤维等多种形态分布。单丝及小丝束可以成为泡沫结构的共同支柱而起增强作用，在小束丝附近出现密集泡孔，发生少量树脂积聚。在大丝束周围发生严重的树脂沉积，影响体系内的树脂分布而不利于纤维的增强作用。     

增强硬质聚氨酯泡沫的研究进展

根据增强材料的特性和增强方式把增强硬质聚氨酯泡沫分为纤维增强、微粒增强、聚合物合金(互穿聚合物网络)、复合增强等4类,主要介绍近年来不同种类增强硬质聚氨酯泡沫的力学性能、形态结构和增强机理等方面的研究进展,并展望增强硬质聚氨酯泡沫的发展趋势.     

纳米纤维增强闭孔泡沫材料的力学性能

为研究纳米纤维增强闭孔泡沫材料的力学性能,采用Voronoi随机泡沫模型对闭孔泡沫材料的细观几何结构进行模拟,并将纳米纤维随机分布在泡沫材料的胞壁中,利用改进的自动搜索耦合（ASC）技术将纤维单元与基体单元进行耦合,建立了能够反映纳米纤维增强闭孔泡沫材料细观结构的数值模型。在此基础上,进一步研究了泡沫模型随机度、相对密度以及纳米纤维长径比和质量分数对纳米纤维增强闭孔泡沫材料弹性模量与屈服强度的影响规律。结果表明:由所建立的数值模型得到的纳米纤维增强闭孔泡沫材料的弹性模量和屈服强度与实验值吻合较好;提高泡沫模型的随机度会使复合泡沫材料的弹性模量和屈服强度增加,而当随机度达到0.450以后,材料的弹性模量和屈服强度几乎不再发生变化;当相对密度在0.05~0.30范围内变化时,复合泡沫材料的弹性模量与屈服强度几乎随相对密度的增加呈线性增长;提高纳米纤维长径比和质量分数也会使材料的弹性模量和屈服强度得到提高,但当纤维长径比达到500以后,纤维长径比的增强作用逐渐减弱。所得结论对纳米纤维增强闭孔泡沫材料的制备具有重要意义。      

玻璃纤维增强灌注型聚氨酯泡沫塑料的拉伸、压缩性能和破坏机理

研究了用短切玻璃纤维对硬质聚氨酯泡沫体的增强效果及拉伸、压缩的破坏行为。结果表明当纤维长为12 mm 时, 6 w t% 纤维含量的增强效果为最好, 可以使泡沫体的拉伸强度提高75% , 压缩强度提高25% , 压缩模量增加约30%。纤维增强的泡沫体拉伸产生的裂纹扩展时, 遇到纤维可能终止扩展(应力不大时) , 也可能发生偏转(应力较大时) ; 泡沫破坏时, 可能出现纤维拉出、拉断等不同的破坏形式。增强泡沫体在压缩破坏时, 主要是泡沫结构的支柱弯曲、扭转变形引起泡壁破裂和支柱失稳, 并导致材料的破坏。      

短纤维增强聚丙烯泡沫复合材料的研究新进展

详细介绍了天然纤维、短玻璃纤维、碳纳米纤维及晶须等在增强PP泡沫复合材料中的应用;重点阐述了短纤维的种类和含量对发泡行为、微观结构及力学性能等的影响规律,并总结了相关增强机理;展望了短纤维/PP泡沫复合材料的发展趋势。     

复合材料干纤维增强回转体结构缠绕线型设计

复合材料干纤维缠绕增强结构可解决纤维缠绕树脂基复合材料结构耐冲击性差、低温环境树脂易失效等问题。干纤维增强结构缠绕过程中,纤维束重叠、压缩导致干纤维缠绕增强层各处厚度不一,会对缠绕线型稳定性产生影响。为满足缠绕线型稳定,研究了测地线干纤维缠绕增强层厚度变化及分布规律,分析了纱带宽度、极孔尺寸及芯模结构等参数对增强层厚度的影响,考虑芯模厚度的变化,逐层更新干纤维缠绕增强结构数学模型,进行了缠绕轨迹计算,获得测地线缠绕线型。缠绕实验表明：理论仿真获得的复合材料干纤维缠绕增强容器增强层厚度准确,缠绕线型稳定,无滑纱现象,验证了纤维厚度与缠绕轨迹计算方法的可行性和干纤维增强层厚度仿真的正确性。     

UHMWPE纤维增强聚氨酯泡沫对爆炸冲击波衰减性能的影响

运用实验的方法,研究了超高分子量聚乙烯纤维增强聚氨酯泡沫对爆炸冲击波的衰减性能;观察分析了爆炸荷载前后材料的微观结构形态,分析了材料对爆炸冲击波的衰减机理,对实验结果给出了合理的解释。研究表明,UHMWPE纤维高强、高模正好弥补了聚氨酯泡沫塑料的缺陷,以UHMWPE纤维作增强剂制备而成的增强聚氨酯泡沫塑料,能极大地提高材料对爆炸冲击波的衰减性能,在冲击波防护领域有很好的应用前景;同时,纤维长度对材料的衰减爆炸冲击波性能有较大的影响。     

氧化铝纤维增强泡沫玻璃

本文以废玻璃粉为原料,CaCO_3为发泡剂,氧化铝纤维为增强剂,采用熔融发泡法制备泡沫玻璃。研究了发泡温度、发泡剂含量、纤维含量等因素对泡沫玻璃性能的影响。采用材料试验机、SEM、阿基米德法分析测试手段,对泡沫玻璃气泡结构、体积密度、气孔率以及抗压强度等进行了表征和分析。结果显示:随着氧化铝纤维含量的增加,泡沫玻璃的强度提高,气孔逐渐减小,均匀性变差。当氧化铝纤维含量为5%,发泡剂含量4%,烧结温度为820℃时,样品的平均抗压强度为3.5MPa、抗折强度为1.6MPa、气孔率为84%。     

Z 向增强泡沫夹芯复合材料冲击损伤及冲击后压缩性能

基于热压罐成型工艺, 选择了树脂柱Z向增强泡沫芯材、碳纤维Z向增强泡沫芯材、Kevlar纤维缝纫增强泡沫芯材3种Z向增强复合材料结构, 对夹芯结构进行了低速冲击损伤和冲击后压缩(CAI)性能研究, 考察了不同Z向增强方式对冲击损伤面积和破坏模式的影响。结果表明, Z向增强对泡沫芯材产生了初始损伤, 其冲击后损伤面积大于未增强泡沫夹芯结构; 但Z向增强改变了夹芯结构的压缩破坏机制。通过选用合适的Z向增强材料和Z向增强参数, 能够提高夹芯结构的压缩强度和CAI强度。其中当增强材料为碳纤维, 增强参数为10 mm×10 mm时, 压缩强度提高了13%, CAI强度提高超过40%。     

玻璃纤维增强体形式对酚醛泡沫性能的影响

针对酚醛泡沫脆性大、强度低等缺点,采用3种不同增强形式的玻璃纤维增强体,即短切玻璃纤维(SGF)、酚醛树脂浸渍固化的玻璃纤维针(GFN)及三维间隔连体织物,对酚醛泡沫进行增强.研究了纤维含量和纤维长度对酚醛泡沫压缩性能的影响规律,对比了不同增强形式纤维增强酚醛泡沫复合材料的压缩性能与保温性能.结果表明:当SGF长度为3 mm,与基体质量比为5%时,SGF增强酚醛泡沫的比压缩强度最佳,较纯泡沫的提高了21%;GFN(长度5 mm,与基体质量比为25%)增强酚醛泡沫的比强度提高8%;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的比强度虽略有下降,但其压缩强度(0.239 MPa)达到了承重类酚醛泡沫的要求.SGF和GFN增强的酚醛泡沫的热导率与纯酚醛泡沫的相比略有上升,但仍符合高效保温材料的要求;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的热导率上升明显.     

短纤维混杂增强PP复合泡沫材料的力学性能

将助剂预混与二次挤出工艺相结合制备含短纤维预发泡粒料, 并用型内二次发泡工艺制备了短炭纤维(SCF)、 短玻璃纤维(SGF)混杂增强聚丙烯(PP)复合泡沫材料。研究了在纤维总质量分数不变时, SCF与SGF的相对含量、 增强纤维与PP的界面性能及泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的发泡效果和力学性能的影响。结果表明: SGF和SCF的同时加入能够改善PP的高温熔体强度, 获得孔径较小且均一的类球形的闭孔PP泡沫体。SGF和SCF混杂增强提高了PP复合泡沫材料的强度和模量, 且增强效果高于单一纤维, 当纤维总质量分数为15%, 且SGF ∶SCF为1 ∶1时(质量比), PP复合泡沫材料的抗弯强度和抗压强度最高, 而SGF ∶SCF为3 ∶1时, PP泡沫复合材料的冲击韧性和压缩模量达到最大值 。泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的冲击韧性和抗压强度影响显著, 当表观密度从0.32g/cm3增至0.45g/cm3时, 冲击韧性和抗压强度分别从4.29kJ/m2和6.57MPa 提高到17.87kJ/m2和20.57MPa。      

玄武岩纤维增强泡沫混凝土响应面多目标优化

为改善传统泡沫混凝土的力学性能,制备了以玄武岩纤维为微加筋材料的玄武岩纤维增强泡沫混凝土(BFFC)。采用响应面法设计试验并建立回归模型,研究泡沫和纤维掺量对BFFC表观密度、抗压强度和抗压韧性指数的影响;同时结合渴求函数对BFFC综合性能实现多目标优化,并对纤维作用机理进行了SEM分析。结果表明,制备单位体积BFFC成品的最优泡沫掺量与纤维掺量分别为0. 617 875 m~3与2. 384 66 kg,该配比可以制备出表观密度仅为641. 06 kg/m~3而抗压强度高达13. 60 MPa、抗压韧性指数高达0. 887的BFFC。SEM分析表明,适量玄武岩纤维通过桥联作用下的多裂缝稳定扩展实现了对泡沫混凝土的增强及增韧。     

三类典型纳米增强相对多尺度复合材料界面黏结性能影响的力学模型

实验研究表明,将纳米增强相引入纤维增强树脂复合材料界面构成多尺度复合材料,能够显著改善复合材料中纤维与基体之间的黏结性能,而且不同形态的纳米相在多尺度复合材料中发挥的增强效应有明显差异。本文基于内聚能模型探讨了三种典型形态的纳米增强相(包括高长径比碳纳米管、球状富勒烯纳米颗粒、片层状氧化石墨烯)对碳纤维与环氧树脂基体之间黏结强度的影响,建立了纳米增强相的形态和数量参数如何影响界面黏结强度的力学模型。利用纤维束复合材料横向拉伸测试方法评估了三种多尺度复合材料的界面黏结性能,通过理论预测结果与实测数据的对比验证了模型的合理性。      

聚苯硫醚及其纤维增强复合材料的等温结晶形态

采用热台偏光显微镜技术观察了聚苯硫醚(PPS)及其玻璃纤维、 炭纤维及芳纶纤维增强复合材料等温结晶过程中球晶结构形态的变化。研究了等温结晶温度对PPS的晶体形态及球晶生长速率的影响。结果表明, 结晶温度对PPS的结晶影响非常明显。在235~265℃, 随着等温结晶温度的升高, 聚苯硫醚球晶形态发生了从细小而具有部分束状结构到大而完善再到细小而不完善的变化过程, 球晶的生长速率随着结晶温度的增大呈非线性下降。而纤维的存在使PPS的结晶形态发生了从球晶结构到横穿晶的变化, 且不同纤维诱导形成横穿晶的程度有所不同。其中玻璃纤维和芳纶纤维可以诱导形成较为明显的横穿晶形态, 而炭纤维则不能诱导形成明显的横穿晶。      

短纤维增强C/C-SiC复合材料的微观结构与力学性能EI北大核心CSCD

综合原料的热物理性能分析和配比设计,实现了C/C复合材料载体孔隙体积的精细控制,采用热压-熔渗两步法在低温条件下制备了具有高致密、低残余Si含量特征的短碳纤维增强C/C-SiC复合材料。系统解析了C/C-SiC复合材料成型过程中的结构演变行为,研究了短纤维增强C/C-SiC复合材料的力学性能和失效机制。结果表明:多孔C/C复合材料载体孔隙的孔径呈双极分布特征,添加芳纶纤维可提高网络孔隙结构的连通性,具有显著的孔隙结构调控作用。SiC基体以网络骨架形态分布于C/C-SiC复合材料内部,与纤维束形成了强界面结合钉扎结构,高含量纤维协同作用下使C/C-SiC复合材料具有优异的综合力学性能,添加芳纶纤维可明显增加复合材料内部裂纹扩展路径,提高C/C-SiC复合材料的断裂韧性。碳纤维的面内各向同性分布及陶瓷相层间均匀分布对C/C-SiC复合材料承载、摩擦稳定性提升均具有积极作用。     

Z向增强泡沫夹芯阻燃复合材料力学性能

研制了一种Z向玻璃纤维增强酚醛泡沫的高阻燃性复合材料, 并试验分析了承力柱高度、 分布密度、 排布方式及缝编纱细度、 缝合面板层数等结构参数对复合材料力学性能的影响。结果表明: 与普通泡沫夹芯复合材料相比, Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能得到了大幅度提升; 在承力柱分布密度相同的条件下, Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能基本不随承力柱排布方式而变化; 承力柱高度、 分布密度及缝编纱细度、 缝合面板层数等结构参数对Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能有重要影响。     

短纤维增强泡沫塑料力学行为的研究进展

对国内外短纤维增强泡沫塑料力学行为的研究进展进行了综述。简要介绍了纤维增强泡沫塑料的制备方法和结构形态;重点报道了短纤维增强泡沫塑料力学行为的研究成果和作者的一些工作,其中包括纤维增强泡沫塑料拉压、弯剪基本力学性能、纤维增强机理和材料破坏机理、温度效应、纤维长度、纤维填充量和表面处理对力学行为的影响等。展望了未来的研究趋势。      

短纤维对泡沫铝压缩力学性能与吸能特性的影响研究

为探索闭孔泡沫铝加入短纤维后的力学性能和吸能特性变化规律。利用熔体发泡法在铝熔体中加入短碳纤维后制作得到纤维增强泡沫铝,通过万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对泡沫铝、纤维增强泡沫铝进行准静态和中应变率下(0.001~100 s-1)的动态力学性能测试,分析了纤维长度、纤维含量对泡沫铝力学性能和吸能特性变化规律。研究结果表明,纤维在泡沫铝内部主要呈现三种不同的形态模式:穿透模式、贯穿模式和嵌入模式;在平均孔径为2 mm的泡沫铝中加入长度为1 mm的纤维后,大多数纤维呈现穿透模式,泡沫铝整体性能下降,加入等含量长度为3 mm的纤维后,大多数纤维呈现贯穿和嵌入模式,平台应力和吸能效率有所提升;加入纤维后,泡沫铝整体呈现更为明显的应变率效应。     

麦秸纤维增强聚丙烯复合材料的熔融流变性

用挤塑模压的方法制备麦秸纤维增强聚丙烯复合材料, 研究了麦秸纤维添加量、尺寸及马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP) 添加量、温度对麦秸纤维增强聚丙烯复合材料熔融流变性的影响。麦秸纤维添加量从10 wt%增加至30 wt%时, 复合材料的熔融黏度增加。马来酸酐接枝聚丙烯的加入提高了体系的流动性, 熔融黏度降低。麦秸纤维以长纤维和纤维束作为增强材料时, 复合材料的熔融黏度降低, 以细小纤维作为增强材料时, 复合材料的熔融黏度增加。温度由170 ℃升高至190 ℃, 剪切速率由0. 01 s -1增加至0. 1 s -1 时, 麦秸纤维增强聚丙烯复合材料的黏度降低。      

纤维编织网增强混凝土的拉伸力学模型

通过单束纤维与纤维编织网增强混凝土(TRC)薄板的单轴拉伸试验, 研究了环氧树脂浸渍后纤维束的应力-应变关系。试验结果发现, 即使经环氧树脂浸渍, 也不能完全发挥碳纤维束的抗拉强度; 单轴拉伸碳纤维束获得的应力-应变曲线几乎是完全线性的, 在达到其极限强度80%左右出现一定的非线性特征。假定细粒混凝土开裂后只有纤维编织网承担荷载, 从而由TRC薄板试件单轴拉伸的荷载-变形关系获得的碳纤维束的应力-应变关系可合理简化为双线性的形式, 并针对本文中研究的纤维编织网给出了其相应控制参数点的取值。基于受弯构件计算理论, 采用本文纤维束拉伸模型得到的两种系列受弯构件的计算值与试验值吻合较好。