碳纤轴纱对编织复合材料力学性能影响研究

对不同角度下玻纤双轴与玻纤碳纤三轴编织复合材料进行了拉伸试验,研究角度及碳纤轴纱对复合材料拉伸性能、破坏模式影响。结果表明,碳纤维轴纱可以增强材料拉伸强度及模量,使材料更具弹性,降低断裂伸长率。当编织角为60°左右时,拉伸强度增加最大,为219.9 MPa。编织角增大,拉伸强度降低且影响较大。碳纤轴纱复合材料破坏模式为局部基体破裂,部分纤维束断裂。     

纬编双轴向织物增强复合材料压缩性能研究

通过压缩试验,研究了不同纤维体积含量的碳纤维3层连接纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料的压缩性能;并对压缩试件的破坏断口进行了VHX-1000超景深三维显微镜分析,以认识其压缩失效机理。试验结果表明:在试验研究的碳纤维体积含量范围内,纬编双轴向衬纱织物增强复合材料的压缩强度和压缩模量随纤维体积含量的增大而增大。纤维体积含量的变化未导致压缩破坏机理的变化,材料表现为脆性特征。     

PES/CF/PET纤维混杂复合材料的力学性能

选用PES纤维作为基体，碳纤维(CF)作为增强体，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维作为黏合剂，利用特殊的铺层结构制备出一种低密度、易加工、可回收的复合材料。采用正交试验设计研究了PES纤维质量分数、热压温度、压力和时间对复合材料拉伸性能的影响，并对材料的断裂机制进行了分析。结果表明：PES纤维质量分数是影响复合材料拉伸强度的最主要因素，其次是热压时间，热压温度和压力的影响最小；当PES纤维质量分数为55%、热压温度为270℃、压力为25 MPa、时间为50 min时，PES/CF/PET纤维混杂复合材料具有良好的力学性能，拉伸强度达到59.526 MPa,拉伸模量达到1.576 GPa,断裂伸长率达到6.950%;复合材料拉伸断裂机制主要表现为纤维的断裂。     

燃料电池用PAN/Lyocell复合碳纤维纸的制备与性能研究

本研究以Lyocell纤维为增强纤维、PAN短切碳纤维为主体纤维,制备燃料电池气体扩散层用复合碳纤维纸（简称碳纤维纸）,探究了磨浆强度对Lyocell纤维浆料和纤维特性的影响,分析了Lyocell纤维的添加对碳纤维的分散性与碳纤维纸的强度性能、透气性能、导电性能的影响。结果表明,Lyocell纤维的添加有效提升了碳纤维的分散性能,提高了碳纤维纸前驱体（CPP）的匀度指数和强度性能,改善了碳纤维纸的强度性能、透气度和导电性能,当碳纤维与Lyocell纤维质量比为7∶3时,碳纤维纸的性能最佳,拉伸强度为14.3 MPa,抗弯强度为5.9 MPa,透气度为248 mm/s,平面电阻率为5.48 mΩ·cm。     

浆网速比对纸张断裂韧性的影响

断裂韧性是材料抵抗裂缝延伸、扩展的能力,是纸张一种重要的强度性能。本文应用断裂基功法研究了不同浆网速比对纸张断裂韧性的影响。试验结果表明：减小浆网速比,增强了纤维定向作用,裂缝纵向分布增加,导致纸张中纵横向断裂韧性差异增加。     

造纸法制备碳纤维增强热塑性复合材料的研究

本研究以短切碳纤维为增强体,聚丙烯(PP)纤维为基体,采用湿法造纸工艺制备碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)。通过正交实验,探讨了碳纤维含量、碳纤维长度、热压温度以及热压时间对CFRTP力学性能的影响。结果表明,碳纤维含量是影响复合材料力学性能的主要因素;正交实验条件下,当碳纤维含量20%,碳纤维长度5 mm,热压温度190℃,热压时间10 min时,CFRTP的性能最好,其拉伸强度为83.9 MPa,弯曲强度为52.5 MPa,缺口冲击韧性48.2 kJ/m~2,对比同等条件下未添加碳纤维的材料其性能分别提高了189%、52%以及1021%。同时,通过单一因素实验探究不同碳纤维含量对CFRTP力学性能的影响。结果表明,随着碳纤维含量的增加,CFRTP的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击韧性均先上升后下降。     

浆网速比对纸张断裂韧性的影响

断裂韧性是材料抵抗裂缝延伸,扩展的能力,是纸张一种重要的强度性能。本文应用断裂基功法研究了不同浆网速比对纸张断裂韧性的影响。试验结果表明：减小浆网速比,增强了纤维定向作用,裂缝纵向分布增加,导致纤约中纵横向断裂韧性差异增加。     

纤维排列对玄武岩纤维复合材料拉伸性能的影响

选用玄武岩纤维平纹织物(P)、玄武岩纤维单轴向织物(U)并采用不同铺层结构(PPPP、UUUU、PUPU)形成增强体,E-2511-1A环氧树脂和2511-1BT固化剂(质量比为100∶30)作为基体,基于真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺实现玄武岩纤维复合材料成型,通过拉伸试验和纤维体积分数测试,探讨纤维排列对玄武岩纤维复合材料拉伸性能的影响。结果表明,三种不同铺层结构的玄武岩纤维复合材料中,UUUU铺层结构的当量拉伸断裂强度最大(555.4 MPa),略高于PUPU铺层结构(510.1 MPa),比PPPP铺层结构(338.5 MPa)提高了64.08%;PUPU铺层结构的当量拉伸模量最大(8.234 GPa),比当量拉伸模量最小的PPPP铺层结构(5.734 GPa)提高了43.60%;UUUU铺层结构的当量拉伸断裂伸长率最大(12.308%),约是PPPP铺层结构(6.705%)和PUPU铺层结构(6.388%)的两倍。     

碳纤维/涤纶三维机织复合材料的拉伸性能

为研究碳纤维/涤纶复合材料中各组分纤维体积含量对复合材料纵向拉伸性能的影响,通过改变碳纤维与涤纶的混合比例,设计了5种纱线并对其织制的复合材料板材拉伸性能进行研究。结果表明：混杂纤维增强复合材料的拉伸断裂过程与增强纤维各组分的拉伸强度、断裂伸长关系密切;随着涤纶含量的增加,试样的断裂伸长率逐渐增加;抗拉强度、拉伸弹性模量均与涤纶的含量呈三次方的关系;试样的抗拉强度和拉伸弹性模量均产生了明显的混杂效应。     

重组竹Ⅰ型层间断裂韧性研究

重组竹已成为我国竹质工程材料的主流产品,确定层间断裂韧性的测试方法,对重组竹的制造工艺优化、设计使用分析等方面都具有重要意义。利用断裂力学的理论和方法研究其断裂破坏行为,选取紧凑拉伸试件测试法对重组竹TL、RL方向的Ⅰ型断裂韧性进行了研究分析。结果表明:TL试样断裂韧性均值为27.81MPa·mm0.5,RL试样断裂韧性均值为21.07MPa·mm0.5;试件厚度对TL试样断裂韧性无显著影响,对RL试件断裂韧性有显著影响且随厚度的增大而增大;建议重组竹紧凑拉伸断裂韧性测试试样的厚度设置为25mm。     

叠层针刺工艺参数对碳纤维复合材料力学性能的影响

采用叠层针刺工艺方法,制备缎纹布/网胎碳纤维针刺预制体,并进行树脂基复合,得到碳纤维复合材料。测试其力学性能,探究不同针刺密度、针刺深度对其拉伸性能和层间剪切性能的影响。结果表明:随着针刺密度、针刺深度的增加,碳纤维复合材料拉伸性能呈下降趋势,其层间剪切性能呈先增后减趋势;针刺深度对拉伸性能、层间剪切性能的影响比针刺密度更显著。在针刺密度25刺/cm~2、针刺深度13 mm的工艺参数下可获得综合力学性能较优的缎纹布/网胎叠层针刺复合材料,其拉伸强度为253 MPa、层间剪切强度为31.24 MPa。     

玄武岩/碳纤维混杂三维正交复合材料拉伸性能研究

以玄武岩纤维、碳纤维为原料,设计出5种不同混杂比的三维正交织物,利用真空辅助成型工艺制备了乙烯基酯树脂基混杂复合材料,对其拉伸性能进行了测试,重点分析玄武岩纤维在织物中所占比例对复合材料拉伸性能的影响。结果表明:在纤维总体积分数一定的情况下,随着混杂织物中玄武岩纤维所占比例的增大,复合材料的拉伸强度先增大后减小,拉伸断裂伸长率逐渐增大,弹性模量逐渐减小,经向整体拉伸性能优于纬向。纤维的混杂比及其性质决定了混杂三维机织复合材料的断裂机制,通过调节纤维混杂比可以充分发挥各种纤维的优势和特点,设计出满足不同需求的材料。     

劲态下纺织结构的破坏

纱线断裂的机理：拉伸载荷下纤维断裂／滑移的百分比决定了短纤纱的强度。纱线断裂时显著的高比例纤维断裂导致了较高的纤维向纱线的强度的转移。材料在运动状态时发生破坏的机理是动态破坏机理，这与材料的使用性能有很好的联系提出了有关纺织结构（条子、粗纱和短纤纱）动态破坏机理中应用的各种理论和试验工作。探讨了材料、纺纱和测试参数对动态破坏机理的影响.     

基于声发射技术的芳纶1414/聚丙烯拉伸损伤性能研究

通过拉伸试验和声发射试验,研究芳纶1414( PPTA)/聚丙烯(PP)复合材料拉伸破坏的声发射特性;通过分析增强纤维和基体在拉伸破坏过程中的声发射参数特征,得出基体断裂和纤维断裂的声发射特性.     

铺层角度对苎麻纤维复合材料性能的影响

基于真空辅助成型工艺,研究铺层角度对苎麻织物增强环氧树脂复合材料力学性能的影响,并将该铺层设计应用在复合材料桥梁模型上。结果表明:当铺层方式为纬向铺层(90°)时,复合材料的拉伸强度最大,为73.5 MPa;经纬交叉铺层(0°/90°)时,为72.4 MPa。当铺层方式为经纬交叉铺层时,复合材料的拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度皆为最大,分别为3.8 GPa、108.2 MPa、5.0 GPa和21.7 MPa。综合拉伸、弯曲、剪切性能,经纬交叉铺层复合材料力学性能最优。苎麻纤维复合材料桥梁的最大载荷为8.79 kN,载荷质量比为12.08。     

玄武岩纤维增强缝合复合材料力学性能研究

对比研究了基于玄武岩纤维增强的无缝以及缝合复合材料层板的弯曲、拉伸以及II型层间断裂韧性,研究结果表明:缝合有利于复合材料层板的弯曲性能,随着缝合密度的逐渐增加,弯曲强度先增大后减小,弯曲模量逐渐减小;缝合不利于复合材料层板的拉伸性能,随着缝合密度的逐渐增加,拉伸强度先减小后增大,拉伸模量逐渐增大;缝合提高了复合材料层板的层间断裂韧性,G_(IIC)随着缝合密度的增大而增大。     

亚麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备与性能表征

针对预成型件的铺层角度对复合材料力学性能产生影响的问题,以亚麻纤维为增强体,与聚乳酸纤维通过开松、混合、梳理工序制成预成型件后,采用模压成型工艺制备了亚麻纤维/聚乳酸复合材料。研究预成型件的各种铺层角度对复合材料拉伸、弯曲性能的影响,并通过扫描电镜讨论亚麻/聚乳酸复合材料的破坏机制以及拉伸断裂形貌。结果表明：铺层角度为90°时,复合材料横向拉伸、弯曲强度和模量最高;铺层角度为0°时,复合材料纵向拉伸、弯曲强度和模量最高。     

基于湿法造纸工艺制备碳纤维增强热塑性树脂复合材料的研究

本课题提出了一种基于湿法造纸工艺的碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的制备方法,实验探究了碳纤维模量、长度、含量和模压工艺对CFRTP力学性能的影响。结果表明,利用湿法造纸工艺制备CFRTP是可行的,碳纤维含量是影响CFRTP力学性能和空隙率的主要因素;当碳纤维含量为30%时,制备的CFRTP性能最好,其拉伸强度为110.07 MPa,弯曲强度为208.59 MPa,缺口冲击韧性42.89 k J/m~2,材料空隙率最低。该方法具有工艺简单、成本低、利于碳纤维回收等特点。     

无捻包缠对拉伸差异混合纤维预制件的强力改善

为了改善拉伸性能差异混合纤维增强体的抗疲劳性能,提升整体复合材料产品的寿命,使用西安工程大学自主开发的"长丝束特种加捻设备"和无捻包缠技术,重点研究了包缠捻度对玻璃纤维和碳纤维包缠纱拉伸性能的影响,实现了在预制件中无捻状态下,碳纤维长丝束和玻璃纤维长丝束二者同时受力。无捻包缠技术可以在一定范围内调节外部包缠纤维的断裂伸长率,其断裂强力峰值移动到芯层纤维要求的常用受力区间内右侧,即外部包缠纤维的强力峰值与芯层纤维在常用受力区间的强力最大值重合,进而改变整体纱线强力分布,提高了拉伸差异混合纤维预制件拉伸模量。     

多层多向机织复合材料细观结构建模及其性能

为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机织工艺、树脂传递模塑复合工艺,以碳纤维和环氧树脂为原材料制备了2种不同结构的多层多向机织复合材料,采用万能试验机和非接触全场应变仪对材料进行了0°和90°方向的准静态拉伸性能测试,并与正交三向机织复合材料进行了对比分析。结果表明:斜向纱的存在对多层多向机织复合材料的拉伸破坏模式和断口形貌有较大影响,斜向纱一定程度上阻碍了裂纹和应变沿承载方向扩展,0°方向拉伸试样断口处经纱层内经纱全部断裂,90°方向拉伸试样断口处纬纱层内纬纱全部断裂,2个方向的拉伸试样斜向纱层中均存在部分斜向纱纤维未断裂,拉伸试样非完全断裂。