注射成型短玻纤增强PP微观结构及力学性能研究

测定了注射成型短玻璃纤维增强聚丙烯的微观结构及有效拉伸弹性模量,定量分析了微观结构对材料力学性能的影响,测定了纤维长度分布及取向分布.采用Mori-Tanaka模型计算了单取向短纤维增强复合材料的拉伸弹性模量,采用取向平均法计算了具有任意平面取向的单层板材料弹性常数,运用层合板理论计算了短纤维增强复合材料的整体有效拉伸弹性模量,实验对比证明,这种方法是有效的.     

短纤维增强熔体三维充模模拟及制品性能预测

基于气-液-固三相模型,给出了适用于三维流场的纤维质心虚拟速度、纤维平动与取向、动量交换源项的求解公式,建立了描述短纤维增强聚合物熔体充模过程的三维模型。采用同位网格有限体积法和Level Set界面追踪技术,实现了充模过程的三维动态模拟。并且,根据模拟计算出的平均取向角,提出了三维取向短纤维增强复合材料力学性能参数计算的一种简化模型。数值结果表明:三维模拟技术可有效反映注塑成型充模的流动过程和喷泉效应;纤维取向分析可量化显示纤维在型腔中的表层-芯层结构取向;弹性模量计算结果与实验结果吻合较好。     

短纤维增强橡胶材料的力学模型

在材料剪切滞后分析与随机顺序吸收法的基础上建立了短纤维增强橡胶材料(SFRC)的理论模型与有限元模型。通过简化将SFRC模型中的三维随机取向纤维降为二维取向,对短纤维增强阻尼材料的弹性模型进行计算与拟合。结果表明,随纤维体积分数的增大,SFRC的模量逐渐增加。当纤维体积分数为2.00%时,材料的弹性模量增加了约1倍,与试验值基本相符合。有限元分析结果与试验结果相吻合,表明该模型在进行SFRC的力学行为分析时具有一定的真实性。当材料应变在300%以内时,有限元模型可以对SFRC的力学行为进行比较准确的描述。     

基于3D打印的三维短纤维增强复合材料强度预测分析

针对目前短纤维增强树脂基复合材料强度仍以实验和二维平面预测为主,提出一种能真实反映纤维空间结构的三维短纤维增强复合材料强度预测模型.基于概率方法修正"混合律模型"对临界区域内纤维的作用进行详细的理论公式推导,建立基于纤维取向、长度和体积分数等因素的三维短纤维增强复合材料强度预测模型.以短碳纤维增强尼龙复合材料为例进行强...     

单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量预测

建立含单纤维和基体的双圆柱复合材料细观力学模型,采用基体剪应力的Lame形式推导得到纤维轴向应力计算方程和纤维长度影响因子λ的表达式。依据纤维长度影响因子和混合定律得到了单向短纤维增强复合材料纵向弹性模量的计算公式,探讨纤维长径比和体积分数等细观结构参数对材料纵向弹性模量的影响。将计算公式得到的材料纵向弹性模量与Halpin-Tsai和Darlnigton方程得到的结果与实验值进行了对比。结果表明,计算公式预测值更接近于实验值。     

短纤维取向机理的研究及其在增强压力胶管中的应用

本文通过短纤维取向的方程、简单流动中短纤维取向的计算，对短纤维取向机理进行了理论研究，并简要介绍了短纤维取向在增强压力胶管中的应用。文章指出，短纤维增强复合材料的特性主要取决于短纤维在制品中的取向状态，而短纤的取向是由加工过程中流体的流动形式决定的。所以，弄清楚短纤维取向机理后，便可设计出合理的机头流道，使短纤维沿所需方向取向，从而生产出符合要求的增强压力胶管     

短纤维取向机理的研究及其在增强压力胶管中的应用

本文通过短纤维取向的方程，简单流动中短纤维了取向的计算，对短纤维取向机理进行了理论研究，并简要介绍了短纤维取向的增强压力胶管中的应用，文章指出，短纤维增强复合材料的特性主要取决于短纤维在制品的取向状态，而短纤的取向是加工过程中流体的流动形式决定的，所以，弄清楚短纤维以向机理后，便可设计出合理的机头流道，使短纤维沿所需方向取向，从而生产出符合要求的增强压力胶管。     

短纤维的弯曲与缠绕对纤维混凝土材料有效弹性模量的影响分析

本文利用ANSYS平台构建弯曲与缠绕短纤维增强混凝土的二维和三维周期性特征体积单元,从细观数值模拟的角度计算弯曲与缠绕纤维增强混凝土材料的有效弹性模量,分析纤维的弯曲波长与振幅之比、纤维的团聚与缠绕等因素对随机纤维增强混凝土材料有效弹性模量的影响,比较了不同计算方法所得结果的差异。结果表明:短纤维的弯曲、团聚对有效弹性模量影响较大,短纤维的扭结有利于提高混凝土材料的有效弹性模量,均质化法预测弯曲和团聚短纤维的有效弹性模量是可靠的。     

短纤维复合材料注射成型纤维取向数值模拟研究进展

综述了国内外短纤维复合材料注射成型过程中纤维取向数值模拟的研究成果,包括纤维取向的描述、复合体系流变模型、工艺参数对纤维取向的影响和纤维取向数值模拟状况.展望了该领域的发展趋势.     

离心浇铸纤维复合材料基本力学性能的研究

本文在总结了不连续纤维复合材料在纤维单向分布和随机分布的情况下其弹性模量估算方法的基础上,针对离心浇铸不连续纤维的取向特点,提出了分析离心浇铸纤维复合材料弹性模量的复合层板模型。在确定了离心浇铸纤维方向分布函数g(θ)后,利用由最大能量强度准则建立起来的不连续纤维复合材料强度计算公式预报强度。试验结果与计算结果较为吻合。     

Modulus of short carbon and glass fiber reinforced composites

A theoretical model for a short fiber reinforced composite is proposed. The composite is assumed to consist of an aggregate of sub-units, each sub-unit possessing the elastic properties of a reinforced composite in which the fibers are continuous and fully aligned. The elastic constants of a partially oriented composite are then calculated by the Voigt and Reuss averaging procedures, giving upper and lower bounds respectively for the composite modulus. Comparison is made with experimental data for such composites. The measured modulus of glass and carbon fiber composites is found to be given by the Reuss or lower bound, to a good approximation compared with the difference between the bounds, for fiber orientations ranging from almost isotropic to highly aligned.     

PP/甘蔗皮纤维复合材料的拉伸性能

采用热压工艺制造聚丙烯(PP)/甘蔗皮纤维复合材料,并研究其拉伸性能。研究热压温度为175℃、压力为2 MPa、时间15 min工艺条件下纤维粒径大小和质量分数对复合材料拉伸强度和拉伸弹性模量的影响。结果表明:在甘蔗皮纤维质量分数为40%条件下,复合材料拉伸性能随着粒径减小呈现先增加后减少的趋势,当纤维粒径为40~60目(0.45~0.3 mm)时材料拉伸强度最大,为8.58 MPa,此时弹性模量为2.44 GPa;在相同纤维粒径40~60目条件下,纤维质量分数为40%时PP复合材料拉伸强度最大,纤维质量分数为50%时PP复合材料拉伸弹性模量最大,达到2.65 GPa。根据实验结果,甘蔗皮纤维增强PP复合材料在纤维粒径为40~60目、质量分数在40%时综合拉伸性能最佳。     

短纤维对橡胶发泡复合材料增强机理的细观分析

分别制备未增强的橡胶发泡体、未处理短纤维增强的橡胶发泡体和预处理短纤维增强的橡胶发泡体,考察气体泡孔和短纤维在橡胶发泡复合体中的微观形态,细观分析短纤维对橡胶发泡复合材料拉伸行为和压缩行为过程各阶段的增强机理。结果表明:气体泡孔在3种发泡复合材料基体中分布均匀,模压工艺使得短纤维在基体中呈现为平面分布,未处理短纤维周围有气泡包围,而预处理短纤维与橡胶间粘合良好;短纤维能有效地提高发泡复合材料在初始阶段的拉伸模量和100%定伸应力,特别是预处理短纤维表面与橡胶之间具有良好的粘合,有利于传递应力,限制橡胶基体的变形,而对拉伸强度却影响不大。在压缩弹性阶段,由于主要承载的泡壁中纤维呈平面取向,短纤维对压缩模量影响不大,但能有效地限制橡胶发泡复合材料在后屈曲阶段的压缩变形,提高其在高应变下的压缩强度,预处理短纤维增强效果明显高于未处理短纤维。     

Effect of prolonged water absorption on mechanical properties in cellulose fiber reinforced vinyl‐ester composites

With the increasing of worldwide societal awareness about environmental impact, sustainability, and renewable energy sources, the polymer natural fiber composites recently have attracted the attention of researchers due to the fact that they are recyclable and biodegradable. This study conducted a new infiltration method that involved very thin sheets of recycled cellulose fibers (RCF) being fully soaked in vinyl‐ester resin for the development of natural fiber reinforced polymer composites. The effect of prolonged water absorption on the mechanical behavior of cellulose fiber (0–50 wt%) reinforced vinyl‐ester composites was investigated. The elastic modulus of these composites was measured and the data were validated with various mathematical models. The modeling results revealed that the experimental data matched the prediction data obtained by the Cox–Krenchel model. Prolonged exposure of these composites to water absorption caused a reduction in elastic modulus, strength, and toughness. POLYM. ENG. SCI., 55:2685–2697, 2015. © 2015 Society of Plastics Engineers     

玻纤增强PMMA复合材料的流变行为研究

研究了长玻纤和短玻纤增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料的动态流变性能.结果表明,由于长玻纤比短玻纤更易发生缠结,长玻纤增强PMMA复合材料具有更高的动态模量和动态粘度,且其模量和粘度具有更高的浓度依赖性;长玻纤增强PMMA复合材料时,随着玻纤含量的增加,剪切变稀现象更加明显.     

Finite element analysis and experiment study on the elastic properties of randomly and controllably distributed carbon fiber-reinforced hydroxyapatite composites

Randomly distributed carbon fiber-reinforced hydroxyapatite (RCF/HA) and controllably distributed carbon fiber-reinforced hydroxyapatite (CCF/HA) composites were firstly studied to design and prepare different required composite artificial bones with satisfying mechanical properties by combining experiment approach, theoretical prediction and finite element analysis (FEA). A plug-in was obtained by secondary development of ABAQUS for the FEA. A 3D representative volume element (RVE) for RCF/HA and CCF/HA can be easily generated using this tool. Stress and strain analyses of three directions of RVE were performed by ABAQUS with different fiber mass fractions and distributions. The elastic modulus of CF/HA composites were obtained. With 0.2 wt% fiber, the elastic modulus of RCF/HA and CCF/HA composites increased by 6.31% and 54.4% compared with that of HA, respectively. For CCF/HA composites, the elastic modulus increased significantly with the increasing fiber mass fraction in the E₁₁ of the fiber. The results of experiment study and theoretical prediction were consistent with that of FEA. The maximum error between the FEA and experiment study was 2.84%, which confirmed that the RVE model was rational and accurate. The results indicated the fiber distribution can greatly affect the elastic modulus of the composites. In the future study, the controllably distributed fiber–reinforced composites would be a good choice because they can improve the mechanical properties as required. This study would endow possibility of designing and preparing the CF/HA bio-ceramics with satisfied mechanical properties by FEA and proper preparation parameter. It would also speed up application of clinical practice for CF/HA composites.     

注射成型短碳纤维增强聚乙烯复合材料力学性能的研究

研究了碳纤维含量对注射成型高密度聚乙烯/碳纤维复合材料拉伸强度、硬度和弹性模量的影响。结果表明,随着碳纤维含量的增加,复合材料的硬度、弹性模量和拉伸强度逐渐增大;当碳纤维含量小于3.3 %时,复合材料的硬度、弹性模量和拉伸强度成线性增加趋势;当碳纤维含量大于3.3 %时,复合材料的硬度、弹性模量和拉伸强度的上升趋势增大。     

锦葵纤维增强聚丙烯基复合材料力学性能研究

分别制备了锦葵纤维含量为10 %（质量分数,下同）、20 %、30 %、40 %和50 %的锦葵纤维增强增强聚丙烯基复合材料,研究了纤维含量对该复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响,并与苎麻纤维增强聚丙烯基复合材料进行了对比。结果表明,随着锦葵纤维含量的增加,锦葵纤维增强聚丙烯基复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量逐渐增加,而弯曲强度和弯曲弹性模量呈现先增大后减小的趋势,当纤维含量为40 %时达最大值;纤维含量均为30 %时,除拉伸弹性模量外,锦葵纤维增强聚丙烯基复合材料的各项指标均低于苎麻纤维增强聚丙烯基复合材料。     

冷热循环下纤维混凝土与高强钢筋间粘结强度损伤模型

通过对普通混凝土(PC)、钢纤维混凝土(SFRC)、聚丙烯纤维混凝土(PFRC)与HRB500E钢筋进行冷热循环作用后的中心拉拔试验,研究不同类型混凝土的劣化机理,分析冷热循环对PC、SFRC、PFRC的质量损失、相对动弹性模量以及粘结强度的影响。试验结果表明:冷热循环后,混凝土的质量损失和动弹性模量损失增加,钢筋与混凝土的粘结强度下降;掺入钢纤维、聚丙烯纤维的试件,其粘结强度衰减有所减弱,并且聚丙烯纤维的抑制效果更为明显。结合试验数据,对国内外的Petersen模型、Xu模型和Wu模型进行对比分析,同时考虑冷热循环对相对动弹性模量和相对粘结强度的影响,基于Weibull概率分布理论和强度衰减模型,建立了纤维混凝土与高强钢筋间粘结强度劣化模型,并通过本文数据对其进行了验证,粘结强度实测值与计算值比值的平均值为0.97,标准差为0.07,两者吻合良好,可为冷热环境下纤维混凝土结构耐久性设计提供理论参考。