芦苇纤维/聚氯乙烯复合材料的研究

采用芦苇纤维填充聚氯乙烯,研究了芦苇纤维预处理、芦苇纤维含量、粒径大小对复合材料性能的影响。发现对芦苇纤维进行碱处理、偶联处理可提高复合材料的拉伸强度,但冲击强度略有下降;芦苇纤维含量的增加、粒径增大会使复合材料拉伸强度、冲击强度下降。     

碳纤维连续镀镍生产工艺及其屏蔽复合材料

为了提高碳纤维镀镍工艺的生产效率以及对填充复合型电磁屏蔽材料的开发,使用自行研发的碳纤维(CF)连续电镀镍生产设备生产镀镍碳纤维(Ni-CF),并制备了镀镍碳纤维增强丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)复合材料(Ni-CF/ABS),研究了偶联剂对复合材料力学性能的影响,以及纤维金属化及纤维含量对复合材料电磁屏蔽性能的影响。结果表明,偶联剂使复合材料具有更好的力学性能,拉伸和弯曲强度分别达到41 MPa和61.4 MPa。纤维质量分数为12%时,复合材料达到最佳的电磁屏蔽效能。     

纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料的力学性能

为研究纳米改性对复合材料力学性能的影响,以纳米黏土改性环氧树脂与固化剂混合胶液为基体,以三维正交机织玻璃纤维织物为增强体,利用真空辅助树脂传递模压工艺（Vacuum assisted resin transfer molding,VARTM）,制备纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料。分别测试不同质量分数（1wt%、2wt%、3wt%、4wt%）纳米黏土改性复合材料沿0°和90°方向的弯曲和拉伸性能。结果表明:当纳米黏土质量分数为1wt%时,复合材料弯曲强度最大,沿0°和90°方向的弯曲强度分别增大了约7.21%和13.71%,弯曲模量分别增大了约5.69%和16.64%。当纳米黏土质量分数为3wt%时,复合材料拉伸强度最大,沿0°和90°方向的拉伸强度分别增大了约24.96%和27.93%,拉伸模量分别增加了约21.35%和13.26%。这是由于纳米黏土呈纳米尺度以片层状分散于环氧树脂中,增加了两相间的接触面积,提高纤维/树脂界面的结合力,进而增强了复合材料的力学性能。      

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

玉米秸秆纤维/脱硫石膏复合材料的性能

采用玉米秸秆纤维作为脱硫建筑石膏的增强材料, 通过力学性能测试实验研究了不同掺量秸秆纤维对石膏基复合材料力学性能的影响, 讨论了秸秆纤维的增强机制。结果表明, 秸秆纤维的掺量为5%时, 试样的抗折强度和抗压强度较空白样分别提高了92.31%和7.14%; 采用碱处理法、 聚丙烯酰胺化学包覆法、 丙烯酸化学包覆法对秸秆纤维进行表面改性, 通过力学性能测试实验和扫描电镜微观形貌观察研究了纤维表面改性对石膏基复合材料力学性能的影响。结果表明, 纤维表面改性改善了复合材料的界面结合状况, 进一步提高了复合材料的力学性能, 丙烯酸化学包覆改性可使脱硫建筑石膏复合材料的抗折强度较未改性玉米秸秆纤维/脱硫石膏复合材料提高55.71%, 抗压强度提高22.99%。      

锦纶纤维的络合改性及锦纶/天然橡胶复合材料性能的研究

采用氯化钙-甲醇溶液对锦纶66纤维进行络合改性,再用环氧树脂/固化剂深入改性,将处理后的纤维、端羟基液体聚异戊二烯橡胶以及天然橡胶制成母炼胶,制备锦纶纤维增强天然橡胶复合材料。考察了纤维的改性效果,和氯化钙浓度对复合材料静态力学性能以及动态力学性能的影响。SEM、XRD检测表明氯化钙-甲醇溶液对锦纶纤维的络合改性效果明显,从而改善了纤维表面与复合物基体间的界面粘接。力学性能显示当氯化钙溶液的浓度分别为2wt%和4wt%时,300%定伸应力和撕裂强度(纵向)各有最优值。DMA结果表明锦纶纤维经过改性后会增大复合材料的储能模量和损耗模量,减小损耗因子峰值,从而提高了纤维与橡胶基体的界面粘合。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

拟薄水铝石改性环氧树脂复合材料的制备与性能

采用水热合成法制备拟薄水铝石(AlOOH)纳米棒,以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为表面改性剂,制得mAlOOH,以环氧树脂(Epoxy,EP)为基体,制备AlOOH/EP和mAlOOH/EP复合材料。研究AlOOH和mAlOOH的填充量对AlOOH/EP及mAlOOH/EP复合材料性能的影响。结果表明,mAlOOH明显提高了mAlOOH/EP复合材料的力学性能。mAlOOH的填充量为4wt%时,mAlOOH/EP复合材料的冲击强度和弯曲强度分别比聚合物基体分别提高了259%和44%;填充量不超过5wt%时,mAlOOH/EP的介电常数与介电损耗均略低于纯环氧树脂。当添加量为3wt%时,mAlOOH/EP具有最低的介电常数和介电损耗及最高的玻璃化转变温度(123℃)。      

羧基化多壁碳纳米管改性洋麻纤维对其环氧树脂复合材料界面性能的影响

植物纤维增强复合材料正广泛应用于生活中各领域,但亲水性增强体与疏水性基体之间界面不相容的问题限制了复合材料的力学性能,本论文通过羧基化碳纳米管(c-MWCNTs)改性洋麻纤维,探究洋麻纤维/环氧树脂复合材料的界面改善机制。首先利用水和NaOH对洋麻纤维进行预处理,通过观测纤维直径变化、红外光谱图和纤维束断裂强度变化,探讨不同预处理方式对c-MWCNTs接枝洋麻纤维的效果影响;然后使用含量分别为0.5wt%、1wt%和3wt%的c-MWCNTs改性洋麻纤维,通过单纤维抽拔实验,探讨洋麻纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度(IFSS)变化。结果表明,与原洋麻纤维和水预处理过的洋麻纤维相比,经过NaOH处理后的洋麻纤维,直径变化幅度和纤维束断裂强度降低幅度最小,复合材料的尺寸稳定性较高;通过单纤维抽拔实验证明,洋麻纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度逐渐升高,但是有效性逐渐降低,当c-MWCNTs质量分数为0.5wt%时,c-MWCNTs处理洋麻纤维的有效性最高,达到45.09%;洋麻纤维/环氧树脂复合材料的界面性能得到改善,c-MWCNTs的存在增强了纤维与树脂基体间的机械锁结作用。     

纳米填料改性丁基橡胶复合材料的力学性能、芥子气防护性能和燃烧性能

以有机蒙脱土、纳米级SiO₂气凝胶和沉淀法白炭黑等具有不同粒子形状和结构特性的纳米粒子为增强填料,采用熔体共混法制备了丁基橡胶复合材料。采用SEM和XRD对复合材料的微观结构进行了表征,并研究了不同纳米填料对复合材料的力学性能、芥子气防护性能和燃烧性能的影响。结果显示：纳米级SiO₂气凝胶/丁基橡胶复合材料的力学性能最优,填充15 wt% SiO₂气凝胶的复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别比丁基橡胶硫化胶提高了9倍和2.2倍。复合材料的芥子气防护性能与纳米填料的粒子形状有密切的关系,填充15 wt%层片状结构有机蒙脱土的复合材料的芥子气防护时间达到了21h以上,明显优于填充近似球形粒子的纳米级SiO₂气凝胶和白炭黑的复合材料的防护性能。然而纳米填料使复合材料的氧指数和氧化分解温度只有少量提高,阻燃性能改善有限。     

Fatigue performance of RC beams strengthened with CFRP under coupling action of temperatures and vehicle random loads

Considering significant influence of servicing environments and vehicle random loads on fatigue performance of main load‐bearing members of bridges, in this paper, fatigue performance of reinforced concrete bridge structures strengthened with carbon fibre–reinforced polymer under coupling action of environmental temperatures and vehicle random loads was studied. A vehicle random loading spectrum for fatigue tests was simulated and compiled. A fatigue testing method with coupling action of random loads and temperatures was proposed, and 3‐point bending fatigue tests of the reinforced concrete beams strengthened with carbon fibre–reinforced polymer under coupling action of temperatures and vehicle random loads were performed. Effects of temperatures and loading form on the fatigue damage mechanism were preliminarily discussed. A modified Palmgren‐Miner rule and semiempirical fatigue equations were proposed and proved effective.     

偶联剂对玻璃纤维增强淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

分别以马来酸酐、KH550、KH560和KH570为偶联剂对玻璃纤维进行预处理,再与淀粉、聚乳酸(PLA)复合,通过熔融挤出法制备玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料。研究了偶联剂种类对玻璃纤维增强复合材料熔融指数、力学性能、热性能和熔融流变性能的影响。实验发现马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料的熔融指数和力学性能都依次增大,表明KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料的界面黏结作用最强。对热性能进行表征发现,马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料玻璃化转变温度、重结晶温度、结晶度和热稳定性均依次提高。受玻璃纤维与淀粉/PLA基体界面黏结效果的影响,马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA体系的储能模量和复数黏度依次增大。     

晶须增强CMCs多种增韧机制的耦合效应

采用统计学的方法分析、描述了与晶须随机取向相关联的多种机制的耦合效应,给出了裂纹尾流区架桥应力的理论形式,讨论了晶须/基体界面解离对增韧特性的影响.结果表明,解离越大架桥应力曲线越平缓,增韧效果越显著,但是增韧过程越长.对SiC晶须增强Si3N4材料的理论拟合结果表明,耦合增韧模型基本上反映了晶须增强CMCs增韧过程的内在作用方式.     

新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究

设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明：这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。     

界面对树脂基复合材料拉-拉疲劳性能影响研究

采用正交试验的方法,通过改变基体树脂和增强材料的种类以及采用偶联剂对界面改性的方法,研究了界面对树脂基复合材料拉-拉疲劳性能的影响。结果表明:基体树脂和增强材料之间的匹配性对复合材料疲劳性能具有重大的影响。通过采用偶联剂对界面进行改性处理可以在一定程度上提高纤维增强复合材料的疲劳性能。     

Effect of block copolymer coupling agents on properties of mica reinforced polymeric composites

In the systems of mica reinforced polymers based on polystyrene and polypropylene, block copolymers polystyrene-b–polyisoprene-b–polyvinyltriethoxysilane (PS-b–PI-b–PVTOSI) and polystyrene–polyvinyltriethoxysilane (PS-b-PVTOSI) were used as macromolecular coupling agents to treat mica. Compared to common coupling agents, e.g. A-174, A-151 and A-1100, such block copolymer coupling agents can much more effectively improve the interfacial adhesion of mica reinforced polystyrene and significantly increase the mechanical properties of the composites. In a certain range, an appropriate increase in the block lengths of polystyrene and polyvinyltriethoxysilane is desirable for the mechanical properties. The introduction of the middle flexible polyisoprene block and the increase in its length are of advantage to the impact strength of the composites. The good compatibility of the matrix polymer and the block copolymer coupling agent is in favor of the improvement in the interfacial adhesion.     

竹纤维增强聚氯乙烯发泡复合材料的制备与性能

以竹纤维和聚氯乙烯为原料,加入冲击改性剂、偶联剂、发泡剂等生产助剂,通过熔融混炼挤出,最后注塑成型为复合材料试样.研究了竹粉含量、冲击改性剂含量、偶联剂和发泡剂种类对该复合材料力学性能的影响,并利用扫描电镜分析了发泡复合材料的微观结构.结果表明：竹粉在一定添加量范围内对聚氯乙烯塑料基体的力学性能具有一定的增强效果,当竹粉添加质量分数超过20％后,复合材料的力学性能开始降低;抗冲击改性剂CPE的加入,可以在聚氯乙烯/竹粉复合材料体系中形成橡胶态过渡结构,组成不均匀相,进而提高复合材料的韧性;选用的几种偶联剂中,硅烷偶联剂对复合材料力学性能的作用效果最好,马来酸酐接枝聚丙烯次之,随后是改性EVA、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂;组合发泡剂对聚氯乙烯/竹粉复合材料的发泡效果优于单一发泡剂,当AC＋尿素的添加质量分数为1.0％,且两者的质量比为1∶1时,其作用效果最优,泡孔数量多且均匀.     

钢筋锈蚀再生混凝土梁刚度退化规律及计算方法研究

为探究锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的结构力学行为及刚度退化规律,设计了3组不同应力幅作用的钢筋混凝土梁锈蚀-疲劳耦合持荷试验,分析了各试验梁的疲劳寿命及刚度演化规律。结果表明,钢筋、混凝土疲劳和钢筋的锈蚀耦合作用下,钢筋混凝土构件的疲劳寿命显著降低,疲劳梁和锈蚀疲劳耦合梁的挠度发展曲线均呈现“突增-稳定-突增”的变化规律,且锈蚀疲劳耦合梁在第二阶段的挠度发展速率要远大于同应力幅下的疲劳加载梁。该方法在既有规范基础上分别改进了现有疲劳梁和锈蚀疲劳耦合作用下结构的挠度计算方法,可以有效考虑钢筋疲劳作用、外荷载应力幅、混凝土模量退化、钢筋锈蚀等因素的影响,其计算值与试验值吻合较好,验证了该文提出的刚度计算模型的有效性。     

硅烷偶联剂对玻璃织物/水泥复合材料界面行为的影响

本文通过织物抽拔试验和抽拔试验后残留在水泥基体中的纤维表面形貌扫描电镜照片分析,研究了在玻璃纤维织物表面涂覆硅烷偶联剂或涂蜡,对它增强的水泥基复合材料界面行为的影响.实验结果表明:在玻璃纤维织物表面涂覆硅烷偶联剂有利于它与水泥基体间的界面粘结,改善它们间的界面行为,在玻璃纤维织物表面涂蜡则不利于它与水泥基体间的界面粘结.     

高温作用后聚丙烯纤维混凝土的抗冻性

本文开展了高温作用后的聚丙烯纤维混凝土冻融循环试验,研究分析了高温与冻融循环耦合作用下聚丙烯纤维混凝土抗冻性能的退化规律,采用扫描电子显微镜(SEM)研究分析了聚丙烯纤维混凝土细微观结构损伤特征。研究表明,高温对混凝土的抗冻性有显著影响,经历温度越高,混凝土抗冻性越差。高温和冻融循环的耦合作用加速了混凝土动弹性模量和抗压强度的衰减,掺入适量的聚丙烯纤维能够改善和提高混凝土高温损伤后的抗冻性能。