Post-fire mechanical properties of marine polymer composites

Changes to the tensile and flexure properties of marine-grade glass-reinforced polyester, vinyl ester and resole phenolic composites after exposure to radiant heat are investigated. The properties were determined at room temperature after the composites had been exposed to heat fluxes of 25–100 kW/m² for 325 s or to a heat flux of 50 kW/m² for increasing times up to 1800 s. The stiffness and failure load of all three composites decreased rapidly with increasing heat flux or time due mainly to the thermal degradation of the resin matrix. The post-fire tension and flexure properties of the resole phenolic composite were similar to the properties of the other composites, despite its superior fire resistance. Models are presented for determining the post-fire mechanical properties of fire-damaged composites, and are used to estimate the reductions in failure load of composite ship materials caused by fire.     

热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

碳纳米管增强聚合物复合材料力学性能及摩擦磨损性能研究进展

本文主要就近几年来碳纳米管、增强聚合物复合材料制备及其力学性能、摩擦磨损性能影响方面研究进展,作一简要介绍.     

A study of continuous filament reinforced aluminum matrix composites

Some principal results of the research work on metal matrix composites at Beijing Institute of Aeronautical Materials, concerning CVD-produced continuous B and SiC filaments reinforced aluminum and its alloys, are summarized. The processing, fiber degradation, interface, mechanical properties and fracture behavior of the composites are discussed.Abbreviations CVD chemical vapor deposition - MMCs metal matrix composites - ROM rule of mixtures     

纤维增强热固性聚合物基复合材料层间增韧研究进展

综述了纤维增强热固性聚合物基复合材料（PMC）层间增韧的最新研究进展。热固性复合材料由于基体树脂高的交联密度而呈脆性,表现出低的冲击损伤阻抗和损伤容限特征。柔性聚合物层间增韧是改善聚合物基复合材料层间断裂韧性和抗冲击性的有效手段,且不会降低热固性树脂的热性能和高模量。目前有3种层间增韧方法：颗粒增韧、聚合物纤维增韧和薄膜增韧。讨论了3种方法的概念、实施方案、增韧机理及研究成果。最后重点阐述了创新性的复合材料“离位”增韧思想,介绍了具有全部自主知识产权的“离位”复合材料高性能化技术体系,包括预浸料和液态成型两大复合材料产品系列。     

纤维增强聚合物基复合材料的低温性能

对纤维增强聚合物基复合材料在低温领域的实际应用进行了分类介绍,通过对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能、性能影响因素和作用机理、低温应用安全性等方面的研究工作进行总结,突出各类纤维增强聚合物基复合材料低温下的性能优势,阐明了材料性能的不足之处及相应改进措施.对于实际低温应用中纤维增强聚合物基复合材料的选择、性能设计优化,系统安全性的增强提供了参考作用.     

微胶囊型自愈合聚合物基复合材料研究进展

自愈合材料是一种可以模仿生物体自行愈合的新型智能材料,具有广泛的应用前景。微胶囊型自愈合聚合物基复合材料是近年来复合材料自愈合方法领域内的研究热点之一。本文对目前聚合物基复合材料自愈合方法进行了综述,着重介绍了微胶囊型自愈合聚合物基复合材料的自愈合概念和机制、微胶囊结构及其技术发展状况,并详细介绍了微胶囊的芯材、壁材、自愈合基体材料及微胶囊临界应力等因素对复合材料自愈合性能的影响,以及自愈合效率的评估方法。最后讨论了微胶囊型自愈合聚合物基复合材料的发展趋势和面临挑战。     

基体粉末与增强粒子的粒度级配对SiCp/Fe性能的影响

使用不同粒度的铁粉,采用电流直加热动态热压烧结工艺制备了10%(体积分数)的SiC颗粒增强铁基复合材料,研究了铁粉与SiC粒子颗粒级配对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,SiC粒子与铁粉的颗粒级配,显著影响复合材料基体中增强粒子的分布状况和力学性能.建立了粒子分布的双基体颗粒级配模型,只有铁粉中一次颗粒与二次颗粒的粒径比为6.5、二次颗粒含量为4.6%、铁粉一次颗粒与SiC的粒度比值为15.9时,SiC颗粒才能很好地填充铁粉间隙并均匀地分布在基体中,复合材料将具有较高的力学性能.模型计算的结果和实验结果相符合.     

2016年第33卷第7期电子期刊

先进树脂基复合材料已经成为一类最重要的航空航天结构材料。主要介绍了国内外先进树脂基复合材料增强纤维、树脂基体、制造技术和结构功能一体化技术的发展,以及先进树脂基复合材料的考核应用状况,并讨论分析了先进树脂基复合材料的发展趋势与面临的机遇和挑战。先进树脂基复合材料发展目前面临的机遇与挑战有：树脂基复合材料继续向高性能化发展;结构功能一体化树脂基复合材料呈现多功能化和尖端化趋势;基于多尺度建模和表征的复合材料设计技术迎来极其重要的发展机遇;多功能化成为未来碳纳米复合材料发展的重要目标;环境友好催生绿色复合材料、热塑性复合材料以及高效循环再利用技术;智能复合材料技术支撑更大、更集成化复合材料整体结构的可靠应用;“互联网”时代复合材料将面临研究方式的深刻变革。     

无压浸渗制备SiCp/Al复合材料的微观组织及弯曲性能

利用无压浸渗法制备高体积分数的SiCp/Al复合材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、微观组织及断口形貌进行分析,研究了基体合金成分对复合材料抗弯性能的影响。结果表明,以Al-10%Si-8%Mg合金为基体制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷,界面反应产物为Mg2Si、MgAl2O4和Fe,且抗弯强度高于以Al-10%Si合金为基体制备的复合材料;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征。     

聚合物基导电复合材料研究进展

本文介绍了聚合物基导电复合材料的种类、用途及导电机理。并对碳系填料填充聚合物基导电复合材料及金属系填料填充聚合物基导电复合材料的研究进展进行了综述 ,最后展望了聚合物基导电复合材料的发展趋势。     

聚合物基复合材料低速冲击损伤的研究进展

聚合物基复合材料具有许多优异的性能,如比强度高和耐疲劳等,因此,被广泛应用于各个领域.然而,在其服役过程中,会受到低速冲击作用而产生明显或潜在损伤,易导致应力集中,形成安全隐患.为此,国内外科研人员对此展开了多方面的研究工作.本文综述了聚合物基复合材料低速冲击损伤及环境和材料结构对其影响的研究现状,归纳了环境作用后聚合物基复合材料的冲击损伤机理,总结了国内外对冲击损伤的测试与评估方法,对比了不同有限元模拟软件的分析方法,指出了目前研究中存在的问题,并展望了未来需要着重开展的研究方向.     

基于失效机制的单向纤维增强树脂复合材料退化模型基于失效机制的单向纤维增强树脂复合材料退化模型

基于复合材料力学理论和失效机制,建立了一种新的适用于单向纤维增强树脂基复合材料的突降退化模型,用于描述复合材料基本材料性能在不同模式失效发生后的衰减行为。在模型中不仅考虑了复合材料拉伸和压缩弹性模量的差别,还考虑了损伤后材料拉伸和压缩性能退化的不同,以及裂纹闭合效应和侧向约束对压缩失效后性能的影响。另外,该模型只需要基本材料参数作为输入,便于应用。为了验证所提出的模型,建立了T800碳纤维增强X850环氧树脂基复合材料的退化模型,并对典型复合材料螺栓连接结构的拉伸失效行为进行渐进损伤分析。数值模拟获得的结构破坏载荷、破坏形式及载荷位移曲线与试验结果有较好的一致性,验证了所提出模型的计算精度和有效性。      

Rolling of cast Al‐SiCp particulate metal matrix composites and strip mechanical properties

Thermomechanical physical simulation is applied to get the optimum hot rolling parameters of aluminium silicon carbide composites. Wrought Al 6061 and 6082 – Silicon carbide particulate (SiCp) metal matrix composite strips are prepared by stir‐casting followed by sequential rolling assisted with intermediate heat treatment to allow crystallization recovery and further processing. SiCp are used in two microgrit grades; namely F500 and F800. The reinforcing particulates are used after surface oxidation and 0.3% Mg is added during melting and stirring for loss substitution. With the pre‐treatments applied, SiCp are successfully inserted in the Al matrix, better wetting between particles and matrix, better particles distribution, less agglomeration and minimized reactions between SiC particles. Thermo‐mechanical simulation as a tool for physical simulation indicates that rolling at 450°C using a rate of 1 s^–1 rate represent suitable rolling conditions. Successive hot rolling resulted in decreasing void percent and SiCp agglomeration. Hence, enhanced mechanical properties are achieved.     

Application of viscoelastic fracture criteria to progressive crack propagation in polymer matrix composites

With the view of comparing local and global viscoelastic fracture criteria, an extension of Christensen's criterion to composite materials with stiff elastic fibers is proposed. Several versions of this criterion are compared with Schapery's local approach of the same phenomenon. The asymptotic version of Christensen's criterion for rapid crack propagation is found suitable for the material investigated, at room temperature. Dissipation in the specimen has two main sources: the undamaged material on one hand, and the damaged material inside the `failure zone' close to the crack tip on the other. The respective roles of these two kinds of dissipation are assessed.     

石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。     

石墨烯纳米片增强铝基复合材料的动态力学行为

采用压制-烧结-热挤压工艺制备石墨烯纳米片(GNFs)增强铝基(Al)复合材料,并对其进行压缩性能测试。结果表明:GNFs/Al复合材料是应变率敏感材料,当应变率从10^-3s^-1提高至3×10~3s^-1时,复合材料的强度明显提高;而当应变率继续提高至5×10~3s^-1时,由于材料内部发生热软化,复合材料的强度反而表现出少许下降。动态压缩后复合材料中铝基体发生动态再结晶,且应变率越高,动态再结晶越显著;增强相GNFs则发生扭曲变形后仍保持完整结构且与基体间保持原子间结合。因此,GNFs/Al复合材料具有良好的动态压缩塑性。     

炭基复合材料与人骨的力学性能对比分析

选用3种炭基复合材料,分别为采用化学气相沉积（CVD）工艺和CVD/浸渍复合工艺制备的2种C/C复合材料以及采用CVD/熔融渗硅（MSI）工艺制备的C/C-SiC复合材料,通过对比分析3种炭基复合材料与人骨的微观结构和力学性能,研究了所选用的3种炭基复合材料作为新型骨折内固定材料的可行性。结果表明:3种炭基复合材料与人骨均具有纤维增强、多孔基体的微观结构形态。在力学性能方面,3种炭基复合材料的弹性模量与人骨都较为接近,其中C/C-SiC复合材料的力学性能与人骨最为接近,分别为弯曲强度213.0 MPa、剪切强度19.3 MPa、压缩强度228.1 MPa,有望成为理想的接骨板材料。CVD和CVD/浸渍工艺制备的C/C复合材料,弯曲强度分别仅为161.8 MPa和174.6 MPa,低于人骨的弯曲强度,后期可通过改进坯体结构和制备工艺等方法来使其力学性能与人骨相匹配。      

Csf/BAS玻璃陶瓷复合材料的制备及其力学性能研究

为了提高钡长石(BAS)玻璃陶瓷的力学性能,采用轧膜成型、热压烧结方法制备出纤维分布均匀的致密短碳纤维增强BAS玻璃陶瓷基复合材料(Csf/BAS).采用X射线衍射分析,扫描电子显微镜、透射电子显微镜观察及三点弯曲法与单边开口梁法研究了纤维含量对复合材料组织及力学性能的影响.研究表明:Csf对BAS玻璃陶瓷有良好的强韧化效应.体积分数为30%Csf/BAS复合材料的室温抗弯强度及断裂韧性分别为255 MPa和3.45 MPa.m1/2,其主要的韧化机制为裂纹偏转、纤维的拔出与桥接.用摩尔分数25%Sr代替Ba实现了基体的六方→单斜相的完全转变,进一步提高了复合材料的力学性能.     

盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

采用中性盐雾条件模拟海洋大气环境进行加速老化试验, 评价玻璃纤维增强环氧改性酚醛树脂基复合材料( GFRP) 在海洋气候中的耐久性。通过该复合材料经盐雾老化后的质量变化和纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度的变化, 结合湿热老化机理, 研究其老化规律。结果表明, 随着老化时间的增加, 复合材料的吸湿量增加, 力学强度下降, 压缩和层间剪切曲线表现出塑性特征。吸湿最初阶段对力学性能影响最大, 纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度分别下降到56. 1 %、54. 7 %、54. 0 %、61. 0 %。其中拉伸强度变化趋势最稳定, 更适用于评价该复合材料的老化程度。