含孔隙碳纤维/环氧树脂层合板力学性能模拟

为了探究孔隙率对织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板拉伸强度和压缩强度的影响规律,分别测量了孔隙率为0.33%、0.71%及1.50%的复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度并进行有限元模拟.试验结果表明:随着孔隙率的增加,复合材料层合板的拉伸强度和压缩强度均呈下降趋势.建立了适用于织物纤维增强复合材料的静态力学强度的失效准则,结合刚度突然退化模型,通过引入不同孔隙率复合材料的基本强度参数,使用ABAQUS软件建立有限元模型,对不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度进行了较为准确的预测.     

气相生长纳米碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及其力学性能

为了改善气相生长纳米碳纤维(VGCNFs)在环氧树脂中的分散性能和界面结合性能,利用两步化学氧化法对VGCNFs表面进行化学改性,制备了VGCNF/环氧树脂复合材料,并对复合材料的力学性能进行了研究。利用傅立叶红外光谱分析仪,透射电子显微镜,场发射电子扫描显微镜及万能材料强力测试仪分别对样品的微观结构和力学性能进行测试分析。结果表明:经过表面处理的VGCNFs在环氧树脂中均匀分散;添加少量VGCNFs的复合材料的拉伸强度和杨氏模量得到了显著提高;拉伸强度在VGCNFs的添加量的质量百分数为8%时达到极值,相比同等添加量的未经表面处理的VGCNFs制备的复合材料的拉伸强度提高了12.2%。     

纳米碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究

采用浓酸(浓硫酸/浓硝酸)氧化法对纳米碳纤维进行表面处理,在水热和超声分散条件下,制备了纳米碳纤维/环氧树脂复合材料。红外光谱测试结果表明,酸化处理在纳米碳纤维表面引入了羟基和羧基等能参与环氧树脂固化反应的官能团。处理后纳米碳纤维的分散性有了明显的改善和提高。SEM和复合材料拉伸性能测试结果也显示了酸化处理能有效改善纤维与树脂的界面结合状况,提高复合材料的拉伸性能。当酸化处理纳米碳纤维的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值,是纯树脂的1.8倍,是同含量未处理纳米碳纤维材料的1.6倍。     

玄武岩纤维布增强环氧树脂复合材料研究

以玄武岩纤维平纹布 (BF) 加入到环氧树脂 (EP) 中,采用模压工艺制备BF／EP 复合材料,研究加入不同层数的玄武岩纤维布对复合材料力学性能和断裂韧性的影响。实验结果表明,BF/EP复合材料的弯曲强度、冲击强度和断裂韧性明显优于环氧树脂;与未加BF的环氧树脂相比,加入三层BF后复合材料的弯曲强度提高了2.76倍,缺口冲击强度提高了19.67倍,无缺口冲击强度提高了5.94倍,KIC提高了2.97倍。     

玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料力学性能分析

采用连续玻璃纤维与环氧树脂相复合,通过金属模压成型工艺,制备出单向玻璃纤维／环氧树脂复合材料。通过三点弯曲实验论证单向纤维对树脂基体的增强作用,从而研究不同纤维含量下复合材料的弹性模量、纵向拉伸强度、纵向压缩强度的变化趋势。结果表明：随着纤维含量的增加,复合材料的力学性能均增强,当纤维体积含量为50％时,其各项性能均较好,弹性模量为40GPa,纵向拉伸强度为1200MPa,纵向压缩模量为700MPa。此外,对复合材料的其他常用力学性能参数进行检测。     

黄麻纤维/环氧树脂复合材料的力学性能

探讨了黄麻/环氧树脂复合材料板的制作方法,并对不同质量分数与长度的黄麻纤维增强的板材进行了拉伸及弯曲性能测试,采用扫描电镜观察了拉伸断面的微观形貌.讨论了纤维质量分数与长度对复合材料拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量的影响.实验结果表明,加入黄麻纤维有利于提升环氧树脂的拉伸和弯曲,纤维质量分数与长度对复合材料力学性...     

纤维组分比例对玄武岩/聚丙烯复合材料力学性能影响研究

采用非织造加工工艺,将玄武岩纤维和聚丙烯纤维通过开松混合后梳理成网,然后按照一定的尺寸制成预制件,使用模压成型工艺制备玄武岩/聚丙烯复合材料,研究不同比例的玄武岩纤维和聚丙烯纤维对复合材料力学性能的影响,并通过数学方差分析方法确定了影响因素的显著性.结果表明:当玄武岩纤维和聚丙烯纤维的比例为30/70时,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量达到最高,最大拉伸强度、弯曲强度分别为92.998 MPa和156.134 MPa,最大拉伸和弯曲模量分别为3.400 GPa和1.288 GPa.     

碳纤维上电聚合噻吩对复合材料性能的影响

为了改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,以噻吩为单体,采用循环伏安法对碳纤维进行电化学聚合改性.利用扫描电子显微镜研究了电化学聚合改性前后碳纤维的表面结构变化,采用电脑伺服控制材料试验机测试了碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能.结果表明,当噻吩浓度为0.4 mol/L时,峰值电流增加幅度最大,电聚合效果最佳.当循环次数达到60次时,碳纤维表面电化学聚合反应完全,碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度可由13.46 MPa增加到23.79 MPa,提高约76.75%.电化学聚合后大量片层状聚噻吩聚合物在碳纤维表面聚集,碳纤维与环氧树脂基体紧密结合,界面性能明显提高.     

CFRP板拉伸性能的非线性超声试验研究

在碳纤维增强复合材料(CFRP)板中激励压电晶片产生超声Lamb波,并利用Lamb波对复合材料板在拉伸试验各阶段进行非线性超声研究,分析板中产生的高次谐波以及非线性超声系数与应力的变化关系。实验结果表明:复合材料板在拉伸过程中产生了明显的二次谐波和三次谐波,非线性超声系数在应力较小时随应力缓慢增大;当拉伸应力达到450MPa时,复合材料板中发生了碳纤维断裂现象,非线性超声系数随应力增大产生振荡;当拉伸应力达到850MPa时,非线性超声系数随应力快速增大,直至断裂失效。通过分析可知,非线性超声检测技术可对碳纤维增强复合材料中的微损伤和性能退化进行早期的预警。     

铺层角度对头盔壳体用碳/芳纶混杂纤维复合材料力学性能的影响

为了研究铺层角度对头盔壳体用碳/芳纶混杂纤维复合材料力学性能的影响,根据所测量的织物在头盔曲面上的最终取向,采用RTM工艺,设计制备了碳纤维织物单向取向为0°、5°、12°、32°、45°、75°、80°、85°的8种复合材料层板,研究铺层角度对其拉伸和弯曲性能的影响.结果表明:在0°铺层时试样的拉伸强度和模量达到最大...     

多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺二次功能化表面改性超高分子量聚乙烯纤维

为提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度,采用多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺(PEI)二次功能化对UHMWPE纤维进行表面改性,并通过FTIR、XPS、SEM和单丝拔出实验等方法分析改性前后UHMWPE纤维的表面特征及UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面剪切破坏情况.结果表明:经过多巴胺涂覆和PEI二次功能化后的纤维表面产生羟基和氨基等活性官能团;改性后的纤维表面粗糙度增加;改性前后纤维力学性能基本不变;改性后的UHMWPE纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度有所增加,当PEI质量浓度为5 mg/m L时,PEI二次功能化后的UHMWPE纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度为1.185 MPa,与未改性UHMWPE纤维复合材料相比,提高了65.27%.     

PLA/黄麻层压复合材料的紫外老化性能

为了探索紫外照射对PLA/黄麻层压复合材料性能的影响,延长复合材料在实际应用中的使用寿命,采用模压成型法和薄膜堆叠法制备PLA/黄麻层压复合材料,研究紫外老化时间对复合材料力学性能的影响,并对复合材料拉伸后的断口形貌进行分析。结果表明：随着紫外老化时间的延长,复合材料的拉伸和弯曲性能均表现为先上升后下降,均在老化48 h后达到最大,拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量较未老化的复合材料分别提高了约19.29%、17.73%、23.49%和24.97%。这可能是由于在老化时间较短时,PLA分子链交联占据主导作用,提高了界面粘结性。随着老化时间进一步延长,拉伸和弯曲性能开始不断下降,这可能是由于PLA分子链的老化断裂开始起主导作用,导致界面粘结性下降。     

乙二醛对淀粉/低密度聚乙烯/黄麻纤维复合材料性能的影响

通过熔融共混法制备淀粉/低密度聚乙烯/黄麻纤维复合材料（S/LDPE/F）.考察乙二醛的加入对复合材料拉伸性能和耐水性的影响.结果表明：乙二醛的加入有效地提高了复合材料的拉伸强度,当乙二醛的加入量为5％（质量分数）、压片反应时间为5min时,拉伸强度达到21.5 MPa,比相同条件下制备的未加乙二醛的复合材料拉伸强度（6.25 MPa）提高了244％;加入乙二醛后复合材料的耐水性也有所提高;XRD结果显示：加入乙二醛后淀粉的结晶被进一步破坏.拉伸断口扫描电镜照片表明：乙二醛的加入使黄麻和塑化后淀粉之间的界面结合得到了改善.     

全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究

3D打印成型碳纤维接枝碳纳米管增强热塑性复合材料的强度提高

王婼楠¹，吴海宏^1，2，郭子月³，刘春太²，申长雨²

（1. 河南工业大学 机电工程学院，郑州450001; 2.郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心，郑州450002; 3.中山大学 数学学院（珠海）,珠海519082）

创新点说明：

1) 研究了碳纤维定量接枝碳纳米管对热塑性复合材料的界面性能及拉伸性能的影响。

2) 用3D打印模压成型的工艺方法制备了热塑性复合材料。

研究目的：

研究碳纤维表面接枝不同含量的碳纳米管对复合材料微观结构、界面性能和力学性能的影响。

研究方法：

1) 采用溶液法，通过控制碳纳米管接枝反应时间，制备不同含量碳纳米管接枝碳纤维，然后用硝酸刻蚀法，去除残留溶剂，验证了碳纳米管接枝的可靠性。用扫描电镜观察碳纤维的微观形貌，用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析。

2) 用扫描电镜观察碳纤维与基体的结合情况并用接触角测量仪测试碳纤维与基体的接触角。

3) 通过 3D打印成型法成型了热塑性复合材料样条，并用扫描电镜观察碳纤维热塑性复合材料的界面微观形貌。

4) 采用万能试验机测试3D打印成型热塑性碳纤维复合材料的拉伸性能，并观察复合材料断口形貌。

结果：

1) 溶液法.扫描电镜观察发现碳纳米管在碳纤维表面均匀分布，表明碳纤维与碳纳米管之间存在较强的键合关系。但随着接枝时间的增加，碳纤维表面的碳纳米管含量逐渐增加，但达到0.4%时，出现分散不均匀现象。碳纤维表面含有上浆剂和去掉上浆剂的对比发现，无上浆剂的碳纤维表面沟壑明显，这些沟槽可以增加碳纤维的比表面积和表面能，增强了基体与碳纤维的机械相互作用。用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析，结果表明，经偶联剂改性后，C=O键含量明显增加，碳纤维表面引入含氧官能团。C1，O1S峰增强，表明碳纳米管接枝到了碳纤维表面。

2) 扫描电镜结果表明，与表面未接枝碳纳米管的碳纤维相比，接枝碳纳米管的碳纤维与基体PA6具有更好的润湿性。接触角测试结果对比发现，接枝碳纳米管的碳纤维与基体的接触角，明显小于未接枝碳纳米管的。

3) 通过扫描电镜观察复合材料的界面微观形貌，结果表明：纤维与基体之间存在一定厚度的界面层，界面层的存在可以减轻纤维与基体之间的力学性能突变引起的应力集中，并防止界面缺陷的扩展。

4）界面结合强度测试结果表明，当碳纳米管的质量分数增加到0.25%时，复合材料的界面结合强度比未接枝碳纳米管的碳纤维增强的PA6复合材料提高了20%，比表面有环氧的碳纤维复合材料提高了41.8%。然而当碳纳米管含量大于0.4%时，界面结合强度不再继续增加。力学测试表明碳纳米管含量为0.25%的复合材料具有最高的平均模量、拉伸强度和界面剪切强度。接枝碳纳米管的碳纤维复合材料断口形貌可以观察到界面处基体中的韧窝。表明基体树脂在拔出纤维前经历了较大的塑性变形，表明纤维与基体有很好结合性。

结论：

实验结果表明，碳纳米管可以提高表面的润湿性和CF表面粗糙度。碳纳米管接枝碳纤维增强PA6与环氧上浆的碳纤维复合材料相比，当碳纳米管的质量分数达到0.25%时，复合材料的界面结合强度增加了41.8%，拉伸强度提高了130%，界面剪切强度提高了238%。然而，随着碳纳米管含量的继续增加到0.4%时，界面结合强度和力学性能就会下降。

关键词：热塑性复合材料，界面结合强度，界面剪切强度，3D打印成型

     

碳纤维上电聚合噻吩对复合材料性能的影响

为了改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,以噻吩为单体,采用循环伏安法对碳纤维进行电化学聚合改性.利用扫描电子显微镜研究了电化学聚合改性前后碳纤维的表面结构变化,采用电脑伺服控制材料试验机测试了碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能.结果表明,当噻吩浓度为0. 4 mol/L时,峰值电流增加幅度最大,电聚合效果最佳.当循环次数达到60次时,碳纤维表面电化学聚合反应完全,碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度可由13. 46 MPa增加到23. 79 M Pa,提高约76. 75%.电化学聚合后大量片层状聚噻吩聚合物在碳纤维表面聚集,碳纤维与环氧树脂基体紧密结合,界面性能明显提高.     

三维编织T300/QY9512弯曲性能的实验研究

对于均质各向同性材料，三点弯曲实验和四点弯曲实验得到的弯曲模量与拉伸模量基本上一致。而对于三维编织复合材料，其弯曲模量特性则与拉伸性能不同。通过对三维编织T300／QY9512复合材料三点弯曲和四点弯曲的实验，得到三维编织复合材料的弯曲性能。比较分析后，发现与四点弯曲实验不同，三点弯曲实验并不能直接得到试件的弯曲模量；而两种实验得到的强度差异不大。与拉伸压缩的实验数据比较，可以得到：试件的弯曲模量不等于其拉伸和压缩模量；弯曲强度也不同于拉伸强度和压缩强度。试件的弯曲破坏是由试件内部压缩失效造成的结论。     

SiC_f/Ti_2AlNb复合材料高温拉伸断裂行为研究

选用SiC纤维作为增强体,Ti_2AlNb合金为基体,采用磁控溅射法并结合热等静压工艺制备纤维体积分数为50%的SiC_f/Ti_2AlNb复合材料。通过观察该材料的断口表面及断口附近剖面形貌,研究SiC_f/Ti_2AlNb复合材料在750℃高温的拉伸断裂损伤及断裂过程。研究发现,SiC_f/Ti_2AlNb复合材料断口形貌复杂,在高温拉伸实验过程中,复合材料存在的断裂损伤有界面反应层多次断裂、界面脱粘、纤维二次断裂、基体塑性变形、基体韧性断裂、纤维拔出和W芯"拔出"。     

苎麻增强不饱和聚酯复合材料的力学性能

分别以苎麻原麻和碱处理的原麻（碱麻）为增强体,KH550为偶联剂,制备了苎麻增强不饱和聚酯复合材料．探讨了偶联剂用量和纤维含量对复合材料力学性能的影响,并用扫描电子显微镜对复合材料的断面进行了观察．实验结果表明,复合材料的力学性能得到了较大的提高．原彬不饱和聚酯复合材料的拉伸强度达132．6MPa,弯曲强度达364．6MPa;碱彬不饱和聚酯复合材料拉伸强度迭116．5MPa,弯曲强度达297．7MPa．     

C(f)/HA-PMMA生物复合材料的合成

以丙烯腈基短切碳纤维(C(f))为增强相、纳米羟基磷灰石(HA)为改性体,并以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基体,采用原位合成与溶液共混相结合的方法制备了C(f)/HA-PM-MA生物复合材料.用红外吸收光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分析测试手段对材料的组成结构及断面的微观形貌等进行了测试与表征,使用万能材料试验机测试了其力学性能.结果表明:该合成工艺可以保证短切碳纤维和HA在基体PMMA中均匀分布;与纯PMMA相比,所制备的复合材料具有较好的弯曲强度和弯曲模量,当碳纤维含量为4％,HA含量为2％时复合材料的弯曲强度达到极大值97.41 MPa.     

溅射功率对碳纤维及C/C膜界面复合材料性能的影响

室温下利用磁控溅射技术在碳纤维表面沉积碳膜,探究溅射功率对碳纤维及其复合材料性能的影响。结果表明:不同溅射功率改性后的碳纤维与改性前的碳纤维相比,石墨化程度、微晶尺寸均有一定程度的增大;随着溅射功率的增大,断裂强度和弯曲强度都呈现出先增大后减小的趋势,与改性前相比,断裂强度分别提高了27.14%(150W)、32.98%(250W)、18.89%(350W)、17.94%(450W),弯曲强度提高了28.66%(150W)、39.45%(250W)、8.49%(350W)、3.28%(450W);并且改性后的碳纤维增强复合材料在拉伸过程中会出现屈服阶段,不再是典型的脆性断裂,界面性能得到改善。