缠绕成型复合材料制品力学性能测试方法研究

纤维缠绕成型复合材料由于其加工的特点,进行力学测试时存在不同的测试方法。为选择一种更为精确并且简便易行的测试方法,本文综述了缠绕成型纤维增强复合材料制品的几种常见力学性能测试方法及相应标准,结合相关理论对纤维缠绕复合材料力学性能测试的各种方法进行分析,确定了通过NOL环测试缠绕成型制品的方法。     

物理所非晶合金中流动单元与室温塑性变形研究获进展

正最近,汪卫华研究组白海洋研究员、博士研究生鲁振等发展了一种简单、但很有效的调制非晶结构和流动单元的方法-室温缠绕法(mandrel winding method)。该方法通过施加径向的应力,可以方便、有效地调制非晶中的流动单元浓度,实现非晶合金中的室温塑性变形,同时避免产生剪切带,是一种只有纯形变单元承     

加工方式对PP/EAA/LDH复合材料性能影响

进行了聚丙烯(PP)、乙烯–丙烯酸共聚物(EAA)及水滑石(LDH)复合材料改性一体化研究,并研究了一次熔融挤出加工法和二次熔融挤出加工法对PP复合材料性能的影响。X射线多晶衍射、透射电子显微镜分析表明:两种加工方法制备的复合材料中EAA均插层和剥离了LDH,改善了LDH在PP基体中分散性,并且一次挤出加工效果优于二次挤出加工效果;热失重分析表明,两种加工方式均提高了复合材料的热稳定性能;静态力学性能测试表明:一次挤出加工制备的复合材料PP1的拉伸强度、拉伸弹性模量和缺口冲击强度均高于二次挤出加工制备的复合材料PP2。实验表明一次熔融挤出加工方法对复合材料中LDH插层和剥离效果以及LDH在PP基体中分散效果优于二次熔融挤出加工。     

纤维缠绕机高精度闭环张力控制系统研究

大型复合材料壳体主要采用卧式纤维缠绕机缠绕成型,缠绕成型方式分为纵向缠绕及环向缠绕,其中前者是壳体成型的主要方式,纵向缠绕过程中张力的高精度控制是决定复合材料壳体成型质量的重点及难点.为提升复合材料壳体缠绕成型的质量及效率,本文针对卧式纤维缠绕机纵向缠绕张力高精度控制需求,通过分析闭环张力系统控制原理,提出了一种以伺服...     

先进热塑性树脂基复合材料预浸料的制备及纤维缠绕成型技术

本文简要总结了国内外高性能热塑性树脂的基本性能与开发应用现状.详细论述了预浸渍(反应链增长浸渍工艺、熔融浸渍工艺和溶液浸渍法)和后浸渍(纤维混合法、粉末混合工艺、Fit工艺和薄膜叠层法等)两大类热塑性复合材料预浸料的制备方法,着重介绍了应用较少的溶液浸渍法,并分析了各种制备方法的优缺点.对比分析了热塑性复合材料缠绕成型三条工艺路线(预浸带缠绕/原位固结工艺,预浸带缠绕/后固结工艺和在线浸渍缠绕/原位固结工艺)各自的特点与优势.最后介绍了本课题组采用在线溶液浸渍缠绕/原位固结成型工艺制备连续纤维增强新型可溶性聚芳醚砜酮(PPESK)树脂基复合材料(套筒部件和NOL环)方面所取得的研究进展.     

中空复合材料的成型工艺及应用进展

目前中空复合材料作为一种新式材料,被越来越多的应用在各种产业,其所带来的效果也十分突出。本文从铺放成型、缠绕成型、真空辅助成型等方面介绍了中空复合材料的成型工艺,具体阐述了中空复合材料在航空航天、交通运输等领域的应用进展,并对其发展前景进行了展望。     

小角度缠绕矩形复合材料管的研究

主要从材料选择、模具设计、线型设计等方面着手,对小角度缠绕矩形复合材料管成型技术进行研究;设计的带挂线模具封头在小角度缠绕下改善了纤维缠绕线型滑线,减少了材料损耗;解决了小角度缠绕矩形复合材料管的缠绕线型稳定问题。实践结果表明:小角度缠绕矩形复合材料管方法可行。     

红外加热缠绕成型工艺参数对CF/PEEK复合材料层间剪切性能的影响

为获得层间粘结性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)缠绕成型制品,以粉末浸渍法制备的CF/PEEK单向带为原料,采用自制的高功率红外加热热塑性复合材料缠绕成型设备,进行缠绕成型工艺的研究。以层间剪切强度(ILSS)作为评价缠绕制品性能的主要依据,分别研究了缠绕成型过程中的送料张力、下压辊压力、缠绕速率、加热温度、预热时间和冷却速率等关键工艺参数对CF/PEEK环制品性能的影响。实验结果表明,成型温度为410℃,预热为40 min,送料张力为8 kg,下压辊气缸压力为0.30 MPa,芯模转速为6 r/min,缓慢冷却条件下制得的缠绕制品性能最优,层间剪切强度达到(82.29±1.27) MPa,并据此制备出了CF/PEEK缠绕管道。     

热压成型和注塑成型CF/PP复合材料的力学性能对比

通过热压成型和注塑成型2种不同加工方法制备了碳纤维(CF)/聚丙烯(PP)导电复合材料,对比了2种复合材料的力学性能,结果表明注塑成型的CF/PP具有较高的拉伸强度和弹性模量。结合扫描电子显微镜观察,分析了这2种加工方法对CF/PP复合材料的微观结构和力学性能的影响。     

树脂基复合材料湿法缠绕成型研究进展

缠绕成型可获得性能优异的复合材料及其制品.相对于干法缠绕成型而言,湿法缠绕成型可有效降低复合材料的制造成本.本文简要介绍了湿法缠绕用增强材料的状况,综述了湿法缠绕用树脂基体和湿法缠绕工艺的研究进展     

碳纤维复合材料迫击炮身管结构设计与缠绕工艺研究

纤维增强复合材料具有比刚度高、比强度大的轻量化优势,以及可设计性强、耐腐蚀性优、抗疲劳性好等显著特点,可作为武器装备轻量化设计的绝佳选材。在对迫击炮身管进行受力分析的基础上,提出了采用金属内衬外加碳纤维复合材料增强层的迫击炮复合身管双层结构,介绍了用于迫击炮复合身管加工的缠绕设备和缠绕工艺,基于实验结果,综合分析了碳纤维材料的选择、铺层顺序、纤维缠绕张力等工艺对迫击炮复合身管承压性能的影响,可为火炮复合材料身管以及复合材料承载圆筒的结构设计与加工提供参考。     

On-line consolidation mechanisms in thermoplastic filament winding

The on-line consolidation process, using a single roller, in thermoplastic filament winding (tape laying) has been investigated. A one-dimensional, semi-empirical, on-line consolidation process model is proposed that describes the deformation and flow phenomena. The model is used to predict the applied load necessary to achieve a desired fiber volume content of filament wound thermoplastic composite rings consolidated at various process conditions. Composite rings are fabricated from 50 layers of 12K carbon fiber tow APC-2 tape (6 mm wide) on a 178 mm diameter mandrel. It was found that the winding speed had statistically significant effects on the void content, the fiber volume fraction, and the final thickness; whereas the applied load had a statistically significant effect on the final thickness. These results show the effect of shear thinning on the viscoelastic response of the material, facilitating faster processing speeds. The results of the experiments compared well to the consolidation model's predictions.     

树脂基复合材料成型工艺的发展

树脂基复合材料具有质轻、力学性能优异等优点,在航天航空等领域逐步取代金属成为主要结构制件,并在民用领域得到了快速的发展．本文着重介绍树脂基复合材料的优点,缠绕、拉挤、液体模塑成型工艺的发展以及树脂体系固化工艺。     

大张力缠绕碳纤维复合材料高速飞轮转子研究

碳纤维复合材料由于其较高的比强度、比刚度以及不产生高频涡流损耗等特点,日益广泛地被用来制造高速飞轮转子护套。另外,大张力缠绕相比压装等工艺更适用于施加碳纤维复合材料层与金属轮毂间的过盈配合。研究了大张力缠绕复合材料飞轮转子护套的设计与成型工艺,建立了复合材料护套的三维有限元模型,采用温差法模拟纤维缠绕张力,采用单元生死法模拟逐层缠绕及固化过程。在30000 RPM的转速及不同工作温度下,分析了缠绕张力及轮毂和转轴间过盈量对转子各材料界面处压应力的影响规律。此外,采用大张力缠绕工艺制备了高速飞轮转子碳纤维护套样件,测试了样件护套对金属轮毂的径向压应力以及轮毂径向应变。结果表明,基于仿真模型的计算值与样件测试值吻合良好,获得了飞轮转子的最佳几何外形和制备工艺参数,使转子的最大工作外缘线速度达697 m/s,最大储能密度为44.5 Wh/kg。研究成果对复合材料高速飞轮转子护套的设计与制造具有重要的意义。     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性分析及试验研究

首先,本文采用各向异性弹性力学的方法,结合复合材料层合理论,研究了纤维缠绕层合圆管的应力分析和变形分析方法;其次,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度;而后,对纤维缠绕成型的两种尺寸的CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究了CFRP圆管在这两种受力状态下直至破坏的应力-应变关系、极限强度以及材料宏观破坏模式.     

Compression after impact (CAI) strength of concrete cylinders reinforced by non‐adhesive filament wound composites

Concrete cylinders reinforced by filament wound composites were fabricated, and the compressive strength of the composite/concrete cylinders was tested after low‐energy impact. In this study, a glass fiber woven cloth wrapping method and a filament winding technique were adopted to wrap the concrete cylinder. In order to investigate the influence of composite/concrete interfacial bonding on the compression after impact (CAI) strength, aluminum foil was introduced into the composite/concrete interface; thus, the compressive behavior of the composite/concrete system with or without inserting the aluminum foil was compared. The effects of aluminum foil in the curing process were also revealed. Based upon the results of this study, the placement of aluminum foil can significantly enhance the compressive strength of the composite/concrete cylinder. The CAI strength depicts that the winding angle used in the filament winding process can significantly influence the reinforcing effects. Among the tested cylinders, the FWIC (defined in the text) [90₂/±60/90₂] cylinder shows the highest CAI strength—129.4 MPa—which is 4.5 times higher than the impacted concrete cylinder and 4.1 times higher than the pure concrete cylinder. Fracture mode was also investigated on the cylinder reinforced by the composites wound with different winding angles. The placement of aluminum foil reduces shear stress transfer across the composite/concrete interface, which affects not only the impact response but also the compressive strength.     

芳纶Ⅲ单向复合材料制备及性能研究

用湿法缠绕法制备了芳纶Ⅲ-环氧树脂单向复合材料,对其拉伸性能、压缩性能、弯曲性能及层间剪切性能进行了研究,并对比了Kelvar-49、芳纶1414单向复合材料的相关性能。试验结果表明:含有杂环结构的芳纶Ⅲ不仅基本力学性能较优,其单向复合材料的拉伸性能、压缩性能、层间剪切性能都优于不含有杂环结构的Kelvar-49和芳纶1414,尤其体现在拉伸性能上。     

激光和等离子处理对复合材料表面涂层附着力的影响研究

为了提高环氧涂料在纤维增强聚丙烯复合材料上的附着力,采用激光和等离子体表面前处理方法,应用超景深显微镜、粗糙度测定仪、接触角测试仪以及附着力测试仪,研究了激光和等离子体表面处理对纤维增强聚丙烯复合材料表面形貌、表面粗糙度和表面水接触角的影响,并且探究了这 2种表面处理方式对环氧涂层在复合材料上附着力的影响。结果表明： 2种处理方式均可明显提高环氧涂层在基材上的附着力,附着力均可由不到 1 MPa提高至 8 MPa以上。     

新型复合材料成型设备的进展

本文介绍了传统复合材料缠绕设备发展过程与制品应用范围,结合新型复合材料构件要求及应用特点,介绍了针对零度纵向缠绕时纤维稳定性及密实性较差开发应用纤维铺放机,针对缠绕设备低效率和低制造柔性开发应用机器人缠绕,针对缠绕工艺适应性开发应用纤维拉挤编织机。通过说明这些新型设备的应用,阐述了复合材料构件成型设备的发展趋势。