基于纤维包覆法制备碳纤维增强热塑性复合材料

采用热塑性长丝包覆碳纤维束和热压法制备单向碳纤维增强复合材料,测试了试样的拉伸和冲击性能,研究了长丝包覆在树脂浸润过程中缩短流程的作用。同时,采用了多向包覆法制备了聚酯/芳纶长丝包覆碳纤维束并得到单向碳纤维增强复合材料,包覆芳纶进一步提高了热塑性复合材料的力学性能,结果表明:和碳纤维增强聚酯复合材料相比,芳纶/碳纤维增强聚酯复合材料拉伸强度增加了22.8%和49.5%,冲击强度增加了65.8%和45.6%。     

基于机械臂3D打印的两种常用材料性能研究

ABS和PLA是3D打印常用的两种塑料耗材,均应用广泛,但易混淆.以3D打印风能发电装置模型为例,在机械臂3D打印系统的基础上,利用三维建模软件UG NX和对应的Studio控制软件,分别采用ABS和PLA耗材对模型进行3D打印,并对产品的打印温度、打印特性(功能)、打印产品的结构和强度进行分析比较.结果表明:3D打印...     

连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺

针对连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺开展系统性实验探索,研究结果表明：在对碳纤维进行表面改性后,可以实现打印过程中熔融金属基体与碳纤维的良好浸润复合;送丝速度对单道沉积路径表面质量、路径宽度及其纤维体积分数影响较大,当送丝速度为4 mm/s时,沉积路径表面质量较好,路径宽度约为1.5 mm,碳纤维体积分数约为3.43%;沉积路径搭接率对打印单层表面质量影响较大,当搭接率为50%时,单层表面质量较好;基于优化后的实验参数,实现了连续碳纤维增强金属基复合材料薄壁件以及拉伸样件的直接增材制造,薄壁件内碳纤维与金属基体形成了较好结合,而且连续碳纤维对于复合后材料的抗拉强度起到了显著增强作用.     

岩石试样直接拉伸力学性能及声发射活动分析

为探究直接拉伸作用下岩石力学特性和损伤演化特征,对3种岩石试样进行单轴直接拉伸声发射测试,分析岩石的直接拉伸力学性能及声发射活动规律。结果表明,岩石试样的拉伸应力-应变曲线在试验加载初期表现为线性关系,随着载荷增加,应力-应变曲线缓慢弯曲;拉伸破坏前试样没有明显的屈服阶段,拉伸宏观破坏瞬间产生,没有峰后曲线;随着拉伸应力的增加,岩石内部低强度晶体或微裂隙发生破坏或扩展,使试样抵抗拉伸变形能力减弱,表现为试样拉伸弹模随拉应力增加而下降。拉伸过程中的AE活动对应着岩石内部微损伤的产生和发展,拉伸过程的初期和中期AE事件极少,在试样拉断破坏之前,声发射事件急剧增多,强度和能量急剧增大,远远大于前期AE信号的幅度。AE事件的位置分布与试样的宏观破坏面有较好的对应关系,表明实时分析AE或微震活动,可以分析岩石内部的损伤状态和破坏位置。     

基于界面效应的碳纤维水泥基复合材料压敏性实验研究

碳纤维水泥基复合材料具有应变-电阻效应。通过碳纤维水泥基复合材料单丝拉伸实验,探究碳纤维水泥基复合材料载荷作用下电阻变化的主要因素。结果表明,在纤维拔出过程中,试样电阻随界面力增大而增大,界面力达到最大值时电阻迅速增大。试样电阻变化规律与界面结构变化一致,弹性变形导致的电阻变化可逆。碳纤维拔出过程中试样电阻的变化主要是由碳纤维—水泥基体界面因素引起的。     

基于同步改性浸渍的碳纤维增强树脂复合材料三维打印工艺研究

克服现有三维打印工艺的缺陷,对连续碳纤维增强树脂基(CFRP)构件的三维打印过程进行建模仿真.通过分析胶液表面张力,研究了碳纤维与树脂的耦合机理,提出一种纤维表面改性方法,设计了基于同步改性浸渍的连续CFRP构件的三维打印工艺,经实验验证了该打印工艺的可靠性和优越性.     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性研究

目的 研究用纤维的不同铺层方式缠绕的CFRP圆管拉伸与压缩强度的特性.方法 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,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度.并采用纤维缠绕成型工艺,设计了两种尺寸的CFRP圆管,铺层方式均为[(900/00)2]S,通过对CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究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.结果 铺层方式为[(900/00)2]S 的CFRP圆管抗拉极限强度和应变远大于其抗压极限强度和应变,但这两种状态下CFRP圆管的弹性模量大致相当,且破坏模式均为脆性破坏.结论 理论分析结果与试验结果进行比较,验证了理论分析结果是可靠的.     

局部叠层碳纤维水泥基材料的应变电阻效应研究

将碳纤维加入普通混凝土中,普通混凝土便成为具有自诊断功能特性的智能混凝土.利用这些功能特性可望实现土木工程结构和基础设施的健康监测.使用连续碳纤维束取代传统碳纤维增强混凝土中的短切碳纤维,研究了局部叠层碳纤维水泥基材料三点弯曲梁在单调和循环拉应力作用下电阻的变化规律,分析了局部叠层碳纤维水泥基材料的应变-电阻效应,并与连续碳纤维水泥基材料应变-电阻效应作了比较.结果表明,局部叠层碳纤维水泥基材料的应变灵敏系数是连续碳纤维水泥基材料应变灵敏系数的近23倍,但稳定性要差一些;局部叠层碳纤维水泥基材料的电阻随着拉伸应变的增大而增大,随着拉伸应变的减小而减小,可望用于土木工程结构和基础设施的健康监测.     

浅析硫化橡胶拉伸应力应变性能试验结果的影响因素

分析在硫化橡胶拉伸应力应变性能试验中试样的形状、宽度、厚度、试验温度以及拉伸速度对试验结果的影响.认为,进行硫化橡胶或热塑性橡胶的拉伸应力应变性能试验,须全面考虑到这些影响因素,才能保证实验数据的准确性和可比性.     

拉伸对涂碳导电复合丝线传感性能的影响

用不同股数和捻度的涂碳纤维设计了12种导电复合丝线,通过对导电复合丝线的拉伸研究电阻与伸长率的关系,并用回归模型分析评价这些导电复合丝线的灵敏度、线性度和电阻变化的稳定性.研究表明:在拉伸过程中电阻变化较明显地分成两个阶段:第一阶段拉伸率为0～11.67％,电阻变化较慢,线性度好,第二阶段拉伸率为11.67％～25％,电阻变化快,线性度相对较差;随着股数的增加灵敏度逐渐降低;在第一阶段捻度为450 T/m的试样比其他试样线性度好.     

碳纤维与混凝土界面粘贴强度的精确测量方法

针对目前碳纤维与钢筋混凝土界面粘贴强度的测量方法还没有相应的规范,基于静力平衡原理推导出在拉伸状态下,碳纤维的拉应变与钢筋混凝土界面之间剪应力的定量关系,通过应变率确定界面之间的剪应力.在试验方面实现了理论推导公式中基本力学量的测量方法,并得到测量结果;在数据处理方面,采用函数拟合方法得到应变沿试件长度方向变化的函数关系,进而得到剪应力的分布规律和最大剪切应力.应用该方法可以为碳纤维加固钢筋混凝土设计提供可靠的设计参数.     

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

     

电阻法在单丝碳纤维复合材料体系界面相传载能力评价中的应用

为研究纤维增强树脂基复合材料中界面相应力传递性能差异,对T300碳纤维单丝进行拉伸实验,同步测量碳纤维单丝的电阻和应变对应关系,采集的数据表明二者存在线性关系,通过计算得到其灵敏系数K.然后搭建二维加载平台对斜十字模型进行拉伸,并通过数码偏光显微镜实时观察加载状态下的应力分布,结果表明中心区域应力均匀.在此基础上,将单丝碳纤维电阻测量法和斜十字模型相结合,利用灵敏系数确定斜十字模型中碳纤维与基体的界面相剪切应力,结合电阻法中灵敏系数来确定单丝复合材料体系界面相应力传递效率,结论实现了混合载荷下界面相力学性能的测量.     

新型复合材料单向板拉伸力学性能测试新技术

介绍了使用万能材料试验机,测量不同厚度高强度、高模量碳纤维单向板拉伸性能的技术;总结了应变测量方法、试验加载方式、试样装卡技巧;分析了不同铺层层数对高强度、高模量碳纤维复合材料单向板力学性能测试的影响.可供研究新型复合材料的力学性能时参考.     

上浆浓度对碳纤维缝线拉伸和耐磨性能的影响

为改善碳纤维缝线在缝合过程中起毛、断丝的情况,通过上浆对碳纤维缝线进行表面改性,提高其拉伸和耐磨性能.通过测试不同浆液浓度的碳纤维缝线的拉伸强度、钩拉强度和耐磨性,观察经耐磨测试后碳纤维的表面毛丝量,分析浆液浓度与缝线拉伸强度以及耐磨性能之间的关系.结果表明:上浆能够明显改善碳纤维缝线的拉伸性能和耐磨性能.上浆碳纤维的拉伸强度比未上浆的增加了47.7%,模拟钩拉强度比未上浆的增加了29.3%.浆液质量分数为3%、上浆率为0.32%时碳纤维的力学性能和耐磨性能最好,作为缝线用性能最佳.     

自加热玻璃纤维织物增强复合材料的性能测试与分析

复合材料广泛应用于航空领域,但是飞机表面存在结冰和积雪的情况,给其航行带来巨大隐患。以碳纤维和康铜丝为加热丝,织出两种不同加热丝的玻璃纤维织物,再与聚酯树脂复合成板,随后测试了两种不同加热丝的复合板的加热性能和拉伸力学性能。结果表明,两种复合板的加热性能良好且差异较小,随着通电加热的时间增长,两种复合板的拉伸强度和弹性模量都出现下降的趋势,但加热丝为碳纤维的复合板的力学性能明显好于康铜丝复合板。因此,加热丝为碳纤维的复合板可以作为飞机的融雪化冰材料使用。     

两种不同大理岩SHPB动态劈裂实验

利用SHPB试验系统,结合高速摄影技术,研究了冬瓜山铜矿深部采集的两种不同大理岩在动态劈裂下的应变率和强度、破坏应变之间的关系。实验数据表明,应变率对试样抗拉强度的影响较为显著,两种大理岩的动态抗拉强度随着应变率的增加而增大;灰色大理岩当应变率小于50s-1时,随着应变率的增加,动态拉伸强度敏感系数变化较大,当应变率大于50s-1时,动态拉伸强度敏感系数则变化不大,而白色大理岩则是在应变率大于120s-1后;随着应变率的增加,试样的破坏应变也随之增加。     

裂隙砂岩力学特性颗粒流数值模拟

为了研究裂隙砂岩力学特性,利用颗粒流(PFC)软件构建含不同几何状态的裂隙试样模型,分析裂隙几何状态对裂隙试样力学特性和变形特性的影响。结果表明:相比于完整试样,裂隙试样的峰值强度、弹性模量、峰值轴向应变均有所降低,泊松比明显提高;裂隙试样峰值强度、弹性模量随着岩桥宽度的增加逐渐增加,随着岩桥倾角增加,裂隙试样弹性模量呈现先减小后增大的变化规律,当岩桥倾角与裂隙倾角相同时,裂隙试样的弹性模量、峰值强度最小;裂隙试样泊松比随着岩桥宽度、围压的增加逐渐降低,随着围压增加,裂隙试样峰值强度、峰值轴向应变逐渐增加;裂隙的存在弱化了试样的力学特性,改变了试样的变形特性,岩桥宽度越小,弱化能力越强,相比于岩桥宽度对裂隙试样的影响程度,岩桥倾角对试样的影响程度较小。     

3D凝胶打印VC强化的高钒高速钢

VC强化的硬质材料,如高钒高速钢(HVHSS)因高的硬度和强度,不适合低成本加工成复杂形状.研究利用60％高固含量的打印浆料通过3D凝胶打印技术(3DGP)打印HVHSS零件.通过打印参数优化,打印试样的表面质量好,可观察到明显的打印线.挤出丝原位固化后,其强度足以维持设计的形状.烧结后,试样均匀收缩,收缩率为15％,...     

5Ni-16Cr-Mo钢的力学性能与氢含量之间的本构关系

本文定性研究了不同强度级别5Ni-16Cr-Mo钢的缺口拉伸强度与氢含量之间的关系.利用慢应变速率拉伸试验,对缺口半径为0.15 mm的圆棒状试样进行了充氢后缺口拉伸强度的测定.同时,利用升温脱氢分析试验,研究了不同强度级别试验钢的氢扩散行为.慢应变速率拉伸试验结果表明,相比T520钢,T460钢具有较高的氢脆敏感性....