短碳纤维的分散性对CFRC力学性能的影响

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是一种新型建筑智能材料,碳纤维在水泥基体中的分散性直接影响着它的力学性能.借助超声波和甲基纤维素(MC)分散剂,实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散,对所制备的CFRC复合材料的断口形貌作了SEM观察;测试了试件的抗压强度、抗拉强度和抗折强度.结果发现,碳纤维均匀分散时,复合材料的抗压强度提高19%,抗拉强度比不加碳纤维时提高2.2倍,弹性模量提高1.4倍.此外,复合材料的抗弯强度、抗折强度均高于未均匀分散时的强度.     

碳酸钙晶须与硅灰的复合效应对水泥砂浆力学性能的影响

研究了水泥砂浆的抗压强度、抗折强度以及劈裂抗拉强度在固定硅灰掺量的条件下随着碳酸钙晶须掺量的变化关系,并以试验结果和微观形貌观察为基础探讨了碳酸钙晶须对水泥砂浆的增强增韧机理。     

碱处理改性竹纤维增韧固井水泥石研究

固井水泥石是脆性材料,井下易脆性破坏而影响油气开采,因此开展了竹纤维增韧水泥石研究。用NaOH溶液对竹纤维表面改性;考察改性竹纤维对水泥石力学性能的影响;用红外分析、热重分析和微观形貌分析竹纤维的亲水性和分散性改善原因;对掺入改性竹纤维前后水泥石进行微观形貌对比,探讨其增韧机理。结果发现,(1)10%NaOH溶液处理24 h后,微观形貌观察(SEM)可知改性后竹纤维表面胶质被除去,极性降低,其亲水性和分散性得到改善;(2)掺入0.5%改性竹纤维后水泥石折压比提高100%,弹性模量降低31%,明显增韧;(3)竹纤维增韧水泥石的机理在于改性后竹纤维与水泥基体粘结强度提高,纤维在水泥石晶体间起"搭桥"作用,纤维与水泥水化物之间紧密粘结起"拉筋"作用。     

镁橄榄石对油井水泥抗CO2腐蚀性能的影响

【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO₂环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO₂总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利用渗透率、热重分析(thermo gravimetric analysis,TGA)、X射线衍射(X-Ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行测试,评价镁橄榄石对油井水泥石抗CO₂腐蚀性能的影响,分析镁橄榄石对油井水泥石抗CO₂腐蚀的作用机制。【结果】镁橄榄石粉的掺入不会影响油井水泥的流动度,当镁橄榄石粉的质量分数为2%时,对比腐蚀前油井水泥石的,抗压强度提高35.47%,渗透率降低0.010 4 m D;腐蚀28 d后,镁橄榄石水泥石的抗压强度为空白水泥石的193.71%,且仍高于腐蚀前。【结论】镁橄榄石是一种抗CO₂腐蚀外加剂,能提升油井水泥的抗CO_2<...     

氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究

用Hummers法对石墨进行氧化后再用超声波进行分散制备纳米氧化石墨烯(GO)分散液。研究GO对掺有聚羧酸系减水剂(PCs)的水泥净浆流动度、粘度、凝结时间、石泥石孔结构和水泥砂石的耐折强度、抗压强度的影响。研究结果表明,纳米氧化石墨烯掺量为15mg/(100g水泥)时,使净浆流动度和凝结时间稍有降低,所得石泥石的中大孔隙率减少,结构致密,硬化水泥砂浆的耐折强度和抗压强度显著提高。硬化水泥石的XRD和SEM测试结果表明,纳米氧化石墨烯片层对水泥水化晶体产物的形成有模板效应,能够促使水泥石形成微小、形状统一的晶体结构,研究纳米氧化石墨烯增强增韧混凝土对于构建高性能、长寿命混凝土具有重要的意义。     

碳纤维增强alpha-TCP/TTCP骨水泥的研究

制备了经过氧化处理的碳纤维增强磷酸钙骨水泥(a-tricalcium phosphate cement/tetracalcium phosphate, a-CP/TTCP), 初步探讨了碳纤维长径比、含量对硬化体抗压、抗折强度的影响.实验结果表明长径比为375, 添加量为0.3wt%时, 增强效果最为理想, 抗压强度提高了55%(最大为63.46MPa), 抗折强度提高近100%(最大为11.95MPa), 而掺入量太大及长径比太高, 碳纤维因不能均匀分散将限制其性能的发挥.生物学评价实验结果表明碳纤维增强的骨水泥具有良好的生物相容性.     

磁场诱导定向碳纤维增强水泥砂浆的力学性能

首次利用磁场诱导定向技术,制备了具有明显择优取向的碳纤维增强水泥砂浆,表征与测试了不同水灰比、龄期和纤维掺量的水泥砂浆的碳纤维取向、抗压和劈裂抗拉强度,研究了碳纤维的取向性对力学性能提升效果的影响。结果表明:水灰比、纤维掺量对碳纤维的取向性有显著影响;相较于无择优取向的普通碳纤维增强水泥砂浆,经磁场诱导定向的碳纤维增强水泥砂浆的劈裂抗拉强度有显著增加,而抗压强度无明显变化;相同水灰比下,纤维取向和纤维掺量是影响定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度的主要因素。其中,定向碳纤维增强水泥砂浆劈裂抗拉强度增强效率的最佳碳纤维掺量为水泥的0.50%。      

氧化石墨烯对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响（英文）

研究了不同掺量下氧化石墨烯(GO)对水泥石以及胶砂微观结构和力学性能的影响。含16.5%水的水泥浆、0.05%GO及3倍于水泥的沙子共混物作为添加剂制备成砂浆。通过SEM、液氮吸附仪和一系列标准实验分别对水泥石的微观形态、孔隙结构、抗压抗折强度以及水泥净浆的流动度、黏度、凝结时间进行表征;考察不同GO掺量下水泥水化放热的变化情况。结果表明:GO对水泥浆有显著增稠和促凝作用;GO的掺入可以有效降低水泥的水化放热量;GO对水泥石有显著的增强增韧效果,28天龄期时,GO质量分数为0.05%的水泥石,3、7和28 d抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加52.4%、46.5%、40.4%和86.1%、68.5%、90.5%,胶砂的抗压强度和抗折强度同比对照组分别增加43.2%、33%、24.4%和69.4%、106.4%、70.5%;GO在水泥硬化过程中对水泥石中晶体产物的产生有促进作用并能规整晶体的排布而形成针状晶体簇,改善水泥石中的孔结构,降低水泥石中微孔的体积,增加水泥石的密实度,对水泥石有显著地增强增韧效果。     

聚乙烯醇纤维增强偏高岭土-水硬石灰砂浆材料性能的研究

针对偏高岭土-水硬石灰砂浆材料抗拉强度低、极限延伸率小、性脆的问题,为了提高其韧性和稳定性,增强其抗裂能力,设计并制备了聚乙烯醇(PVA)纤维掺杂偏高岭土-水硬石灰砂浆材料,开展了PVA纤维不同掺量、不同长度下偏高岭土-水硬石灰砂浆材料收缩率、波速、抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度的试验研究,通过扫描电镜观察分析了PVA纤维在偏高岭土-水硬石灰砂浆材料中的微观作用机理。结果表明:PVA纤维改变了偏高岭土-水硬石灰砂浆的收缩率和内部结构。试样的抗折强度和劈裂抗拉强度随着纤维增加而增大,抗压强度会在纤维长度一定时随着掺量的增多而降低。PVA纤维对砂浆材料整体性有明显改善,受压后仍能够保持着较好的原样性,纤维和砂浆基体之间产生了机械铆合作用,具有较好黏结性。     

碳纤维增强磷酸镁水泥砂浆的力学性能研究

改善磷酸镁水泥砂浆(MPCM)的韧性有利于促进其在混凝土结构加固和修复领域的应用。为了增强MPCM的韧性,对比研究了未处理和硝酸预处理碳纤维对MPCM力学性能的影响,分析了碳纤维增韧MPCM的机制。结果表明,当碳纤维质量掺量为0.4%时,MPCM 7d抗折强度增大44.5%;3~6mm碳纤维有利于提高MPCM的抗压强度,而6~10mm碳纤维更有利于提高MPCM的抗折强度;未处理碳纤维与磷酸镁水泥(MPC)水化产物之间为物理作用,碳纤维未能充分发挥增韧效果;在40~60℃、浓度68%的硝酸中浸泡30~60min有利于改善碳纤维与MPC水化产物的界面粘结,使预处理后的碳纤维和MPC水化产物产生嵌合作用,显著增强了MPCM的力学性能和韧性。     

Flexural behavior of geopolymer composites reinforced with steel and polypropylene macro fibers

Like ordinary Portland cement concrete, the matrix brittleness in geopolymer composites can be reduced by introducing appropriate fiber reinforcement. Several studies on fiber reinforced geopolymer composites are available, however there is still a gap to understand and optimize their performance. This paper presents the flexural behavior of fly ash-based geopolymer composites reinforced with different types of macro steel and polypropylene fibers with higher aspect ratio. Three types (length-deformed, end-deformed and straight) of steel fibers and another type of length-deformed polypropylene fiber with optimum fiber volume fraction of 0.5% are studied. The effects of different geometries of the fibers, curing regimes (ambient cured and heat cured at 60 °C for 24 h) and concentration of NaOH activator (10 M and 12 M) on the first peak strength, modulus of rupture and toughness of the geopolymer composites are investigated. The quantitative effect of fiber geometry on geopolymer composite performance was also analyzed through a fiber deformation ratio. The compressive strength, splitting tensile strength and flexural toughness are significantly improved with macro fibers reinforcement and heat curing. The results also show that heat curing increases the first peak load of all fiber-reinforced geopolymers composites. End-deformed steel fibers exhibit the most ductile flexural response compared to other steel fibers in both heat and ambient-cured fiber reinforced geopolymer composites.     

Asymmetric hybrid composite: A design concept to improve flexural properties of Kevlar Aramid composites

Asymmetric hybridization is proposed as a mechnanism for improvement of flexural properties of composites reinforced with Kevlar¹ aramid fiber, where the compressive strength of the fiber is a limiting factor. A calculation based on a bi-material beam model is presented, which determines the placement and arrangement of fibers in a composite such that the stress developed on the tensile side of the composite equals the ultimate tensile strength of Kevlar. An experimental investigation was conducted with asymmetric hybrid composites of J-polymer reinforced with Kevlar and carbon fibers. In the best cases, the observed ultimate flexural and shear strengths were improved by 40% and 25% by comparison with values typically seen for composites of J-polymer and Kevlar.     

碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响

用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。      

纤维增强水泥基复合材料的动力拉伸性能研究

采用分离式霍普金森杆对聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(PRCC)、基体材料、不同相对掺量的钢纤维和PVA纤维混合增强水泥基复合材料(HFRCC)进行了四种不同应变率下的动态劈拉试验,通过对材料的劈拉强度、能量吸收和破坏形态等方面的对比分析,探讨了三种材料的动力拉伸性能,结果表明材料表现出应变率敏感性,随着应变率的提高,动态劈拉强度和能量吸收能力相应增加。HFRCC对基体材料的劈拉强度提高可达到34%,而PRCC材料提高约20%。PVA纤维对材料的耗能能力的影响比钢纤维具有更强的应变率敏感性。钢纤维掺量占总纤维掺量25%的HFRCC材料耗能能力比PRCC略低5%,而钢纤维掺量达到总纤维掺量的62.5%时,HFRCC材料的耗能能力比PRCC的耗能能力显著提高。HFRCC在动态劈拉强度和能量吸收能力方面更加均衡,具有更好抵抗冲击的能力。     

碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究

将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×10^4μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m^2可输出5~6μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70℃左右,1 m^2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10^-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。     

碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究

传统的水泥混凝土材料由于功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度差,在一些特殊领域中的应用受到了很大限制.碳纤维由于具有高比强度、高比模量、密度小、耐腐蚀、导电性好、对人畜无害等优异性能而颇受材料科学工作者的青睐,被视为许多复合材料的优良增强体.将碳纤维加入到水泥基体中,制成碳纤维增强水泥基复合材料,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是能把普通的水泥建筑材料变成对温度和应力敏感、具有自感知内部应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的智能材料.     

气相生长碳纤维增强水泥基复合材料的制备及性能

研究了脱油沥青(De-oiled asphalt)基气相生长碳纤维(VGCFs)增强水泥基复合材料的制备方法及其性能。以脱油沥青作原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备出气相生长碳纤维,以此纤维制备水泥基功能复合材料。结果表明:低含量VGCFs的碳纤维增强水泥基复合材料具有良好的抗压强度和导电性能,在VGCFs的掺量由0增至0.6 %范围内,随着VGCFs掺量的增加,碳纤维增强水泥基复合材料的电阻率下降,抗压强度提高。当VGCFs为0.4 %时,VGCFs水泥基复合材料电阻率降低2个数量级,从3.25 ×105 Ω·cm 降为1.49 ×103 Ω· cm ,抗压强度提高28.8 %,为最佳掺量。      

Mechanical behavior of carbon fiber reinforced polyamide composites

The purpose of this work is to compare tensile, compressive and interlaminar shear properties of different carbon reinforcement/polyamide composites obtained by interfacial polymerization and hot compression molding techniques. Two types of composite matrices were studied: polyamide 6 and polyamide 6/6, both reinforced by fabric and unidirectional carbon fibers. The effects of the fiber volume fraction and the matrix on mechanical properties were analyzed through tensile, interlaminar shear and compressive tests. In general, the results have shown a slight increase of the composite elastic modulus, tensile and compressive strength with the increase of carbon fiber content. The microscopic damage development within selected composites during the loading has been observed through optical and scanning electron microscope techniques and has shown that shear failure at the fiber/matrix interface has been mostly responsible for damage development, initiated at relatively low stress.     

溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料力学性能的影响

以异丙醇(I)为溶剂、 六次甲基四胺(H)为催化剂, 配制间苯二酚(R)-糠醛(F)的醇溶胶, 经浸渍纤维预制件、凝胶老化、超临界干燥和炭化制得碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料。研究了溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料密度、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明:随着异丙醇与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度逐渐降低, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径增大, 大孔数量增多, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度降低。当异丙醇与间苯二酚物质的量之比由18增加到28时, 压缩强度由2.498 MPa(应变10%)降至0.716 MPa(应变10%), 拉伸强度由2.019 MPa降至1.001 MPa, 弯曲强度由3.984 MPa降至1.818 MPa。随着六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度先增大后减小, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径先减小后增大, 大孔数量先减少后增加, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度先增大后减小。当六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比为0.008 5时, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度最大, 强度最大, 其压缩强度为1.066 MPa(应变10%), 拉伸强度为1.256 MPa, 弯曲强度为3.556 MPa。