应力水平和纤维角度对CGF/PP复合材料蠕变行为的影响及其Burgers模型参数的数值预测

采用DMA的Creep模式分别测试了短时间内（15 min）聚丙烯（PP）在不同应力水平和温度下的单向拉伸蠕变行为,长时间内（10 h）连续玻璃纤维增强聚丙烯（CGF/PP）复合材料单层板在不同应力水平和不同纤维角度上的拉伸蠕变行为。利用Burgers黏弹性模型拟合了蠕变测试数据,构建了相关参数与应力水平和纤维角度的依赖性。结果表明:PP和CGF/PP单层板的蠕变柔量均随应力增大而显著增加,稳态蠕变速率也随之增加,蠕变模量保留率明显下降,PP基体的黏弹性主要决定了CGF/PP单层板在低应力水平下的蠕变行为; 30%应力水平下,偏轴拉伸的纤维角度在0°~90°范围内存在拉-剪耦合效应,在45°时最为显著,此时稳态蠕变速率和蠕变变形量最大;利用四元件Burgers黏弹性模型拟合各条件下蠕变曲线得到的数值模型与实验数据具有较好的相关性,相关系数达到0.99,从得到的数值模型可知相关模型参数存在明显的应力和角度依赖关系;利用模型参数的数值拟合公式分别预测10 MPa应力下0°纤维方向的蠕变曲线及45°纤维方向上30%应力水平的偏轴蠕变曲线均与实验曲线一致,表明本文得到的数值模型的可靠性。      

聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维混杂复合材料 Ⅱ: 混杂复合材料的静态及动态力学性能

对具有良好液晶聚合物微纤结构的聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维 (PP/TLCP/GF) 混杂复合材料,使用静态拉伸和动态力学分析 (DMA) 的方法研究了材料的力学性能。拉伸实验结果表明,混杂复合材料的拉伸强度和模量随着PP和TLCP挤出后的牵伸速率增大而上升,并且含有增容剂PP-g-MAH的体系,力学性能更优异。DMA测试结果表明,混杂复合材料的动态模量E'随着体系中玻纤的含量增加而增大;当体系中加入增容剂后,复合材料的刚性得到进一步提高。但无论是否使用了增容剂PP-g-MAH,当体系中玻纤含量高于20%后,模量随玻纤含量增大的趋势变缓。当体系中增强相的含量增加,以及加入增容剂使增强相与基体的界面粘结得到改善后,PP基体的损耗因子 (tanδ) 峰值都有一定的减小。      

PP木纤维复合材料热粘弹性力学特性研究

通过对PP木纤维复合材料进行应变率为10-4～10-2s-1、温度为90、130、170℃下的单向应力条件下的力学性能试验,结果表明,PP木纤维复合材料的力学响应对温度和应变率都是敏感的,并且升高温度与降低应变率对PP木纤维复合材料的力学性能有等效的影响。利用Maxwell模型提出了该PP木纤维复合材料的一个非线性热粘弹性本构方程,拟合出了相应的粘弹性参数。利用该本构模型模拟了PP木纤维复合材料的热压缩实验,理论计算所得应力-应变曲线与实验结果吻合较好。     

不同应变率下Kevlar49纤维束拉伸力学性能的实验研究

利用M TS810材料试验机及旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置对Kevlar49纤维束进行了准静态拉伸及冲击拉伸实验研究, 首次在应变率为10-4/ s～ 103/s 范围内得到了Kevlar49纤维束完整的应力应变曲线。实验结果表明, Kevlar49纤维束的力学性能是与应变率相关的。在低应变率下Kevlar49纤维束对应变率不太敏感, 但比玻璃纤维束高; 在高应变率下Kevlar49纤维束对应变率敏感, 但不如玻璃纤维束强烈; 中应变率区是Kevlar49纤维束由应变率不太敏感到应变率敏感的过渡区。      

水环境下剑麻纤维/玻璃纤维/聚丙烯复合材料的性能研究

以聚丙烯树脂(PP)为基体,剑麻纤维(SF)、玻璃纤维(GF)为增强材料。采用熔融共混、模压成型工艺制备PP/SF/GF复合材料。室温条件下,将试样在水中浸泡不同时间,分析其吸水率及性能的变化。结果表明,复合材料的吸水率均随浸泡时间的延长和SF/GF含量的增加而逐渐增加,其冲击强度和弯曲强度均随浸泡时间和SF/GF含量的增加呈下降趋势。同时,复合材料的热稳定性、PP相的结晶速率及结晶度也有所降低。     

淀粉/PP基发泡缓冲包装材料动态冲击性能研究

目的 研究不同初始应变率和湿度条件下,淀粉/PP基发泡缓冲包装材料的动态冲击性能,并构建基于湿度及应变率的动态本构模型。方法 应用冲击试验机对淀粉/PP基发泡缓冲包装材料进行不同初始应变率及相对湿度下的动态冲击实验,得到其应力–应变曲线,并构建动态本构模型。结果 动态冲击下,材料的应变率效应较为明显,该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增加而增加。在相对湿度为50%的条件下,当应变为0.6时,随着初始应变率由30 s⁻¹分别增加至34.6、38.6 s⁻¹,材料的应力分别增加了36.1%和50.4%,能量吸收分别增加了25.8%、36.4%。该材料对环境湿度较为敏感,该材料动态冲击力学性能随着相对湿度的增加显著降低,在初始应变率为38.6 s⁻¹条件下,当应变为0.6时,随着相对湿度由50%增加到70%、90%,该材料的应力分别下降了9.7%和11.3%。另外,构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的动态冲击本构模型。结论 初始应变率与湿度对材料的缓冲性能有一定的影响。基于初始应变率和相对湿度的动态冲击本构模型,通过实验进行了验证,实验数据和本构模型一致性较好,该本构模型可用于预测该材料的动态冲击应力–应变曲线。     

三维正交机织复合材料的动态压缩性能

本文作者利用分离式Hopkinson压杆装置对玻璃纤维三维正交机织复合材料进行了高应变率下面外、面内方向的压缩试验,并在万能试验机下进行了相应的准静态压缩。获得3 个高应变率及准静态下的应力-应变曲线,观察了试样的破坏形貌。结果表明：玻纤三维正交机织复合材料是应变率敏感材料,最大应力、压缩模量随着应变率的增大而增大。三维正交结构使复合材料体现出各向异性：面外的最大应力、失效应变比面内大;面内的压缩模量大于面外,且压缩模量对于应变率的变化比面外方向敏感;经纬向相比,纬向的最大应力大于经向。     

碳/环氧树脂复合材料应变率效应的实验研究

选择两种铺设方式( _S和 _S)的T300/Epoxy(炭纤维/环氧树脂)层合板, 利用MTS试验机以及Hopkinson拉伸杆分别对其进行了准静态拉伸试验(应变率为10-5~10-4 s-1)、 中应变率拉伸试验(应变率为100 ~101s-1)和高速冲击拉伸试验(应变率为102~104s-1)。静态、 动态实验的试件形状及尺寸均相同。获得了不同应变率加载条件下T300/Epoxy的应力-应变曲线。基于所获得的应力-应变曲线, 讨论了应变率对炭纤维增强复合材料力学性能的影响。研究结果表明: 复合材料T300/Epoxy是应变率相关的材料; 层合板的铺设方向对其应变率效应有着显著的影响; 随着应变率的增加, 材料的强度及弹性模量有较大程度的提高, 但破坏应变有所降低。通过对试验结果的数据拟合, 提出了材料应变率相关的动态本构模型。      

应变率对T300/Al(L2)复合丝拉伸性能的影响

利用MTS810试验机和自行研制的冲击拉伸试验装置对T300／Al复合丝实施了不同应变率下的拉伸试验,获得了材料从0．001s^-1到1300s^-1应变率范围内完整的应力应变曲线。结果表明：T300／Al是一种应变率敏感复合材料,随着应变率的提高,材料的拉伸强度、失稳应变均相应提高,具有明显的应变率强化效应和动态韧性现象,这主要是由铝基体的应变率强化效应和应变率历史效应引起的。根据材料在不同应变率下的试验结果以及对其不同变形阶段机理的分析,提出了弹塑性复合丝束模型,并由此建立了相应的应变率相关的一维统计损伤本构方程,模型拟合结果与试验结果一致。     

E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料轴向拉伸力学性能的应变率效应

采用MTS-810材料试验机、Zwick-HTM5020高速拉伸试验机及分离式Hopkinson拉杆（SHTB）实验装置,并结合数字图像相关性（Digital image correlation,DIC）分析方法,对E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料棒材在10^-3~2 400 s^-1应变率范围内的轴向拉伸力学性能进行了较系统的实验研究,获得了不同应变率下材料的应力-应变曲线,揭示了应变率对材料的拉伸强度和断裂应变的影响规律。通过显微分析拉伸试样的断口形貌,揭示了试样的断裂机制及对应变率的依赖性。实验结果表明：E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能具有强烈的应变率效应,归一化拉伸强度随着应变率对数线性增加,而归一化断裂应变则随着对数应变率线性减小;断口显微分析显示：E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的轴向拉伸断裂模式依赖于应变率,低应变率加载下试样发生沿45°方向的剪切断裂,随着应变率增大,试样断裂模式逐渐过渡到沿轴向的拉伸断裂,特别是在高应变加载下,观察到大量的玻璃纤维丝被拉断,同时环氧树脂基体也发生严重的碎裂现象,这反映了基体材料与玻璃纤维之间相互约束作用在增强。     

短玻纤增强聚丙烯注射压力对微观结构和力学性能影响

报道了短玻纤增强聚丙烯复合材料中玻纤及注射压力对材料微观结构和力学性能的影响规律。实验结果表明: 随着玻纤含量提高, 复合材料的拉伸强度提高, 而断裂伸长率、冲击强度和熔体流动速率则下降。注射压力提高, 拉伸试样芯层中玻纤的平均取向角下降, 取向度提高, 因而拉伸强度增大, 冲击强度下降。皮层结构中玻纤沿熔体流动方向高度取向。聚丙烯球晶尺寸随玻纤含量增加而变小, 规整度也变差, 至40% 时, 聚丙烯已难以形成规整的球晶结构。     

GF对SPTW/PP电商包装复合材料力学性能的影响

目的研究玻璃纤维(GF)对聚丙烯(PP)/六钛酸钾晶须(SPTW)复合材料力学性能的影响。方法首先选用硅烷偶联剂KH550对六钛酸钾晶须进行改性,采用聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)作为相容剂,通过在PP/SPTW复合材料中引入不同质量分数的玻璃纤维(GF),利用熔融共混法制得一系列PP/SPTW/GF复合材料。采用SEM观察冲击断面结构和XRD观察复合材料晶型结构,并比较引入不同质量分数的GF后PP/SPTW复合材料力学性能的变化。结果当复合材料中GF质量分数为5%时,复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度达到最佳,分别提升了18.38%,16.31%,20.24%;当复合材料中GF质量分数大于5%时,复材料的力学性能开始下降。结论在复合材料中引入GF后,能够明显改善复合材料的力学性能,且随着GF质量分数的逐渐增加,复合材料的力学性能整体呈现出先上升后下降的趋势。     

接头尺寸对玻璃纤维/热塑性树脂复合材料机械连接性能的影响接头尺寸对玻璃纤维/热塑性树脂复合材料机械连接性能的影响

对玻璃纤维/聚酰胺（GF/PA）、玻璃纤维/聚甲醛（GF/POM）、玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）这三种玻璃纤维增强热塑性树脂基复合材料进行机械连接试样的常规拉伸试验,以及低周疲劳拉伸试验,并对疲劳前后的试样断裂面进行SEM观察,研究了接头尺寸（宽径比w/d （试样宽度/开孔直径）和端径比e/d （试样端距/开孔直径））对机械连接件破坏载荷和破坏模式的影响。实验结果表明:玻璃纤维增强纤热塑性树脂复合材料机械连接件的承载能力在一定的宽径比时会随着e/d的增加而增加,当w/d≥3、e/d≥2时趋于稳定;破坏模式以拉伸破坏为主;低周疲劳拉伸对GF/POM和GF/PA机械连接试样拉伸强度产生一定的影响,而对GF/PP的拉伸强度无明显影响,低周疲劳拉伸对玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料机械连接试样的破坏模式没有影响。SEM观察显示,随着疲劳载荷水平的增加,GF/POM和GF/PA的断裂面上被抽拔纤维数量增加,而GF/PP断裂面纤维与基体的存在状态无明显变化。      

玻纤增强注塑件的均匀化弹性力学参数研究

基于均匀化方法,根据长玻纤增强聚丙烯(LGFR-PP)的微观特征,建立了非连续长玻纤增强复合材料的代表性体积单元(RVE),通过有限元方法模拟预测了复合材料的宏观等效弹性力学参数,与注塑样条拉伸性能测试结果进行了比较。研究表明,通过在玻纤两侧增加聚丙烯(PP)分布,所采用的RVE较传统连续纤维的有限元模型更为合理;当玻纤成单一取向时,玻纤增强聚丙烯为一种横观各向同性材料;改变玻纤取向与拉伸方向之间的角度,拉伸方向的等效模量先微幅减小,再迅速降低,而后趋于稳定。利用均匀化方法预测非连续长玻纤增强注塑件的等效弹性力学性能具有较高的工程可行性,能进一步为玻纤增强注塑件的结构服役性能分析提供科学依据。     

玻璃纤维/大麻纤维增强聚丙烯混杂复合材料的力学性能和断裂特征(英文)

目前在土木工程,建筑,汽车等领域里使用的复合材料中,玻璃纤维是用量最大的增强材料。由于保护地球环境的呼声日趋高涨,天然纤维被期待着代替源于石油而且再利用困难的玻璃纤维,成为绿色复合材料的必要材料之一。本文通过注射成型工艺制作了玻璃短纤维,大麻短纤维以及混杂型纤维增强复合材料,并在拉伸实验中应用两种不同频率的声发射技术检测了拉伸断裂特性。实验发现,随着大麻纤维的加入和混杂复合材料绿色度的增加,复合材料的拉伸弹性模量随之线性增大,而拉伸强度基本保持不变。当大麻纤维的含量超过20wt%的时候,拉伸强度开始降低。在不同频率的声发射实验中,混杂型复合材料的声发射事件的产生都比单一纤维增强型复合材料要来的晚,也就是说,纤维的混杂有助于推迟微裂纹的产生。     

Tensile properties of short-glass-fiber- and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composites

Composites of polypropylene (PP) reinforced with short glass fibers (SGF) and short carbon fibers (SCF) were prepared with extrusion compounding and injection molding techniques. The tensile properties of these composites were investigated. It was noted that an increase in fiber volume fraction led to a decrease in mean fiber length as observed previously. The relationship between mean fiber length and fiber volume fraction was described by a proper exponential function with an offset. The tensile strength and modulus of SGF/PP and SCF/PP composites were studied taking into account the combined effect of fiber volume fraction and mean fiber length. The results about the composite strength and modulus were interpreted using the modified rule of mixtures equations by introducing two fiber efficiency factors, respectively, for the composite strength and modulus. It was found that for both types of composites the fiber efficiency factors decreased with increasing fiber volume fraction and the more brittle fiber namely carbon fiber corresponded to the lower fiber efficiency factors than glass fiber. Meanwhile, it was noted that the fiber efficiency factor for the composite modulus was much higher than that for the composite strength. Moreover, it was observed that the tensile failure strain of the composites decreased with the increase of fiber volume fraction. An empirical but good relationship of the composite failure strain with fiber volume fraction, fiber length and fiber radius was established.     

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制孔损伤

为抑制玻璃纤维增强聚丙烯复合材料（GF/PP）制孔损伤并提高其制孔效率,本文通过钻削实验获得多种进给速度下的GF/PP复合材料钻削轴向力和出口温度,使用高速摄影设备对刀具钻出过程进行在线观测,研究出口材料去除过程及其损伤成因,分析进给速度对GF/PP复合材料制孔损伤的影响规律。结果表明：GF/PP复合材料的钻削出口温度在低速进给时显著升高,在高速进给时基本趋于稳定;出口撕裂是重要的出口损伤形式,成因是大片毛刺受副切削刃的撞击和撕挤,进给速度过高或过低均会加剧损伤; 0°毛刺在低速进给时较严重,入口撕裂在高速进给时较严重。     

UV光固化玻璃纤维布/EP-PBMA树脂复合材料的力学性能

设计了光热共引发环氧树脂-聚甲基丙烯酸丁酯(EP-PBMA)树脂,并制备了UV光固化玻璃纤维布增强EP-PBMA树脂基复合材料,研究了不同EP与PBMA质量比的玻璃纤维布/EP-PBMA复合材料在不同加载速率下的拉伸力学性能。结果表明: 玻璃纤维布/EP-PBMA复合材料具有明显的应变率效应;随着加载速率增大,复合材料的拉伸强度和弹性模量呈增大趋势;EP-PBMA树脂基体的组成对应变率效应有明显的影响;玻璃纤维布/EP-PBMA复合材料与纯EP基复合材料相比,在较低的加载速率下具有更高的拉伸强度,但当加载速率达到50 mm/min时拉伸强度较低。