环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究

为了提高碳纤维(CF)自行车轮毂的寿命,研究了以SiC颗粒改性的环氧树脂为基体,CF平纹布为增强体的复合材料在不同载荷、不同摩擦环境及不同SiC含量情况下的磨损量与摩擦系数。结果表明,增大载荷和湿态(水润滑)的摩擦环境会不同程度地增加复合材料的磨损量,同时随着SiC填料含量的增加,复合材料的耐磨损性能增加。     

含预置裂纹的CFRP层合板弯曲性能研究

分别对含有不同位置、角度和长度预置裂纹的T700/6240复合材料层合板进行三点弯曲实验并结合微观表征手段以研究不同裂纹参数对层合板弯曲性能和失效方式的影响,并建立裂纹长度与试样弯曲强度和模量之间的关系模型。利用ABAQUS有限元软件建立含有预置裂纹的复合材料层合板三点弯曲模型,对比验证有限元方法与实验结果的一致性。结果表明,含有不同参数预置裂纹层合板的弯曲强度和模量均小于完好试样,预置裂纹位置从层合板的上层移至下层,弯曲强度下降幅度由19. 10%减小至6. 24%,模量的下降幅度在11. 34%～12. 97%之间;裂纹角度的增加对弯曲强度没有趋势性影响,但会导致其弯曲模量不断降低,裂纹角度为90°时较完好试样分别降低了19. 10%和12. 97%;裂纹长度的增加导致弯曲强度和模量分别呈线性和三次曲线递减。有限元仿真计算结果与实验值对比的误差小于10%,验证了有限元方法的可靠性。     

CFRP整体自行车车架的研制

近年来,CFRP广泛地用于赛车。采用CFRP的优点:车架的形状可按合理的制造成本随意成形。此外,CFRP还具有良好的减震性和比模量,这会使赛车行驶起来舒适。笔者研制出的CFRP整体自行车车架大量地使用了高模量碳纤维。车架的刚度和强度是通过有限元分析法,动、静态试验和合理运用新的制造方法设计的。整车重为7.5kg,这可能是目前世界上重量最轻的。     

混杂纤维增强的汽车制动摩擦材料性能

研究了混杂纤维含量对混杂纤维增强汽车制动摩擦材料性能的影响；结果表明，随着坡缕石纤维和钢纤维含量的增加，摩擦材料的冲击强度均增加；坡缕石含量的变化对磨损率影响不大，Kevlar含量较高时，混杂纤维摩擦材料200℃磨损率增加，250℃和350℃磨损率降低；Kevlar纤维随着其含量的增加，混杂纤维摩擦材料高温摩擦性能（250-350℃）有所降低。     

基于协同优化的CFRP层合板设计

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板是碳纤维复合材料产品设计过程中常用的一种结构形式,其弹性性质很大程度依赖于铺层方式和芯材厚度。基于经典层合板理论,提出了多层次协同优化的方法,利用Matlab数学软件寻优求解和Abaqus有限元软件模拟仿真的方法对层合板进行优化设计,最后通过物理实验对层合板优化结果进行分析验证。结果表明,增加铝蜂窝夹芯厚度可以大幅提升层合板弯曲刚度,有效减少碳纤维层的铺层数,降低制造成本;将0°层尽可能置于远离中面的位置可在不改变层合板质量的同时有效提升层合板弯曲刚度,使材料利用率达到最大化。     

自行车镀铬层抗裂性能的评价

50年代初期,我国电镀工业尚处在相当落后的手工作坊式生产阶段,对自行车电镀质量标准的研究,还没有完整的科学理论和方法.鉴于这一时期我国特定的历史条件和国际环境,曾从苏联标准(OCT)中照搬了镀铬层"抗裂"性能的试验方法:即采用6%的二氧化硫的亚硫酸腐蚀介质,来检查镀铬层的裂纹.这种方法在60年代初期国际镍源紧缺的情况下,我国电镀工作者为寻找Cu-Sn合金等代镍镀层时,曾起过一定的积极作用,但在现有的国外标准中早已见不到了.     

复合改性酚醛树脂对制动摩擦材料性能的影响

制动摩擦材料的性能质量是否能满足制动器是非常关键的,所以在制动性能的安全性和稳定性上制动摩擦材料以有很关键的作用。为了提高酚醛树脂的耐热性能采用了硼酸与桐油等对其进行改进,如纳米改进、有机物改进、无机物等改进结合的符合改进方法,经过具体实际的结果表明这种方式的确提高了酚醛树脂的耐热性,同时再添加适量的有机蛭石可以明显提高酚醛树脂的耐热性能以及耐高温性能,可以充分降低磨损以及有效避免摩擦磨损性能的热衰退。     

不同制动速度对碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料摩擦性能的影响

为了研究不同制动速度对碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,通过制备短切纤维(DQ)、平纹布铺层(TB)和2.5D深交联机织物(SJ)三种碳纤维预制体结构增强酚醛树脂基摩擦材料,测试了三种摩擦材料在不同制动速度下的摩擦系数、磨损率及制动时间,并结合微观表面形貌和磨屑形貌讨论了摩擦材料的摩擦磨损机理。结果表明:在相同的制动速度下,材料的摩擦系数基本表现为SJTBDQ,深交联织物增强摩擦材料磨损量最低、制动时间最短。平纹布铺层和2.5D织物增强摩擦材料的摩擦系数受制动速度的变化影响较小,并稳定在0.35～0.45。随着制动速度的增加,短切纤维增强摩擦材料表面难以形成连续的摩擦膜,主要发生磨粒磨损;平纹布铺层和2.5D织物增强摩擦材料摩擦表面存在较完整的摩擦膜,磨损形式以粘着磨损为主。     

制动摩擦机理与摩擦膜的关联性

摩擦制动是交通车辆和机械设备等正常工作和安全运行的保障,因此,制动用摩擦材料的摩擦学性能研究已成为当今重要的研究课题。主要介绍了树脂基摩擦材料与摩擦配副的摩擦学机理,总结并分析了摩擦界面摩擦膜形成的影响规律和机理,讨论了摩擦界面的接触行为对摩擦膜的形成机理。在摩擦过程中,摩擦膜对摩擦材料的磨损和摩擦稳定性具有重要的作用,因此,摩擦膜的结构和性能是影响摩擦系统的安全和稳定的关键因素。由目前研究结果可知,后期应重点关注新型绿色树脂粘结剂和填料的研发、摩擦界面形成摩擦膜深度表征及摩擦材料结构的优化设计。     

升降桅杆用CFRP管件铺层设计及弯曲性能研究

根据选定的升降桅杆管体结构形式、尺寸参数和材料,设计了升降桅杆用CFRP管铺层,用静力学和有限元计算相结合的方法分析了其弯曲性能;优化并确定了升降桅杆用CFRP管的铺层方案。结果表明:CFRP管的弯曲承载能力比铝合金管提高了2~4倍;通过对CFRP管材不同铺层的分析,结果显示0°/90°/±45°铺层的等价弯曲模量和最大弯曲载荷比0°/90°铺层提高约5%。     

冲击损伤对CFRP层合板拉伸-渗漏性能的影响研究

复合材料对于各种冲击具有敏感性,当其受到一定的冲击后,在材料内部通常会发生如基体开裂、层间滑脱、基体挤压破坏、分层和脱层、纤维挤压变形以及纤维断裂等损伤,这些损伤对复合材料的性能影响很大.本文选用五类CFRP层合板试件,各个试件的相对体积孔隙率均不大于0.1％,低于其力学性能变化的临界值,可以忽略孔隙率对本试验的影响....     

CFRP层合板力学性能影响因素研究

碳纤维增强复合材料是一种轻量化材料,在汽车工业具有广泛的应用前景。CFRP层合板作为碳纤维增强复合材料的一种常用形式,其力学性能与铺层设计息息相关。采用有限元仿真与物理实验相结合的方法,研究了碳纤维蒙皮与芯材对CFRP层合板力学性能的影响规律。结果表明,有限元仿真与三点弯曲实验结果吻合度较高;蒙皮对层合板性能的影响主要表现为:增加蒙皮厚度可减小层合板受载时的变形量,采用非对称铺层方式可提升层合板的承载能力;芯材对层合板性能的影响主要表现为,选用竖直方向上压缩强度高的铝蜂窝,并在一定范围内增加芯材厚度,可提高层合板的刚度。     

导热填料对EP/SiC/CF复合材料摩擦层热性能的影响

为了提高竞技用自行车的制动性能,先将环氧树脂(EP)和碳化硅混合制备了改性树脂,利用浸渍-模压法制备了一种用于自行车轮圈刹车部位的EP/SiC/碳纤维(CF)复合材料摩擦层样品,利用自制的热导率测试装置研究了导热填料的含量对摩擦层样品的热性能影响,并且对摩擦层样品的厚度规格参数进行了优化。结果表明,摩擦层样品随着时间的增加,表面温度逐渐升高达到平衡;随着改性树脂中导热填料的含量增加,摩擦层样品平衡温度升高,且升温速率下降加快;摩擦层样品的高温热导率随着填料含量的增加而增大,不同厚度摩擦层样品的定值升温时间/厚度的比值不同。综合考虑,改性树脂中导热填料质量分数为6%、厚度为0.5 mm的复合材料摩擦层适用于复合材料自行车轮圈的刹车结构。     

热回收式板框膜蒸馏组件的制备及性能研究

制备了一种新型的热回收式板框膜蒸馏组件,该组件主要由疏水性平板微孔膜和中空纤维换热丝构成,并对其负压辅助气隙式膜蒸馏过程进行了研究。重点考察了进料液温度、进料液流量和透过侧真空度等操作参数对膜组件膜通量、造水比及脱盐率等性能的影响。实验结果表明,膜通量随着进料液温度、进料液流量及真空度的升高而增大;造水比随进料温度和真空度的升高而增大,但随进料流量的加大而减小。在进料液温度为95℃、进料液流量为70 L/h、真空度为0.05 MPa时,膜通量和造水比最高可达33.0 kg/(m~2·h)和2.050,而脱盐率始终在99.98%以上,与传统膜蒸馏相比,造水比提高1倍以上,表现出了高通量下较好的热回收效果。     

CFRP界面胶接性能的研究

本文主要对碳纤维增强树脂基复合材料与金属铝的界面胶接问题进行了研究。对胶粘剂中的环氧树脂、增韧剂及胶接工艺方法进行了一系列的对比试验，从而选择出适用于实际工艺生产的胶粘剂。     

插层改性膨润土对聚合物基摩擦材料摩擦性能的影响

采用热压成型工艺制备了插层改性膨润土掺杂的聚合物基摩擦材料,通过对比改性前后的膨润土掺杂的数据结果,进而探索插层改性膨润土的摩擦材料磨损表面的形态、物理力学性能、摩擦磨损性能的变化规律。结果表明:插层改性之后,膨润土的形貌由不规则的颗粒状变成片层状结构,晶面间距比原来增大了0.089 22 nm,表明季铵盐十六烷基三甲基溴化铵已经成功地插层进入膨润土层间。与未改性的膨润土相比,季铵盐改性膨润土增强的摩擦材料磨损表面更为平整,这与表面生成的摩擦膜密切相关,其硬度从未改性膨润土掺杂摩擦材料的85~95降低到了80~90,冲击强度明显提高,摩擦系数较高,磨损率较低,尤其是当温度为350℃时,季铵盐改性膨润土掺杂的摩擦材料其摩擦系数从原来的0.15增加至0.23,而磨损率从原来的2.25×10^–7 cm^3/(N·m)降低至0.97×10^–7 cm^3/(N·m),综合性能变好。     

低噪声制动摩擦材料的研制

用粘弹性振动理论分析认为,增加摩擦材料的粘弹性有利于降低或消除车辆制动噪声。研制的腰果壳油和三聚氰胺改性酚醛树脂,使酚醛树脂基石棉摩擦材料的硬度大幅度降低并提高了材料的热稳定性。试验证明,该材料可降低制动噪声,满足车辆制动要求。     

预埋碳纳米纸增强CFRP层合板弯曲性能分析

为了研究碳纤维增强复合材料的弯曲性能,本文采取层间预埋碳纳米纸的方法制备CFRP层合板,进行三点弯曲加载下的静力实验,通过分析弯曲应力-应变曲线以及对比试件弯曲极限载荷,研究碳纳米纸以及固化压力对CFRP弯曲性能的影响。研究结果表明:预埋碳纳米纸能够有效增强CFRP的弯曲强度以及极限弯曲承载能力;固化压力的提高可增强预埋碳纳米纸CFRP的机械性能,固化压力为2 MPa时达到最佳增强效果。     

CFRP加固组合梁承载力性能实验研究

对碳纤维复合增强材料(CFRP)条带加固的混凝土-钢组合梁抗弯性能进行实验研究。在考虑CFRP条带加固长度和宽度两个变量的基础上,采用四点加载的方式,研究加固和未加固组合梁在加载过程中的承载力性能。通过分析试件的荷载-位移曲线和其破坏模态,揭示在加固前后混凝土试件的初裂荷载和极限承载力的变化规律,并分析组合梁各类破坏模态的产生机理。实验研究结果表明:采用CFRP条带加固的组合梁承载能力会提高,当CFRP加固长度为试件总长的60%时,承载力的提高效率最高。同时提出一桁架模型,用以分析加固前后组合梁中混凝土板、钢梁腹板以及FRP条带的内力,为该类加固梁的极限荷载预测提供了依据。