连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性研究

修补和加固的在役混凝土结构需要有效的手段来监测和评定其安全状况。研究了连续碳纤维增强水泥基复合材料三点弯曲梁在不同加载方式下,其电阻与变形之间的变化规律,探究连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性。结果表明,连续碳纤维增强水泥基复合材料试样的应变-电阻敏感度高于电阻应变片,线性度、滞后性较好,蠕变小,稳定性较好。据此,可将连续碳纤维增强水泥基复合材料用来制作感知结构损伤的传感器,实现对大型土木结构的在线健康监测。如果将其用作修补材料,那么在修补加固破损结构的同时,还可利用其应变-电阻敏感性长期在线动态监测结构的损伤及修补质量。     

碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究

在酚醛树脂中分别加入（质量分数，下同）5%，10％，15％，20％，25％和30％的短切碳纤维，经过模压成型后，对其磨损性能、硬度、导电性能进行了测定。结果表明，随着碳纤维含量的增加，材料的耐磨性提高，但其提高幅度随着碳纤维含量的增加而减小，最后降低为零；材料的硬度随着碳纤维含量的增加开始增幅较小，当碳纤维含量〉10％时呈线性增加；材料的导电性能随着碳纤维含量增加而提高，电阻值下降与碳纤维的增加呈非线形关系，有一个约为15％的渗滤阀值；碳纤维含量〈15％时，电阻率很大，碳纤维含量15％时，电阻值突然变小，说明碳纤维含量〉15％时，复合材料具有一定的导电性能。     

聚醚砜酮树脂基碳纤维复合材料的性能研究

以含二氮杂萘联苯型聚醚砜桐（PPESK）树脂为基体，填加短碳纤维（CE）用溶液共混共沉淀，热压模塑方法研制出PPESK基碳纤维复合材料，研究了CF处理方法，CF含量，等离子体处理材料表面及摩擦条件（如线速度）对材料的摩擦磨性能的影响，利用KYKY100B扫描电镜观察材料磨损表面，分析了PPESK树脂及其复合材料的磨损机理，摩擦磨损实验结果表明PPESK／CF与纯树脂相比，摩擦系数减小1倍，磨损率下降2个数量级，纯树脂的磨损机理主要是创削磨损和粘着磨损，而复合材料的磨损特性主要表现为粘着磨损，且具有优异的耐热性能，是一类新型无油自润滑的耐高温低摩擦材料。     

碳纤维增强树脂基复合材料的界面

从碳纤维、树脂基体、界面3个层次对碳纤维增强树脂基复合材料的界面研究进行了综述,重点介绍了碳纤维表面特性表征及改性方法、树脂基体特性及改性方法和界面分析表征手段,由此提出了纤维/树脂界面的研究路线,简要分析了复合材料界面研究的前景与趋势。为了实现纤维/树脂界面的良好匹配,充分发挥碳纤维复合材料的性能优势,需完善界面表征手段、明确界面微观性能与复合材料宏观性能的关系、深化研究界面对复合材料湿热性能及失效模式的影响等。     

热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响

采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。     

碳纤维／铜—5%锡基复合材料的弯曲性能

测定了具有不同碳纤维的短碳纤维增强铜-5％锡基复合材料的弯曲强度值,实验表明:随碳纤维体积含量的增大,弯曲强度上升,并近似符合σ=94.5-421V_f+1557V_f~2(MPa)拟合式。与粉末治金铁基摩擦材料的弯曲性能对比表明:复合材料的弯曲性能较好。对碳/铜复合材料的弯曲断口作了扫描电镜观察,断口呈“部分拔出型”。最后,结合弯曲强度实验结果及断口观察,初步分析了该复合材料的断裂过程。     

5405双马来酰亚胺树脂基复合材料湿热性能研究

５４０５双马来酰亚胺树脂是针对飞机主受力构件应用而研制的具有良好韧性、湿热性能和工艺性的基体。本文研究了该树脂浇铸体及其碳纤维复合材料有关热、湿方面的性能。结果表明，５４０５树脂吸湿率低，耐热性与５２４５Ｃ相当；Ｔ３００／５４０５复合材料在１３２℃热／湿条件下的弯曲强度及短梁剪切强度保持率达到ＴＭ６／５２４５Ｃ的水平，能保证飞机主受力构件在１３０℃下的使用。     

纳米碳纤维复合材料的电阻-应变传感性能研究

制备了不同含量的纳米碳纤维，环氧树脂复合材料试样，采用三点弯曲法测试了复合材料的电阻．应变行为．结果表明，纳米碳纤维，环氧树脂复合材料具有良好的电阻．应变行为，且当纳米碳纤维含量为4％～6％（质量分数）时，电阻．应变呈线性变化，复合材料的传感性能最为优异．     

5405双马亚酰亚胺树脂基复合材料湿热性能研究

５４０５双马来酰亚胺地脂是针对飞机主受力构件应用而研制的具有良好韧性、湿热性能和工艺性的基体。本文研究了该树脂浇铸体及其碳纤维复合材料有关热、湿方面的性能，结果表明，５４０５树脂吸湿率低，耐热性与５３４５℃相当；Ｔ３００／５４０５复合材料在１３２℃热／湿条件下的弯曲强度及短梁剪切强度保持率达到ＩＭ６／５２４５℃的水平，能保证飞机主受力构件在１３０℃下的使用。     

碳纤维/树脂基复合材料薄板的超声波检测

针对碳纤维/树脂基复合材料层压板在航空航天运用中的实际特点,分析了碳纤维/树脂基复合材料层压板的缺陷特征,选择纵波垂直反射法作为检测手段,提出了调整探头晶片后面阻尼块的阻尼系数和在探头前面增加软性透射膜水囊结构等改进超声探头的方法,有效地提高探测信号可识别性和减小探测盲区,有利于用反射信号的相位特征及形状来对缺陷进行定性分析.试验表明,改进后的纵波垂直反射法方便实用,操作性强,能有效地对碳纤维/树脂基复合材料层压板进行缺陷检测.     

不同湿热条件下碳纤维/环氧复合材料湿热性能实验研究

对比研究了环氧5228A树脂及碳纤维/环氧5228A树脂复合材料层合板在3种湿热环境(水煮、70℃水浸,70℃85%相对湿度)下的湿热性能,考察了湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律,并从吸湿特性、物理化学特性、树脂力学性能、湿应力等方面分析了不同湿热环境下复合材料性能衰减的机制。研究表明,碳纤维/高温固化环氧树脂复合材料层间剪切性能主要是由吸湿率决定,相同吸湿率不同湿热条件下性能的下降幅度基本相同;3种湿热条件下该树脂及其复合材料未发生化学反应、微裂纹等不可逆变化,复合材料层合板湿热老化机制主要是吸入水分后基体增塑和树脂、纤维湿应变不一致导致的湿应力对复合材料性能的负面作用。     

Negative piezoresistivity in continuous carbon fiber epoxy-matrix composite

The negative and positive piezoresistivity in continuous carbon fiber epoxy-matrix composite has been clarified. The negative piezoresistivity associated with the increase of the through-thickness resistivity upon longitudinal tension and decrease in the through-thickness resistivity upon longitudinal compression is practically attractive for strain sensing and is attributed to the decrease in the degree of contact between fibers of adjacent laminae upon longitudinal tension. This effect is stronger, more reversible and less prone to causing minor damage for the tension case than the compression case. The positive piezoresistivity associated with the longitudinal resistivity increasing upon longitudinal tension is negligibly weak, if any, independent of the number of laminae. The previously reported negative piezoresistivity associated with the longitudinal resistivity decreasing upon longitudinal tension does not occur for a commercially manufactured composite in which the fibers are well aligned.     

Effect of carbon nanotube waviness on the effective thermoelastic properties of a novel continuous fuzzy fiber reinforced composite

This paper deals with the investigation of the effect of carbon nanotube (CNT) waviness on the effective coefficient of thermal expansion (CTE) of a novel continuous fuzzy fiber reinforced composite (FFRC). This novel FFRC is composed of carbon fibers, sinusoidally wavy CNTs and epoxy matrix. The sinusoidally wavy CNTs are radially grown on the circumferential surfaces of the carbon fibers. Analytical micromechanics model based on the method of cells (MOC) approach is derived to investigate the influence of the waviness of CNTs on the effective CTEs of the FFRC. The present study reveals that if the amplitudes of the radially grown sinusoidally wavy CNTs are parallel to the axis of the carbon fiber then the thermoelastic properties of the FFRC are significantly improved over those of the FFRC being composed of straight CNTs.     

Preparation of continuous carbon nanotube networks in carbon fiber/epoxy composite

In order to optimize carbon nanotube (CNT) dispersion state in fiber/epoxy composite, a novel kind of CNT organization form of continuous networks was designed. The present work mainly discussed the feasibility of preparing continuous CNT networks in composite: Fiber fabric was immersed into CNT aqueous solution (containing dispersant) followed by freeze drying and pyrolysis process, prior to epoxy infusion. The morphologies of fabric with CNTs were observed by Scanning Electron Microscope. The relationship between CNT networks and flowing epoxy resin was studied. Properties of composite, including out-of-plane electrical conductivity and interlaminar shear strength (ILSS), were measured. The results demonstrated that continuous and porous CNT networks formed by entangled CNTs could be assembled in fiber fabric. Most part of them were preserved in composite due to the robustness of network structures. The preserved CNT networks significantly improved out-of-plane electrical conductivity, and also have an effect on ILSS value.     

碳纤维增强树脂复合材料在多重连续雷电流冲击下的损伤特性

通过对比碳纤维增强树脂复合材料（CF/EP）层合板在单一雷电流脉冲及不同组合及时序的多重雷电流分量作用下的雷击损伤特性,探索多重连续雷电流分量在CF/EP层合板上的散流过程与作用机制。研究发现CF/EP层合板在雷电流脉冲作用下出现纤维断裂、烧蚀、树脂热解、铺层分离等严重雷击损伤。在雷电流A、B、C及D分量连续作用下,CF/EP损伤面积达到2 790 mm2,损伤深度约1.28 mm。在多重连续雷电流脉冲作用下,CF/EP的雷电损伤深度主要与雷电流A、B及D分量的冲击力效应及介质击穿效应有关,而持续时间长、转移电荷量大的雷电流C分量的热效应对损伤面积的贡献接近40%。CF/EP层合板雷击损伤特性与雷电流分量的组合及作用时序关系密切,雷电流分量单独作用时造成的CF/EP雷击损伤效果与处于多重连续脉冲序列中时所造成的雷击损伤效果有很大差异。对CF/EP在多重连续雷电流作用下损伤效应的研究能够加深对雷电作用过程的理解,并为CF/EP雷电直接效应机制研究及试验方法的建立及完善提供实验和理论依据。      

聚醚砜对连续碳纤维/聚醚醚酮复合材料性能的影响

以聚醚砜(PES)作为第三组分及活化PES作为连续碳纤维(CCF)的表面改性剂制备CCF/聚醚醚酮(PEEK)复合材料,重点研究CCF/PEEK复合材料的制备工艺方法对其性能的影响.结果表明:PES作为第三组分制备的CCF/PEEK复合材料,当填充16wt％的CCF时,复合材料表面电阻降低到107～109 Ω,出现导电...     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

碳纤维增强复合材料筋混凝土梁非线性力学性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋混凝土梁的非线性力学性能,基于非线性理论推导了CFRP筋梁的有限元分析模型：对4个预应力CFRP筋混凝土梁进行了非线性全过程分析,考察了预应力CFRP筋、GFRP筋和普通钢筋的应力发展规律。与试验资料对比可知,计算结果与试验数据吻合良好,说明采用弥散裂缝模式、Owen屈服准则和Hinton压碎准则能较好地描述混凝土开裂、屈服和压碎特性,同时也说明了CFRP筋及其力学效应用组合单元模拟的有效性以及本文中研制程序的正确性。CFRP筋具有高强度性能,梁试件破坏时CFRP筋均未失效;与受拉区配筋为钢筋相比,GFRP筋在全过程中处于弹性阶段。