淀粉基API胶合木胶接结构破坏模式及失效机理

以淀粉基水性高分子异氰酸酯(API)胶合木胶接结构为研究对象,以胶接的压缩剪切强度为评估指标,通过加速湿热老化试验对胶接结构的破坏模式和失效机理进行了研究。结果表明:胶接结构的断裂性质为韧性断裂,且随着老化时间的增加,其破坏模式为由内聚破坏向内聚破坏+界面破坏转变。在湿热老化试验前期温度对压缩剪切试样性能起主要作用,在老化后期湿度起主要作用。     

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5％(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响.结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5％NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82％和0.67％;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5％NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8％,压缩强度降低4.3％;在3.5％NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1％,压缩强度降低4.7％.在两种溶液老化后试样的Tg降低,但相差不大.此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据.     

盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响

采用中性盐雾条件模拟海洋大气环境进行加速老化试验, 评价玻璃纤维增强环氧改性酚醛树脂基复合材料( GFRP) 在海洋气候中的耐久性。通过该复合材料经盐雾老化后的质量变化和纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度的变化, 结合湿热老化机理, 研究其老化规律。结果表明, 随着老化时间的增加, 复合材料的吸湿量增加, 力学强度下降, 压缩和层间剪切曲线表现出塑性特征。吸湿最初阶段对力学性能影响最大, 纵向拉伸强度、横向拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度分别下降到56. 1 %、54. 7 %、54. 0 %、61. 0 %。其中拉伸强度变化趋势最稳定, 更适用于评价该复合材料的老化程度。      

芳纶复合材料的界面粘结

为改善芳纶纤维增强树脂基复合材料中界面粘结强度,本研究用Mctowo.Takayanagi——化学处理法,对芳纶1414纤维进行表面处理.并依据红外光谱分析(IR),元素分析(E.A.),XPS能谱分析等近似估价芳纶1414纤维表面导入约88mol%接技率的E-51环氧化合物.用单纤维拉拔实验法直接测定芳纶1414纤维/环氧树脂基体体系的界面剪切强度.实验结果表明,芳纶1414纤维经表面环氧接技化处理后,可较明显地提高界面剪切强度而对纤维拉伸强度的降低较小.树脂基体性能对界面剪切强度的影响较显著.通过电子显微镜(SEM)观察被拔出纤维及树脂孔穴的破坏形貌,解析界面破坏机理.     

计及界面损伤的割口正交叠层板的拉伸破坏

基于剪滞理论, 建立了一种计及界面损伤的分层剪滞模型, 分析了含割口的正交叠层板在拉伸荷载作用下的应力重新分布问题, 据此可求得界面损伤区长度和割口前缘完整纤维的应力集中因子。在此基础上,采用细观统计破坏理论, 研究了割口正交叠层板的拉伸破坏机理和强度, 定量获得了残余拉伸强度与界面剪切强度的关系, 所得结果与现有实验吻合较好。结果表明, 应力集中和强度与割口长度及界面剪切强度有关; 适宜的界面黏结, 具有较高的残余拉伸强度。      

海水环境下老化周期对T800碳纤维/环氧树脂复合材料的影响EI北大核心CSCD

研究T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在海水环境中进行湿热腐蚀老化,将制备好的试件放置在人工制备70℃,3.5%NaCl溶液中腐蚀30,60,90 d,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能、压缩实验和层间剪切实验分析材料的力学性能变化。结果表明:T800碳纤维/环氧树脂复合材料在3.5%NaCl溶液中吸湿率分别为0.39%,0.47%,0.53%;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5%NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏随时间的增加老化更加严重;玻璃化转变温度T_(g)下降,分别在老化30,60,90 d后从189.16℃下降到177.54,171.88,168.06℃;经3.5%NaCl溶液老化后,老化30,60,90 d试样的最大破坏载荷分别降低3.2%,8.4%,15.3%,压缩强度分别降低3.0%,8.2%,15.9%;层间剪切最大破坏载荷分别降低3.0%,9.2%,14.9%,剪切强度分别降低3.0%,9.7%,16.4%。     

高温老化对玄武岩纤维增强树脂复合材料-铝合金单搭接接头失效的影响

为了研究持续高温环境对车用新材料粘接结构力学性能的影响,加工了铝合金-铝合金（Al-Al）和玄武岩纤维增强树脂复合材料-铝合金（BFRP-Al）单搭接接头,在高温（80℃）环境下进行了0天（未老化）、5天、10天、15天的老化实验,并对胶粘剂和BFRP复合材料进行了DSC和FTIR测试,分析高温老化后胶粘剂、BFRP复合材料的玻璃化转变温度（T_g）和化学成分变化,通过准静态拉伸测试获得老化后接头的失效载荷,并对其失效模式进行分析。研究结果表明:高温环境下,胶粘剂会发生后固化及氧化反应,BFRP复合材料发生热分解及氧化反应;Al-Al接头的失效载荷随老化周期的增加而不断增大,老化前后的失效模式均为内聚失效,其性能变化主要由胶粘剂决定;BFRP-Al接头的失效载荷先增加后减小,不同老化周期的接头均发生内聚和撕裂的混合失效,其性能变化由胶粘剂和BFRP复合材料共同作用决定,且随着老化周期的增加,BFRP复合材料撕裂面积不断增大,BFRP-Al接头的失效模式越来越倾向于玄武岩纤维/树脂界面的破坏,BFRP复合材料老化对接头失效载荷的影响越来越显著。      

耐高温聚氨酯改性TDE-85/E-51环氧树脂胶粘剂的制备和性能

以混合芳胺为固化剂,通过聚氨酯(PU)对4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)与二酚基丙烷缩水甘油醚(E-51)环氧树脂的改性,制备了一种高强高韧的耐高温环氧树脂结构胶粘剂。通过改变E-51、TDE-85、PU及固化剂之间的配比,探讨了各个组分对胶粘剂力学性能的影响。通过SEM分析,研究了PU增韧环氧树脂的机理。结果表明,TDE-85和E-51的配比为1∶1,PU添加量为环氧树脂的19%,芳胺固化剂添加量为20%时,胶粘剂具有最佳的耐热性和力学性能。制备的PU改性TDE-85/E-51结构胶粘剂室温拉伸剪切强度达到25.81 MPa,160℃高温拉伸剪切强度为12.85 MPa,剥离强度达到51.68 N/cm。     

湿热-高温循环老化对碳纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响EI北大核心CSCD

采用层间剪切的测试方法,研究了湿热-高温循环老化对碳纤维双马树脂基复合材料界面性能的影响,分析了复合材料的质量变化过程以及不同循环老化次数下的层间性能、表面和断口形貌、动态力学性能及红外谱图。结果表明,随着湿热老化次数的增加,饱和吸湿率逐渐增大后又减小,但达到吸湿饱和所用时间逐渐缩短;随着高温老化次数的增加,老化前期的质量损失速率降低得不多,但最终的质量损失率有着小幅度的升高。湿热-高温循环老化导致了纤维与基体间的界面破坏,但层间剪切强度降低的幅度不大,有着较高的保持率。随着循环次数的增加,每次湿热老化后的Tg都较前一次有所升高,但在每次高温老化后的Tg都相差不大。高温老化在循环老化过程中起主导作用,期间发生了热老化效应和氧化反应。     

湿热-高温循环老化对碳纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响

采用层间剪切的测试方法,研究了湿热-高温循环老化对碳纤维双马树脂基复合材料界面性能的影响,分析了复合材料的质量变化过程以及不同循环老化次数下的层间性能、表面和断口形貌、动态力学性能及红外谱图。结果表明,随着湿热老化次数的增加,饱和吸湿率逐渐增大后又减小,但达到吸湿饱和所用时间逐渐缩短;随着高温老化次数的增加,老化前期的质量损失速率降低得不多,但最终的质量损失率有着小幅度的升高。湿热-高温循环老化导致了纤维与基体间的界面破坏,但层间剪切强度降低的幅度不大,有着较高的保持率。随着循环次数的增加,每次湿热老化后的Tg都较前一次有所升高,但在每次高温老化后的Tg都相差不大。高温老化在循环老化过程中起主导作用,期间发生了热老化效应和氧化反应。     

耐高低温环氧有机硅胶粘剂的力学性能研究

介绍了一种研制的室温固化、耐高温、耐低温环氧有机硅胶粘剂。通过对胶粘剂的剪切强度分析,探讨了原料配比,偶联剂等因素对环氧有机硅胶粘剂力学性能的影响。研究表明:增韧剂在胶粘剂中含量适当时(质量比25%),能与固化剂充分反应,有机硅与环氧树脂也能获得较好的相溶性,制备的环氧有机硅胶粘剂的综合性能较优;硅烷偶联剂能改善胶膜界面层的胶接强度,提高环氧有机硅胶粘剂的剪切强度。     

湿热环境对复合材料单向板拉伸性能的影响

湿热环境会导致复合材料层合结构力学性能下降。针对[90]16和[0]16复合材料单向板,在不同湿热环境处理后进行拉伸试验,对比分析其拉伸性能退化情况,通过断口形貌及微观形貌分析阐述其退化机理。结果表明,干燥环境下,复合材料单向板中的环氧树脂基体在高温下发生后固化,[90]16单向板拉伸强度随环境温度升高而增加,[0]16单向板拉伸强度随环境温度上升基本不发生变化; 85%RH下,单向板纤维-基体界面上产生湿应力与热应力,[90]16和[0]16单向板拉伸强度均随环境温度升高而下降; 70℃水浴中,单向板的基体树脂与纤维-基体界面均发生严重损伤,[90]16和[0]16单向板拉伸强度严重下降。     

湿热环境对复合材料单向板拉伸性能的影响EI北大核心CSCD

湿热环境会导致复合材料层合结构力学性能下降。针对[90]16和[0]16复合材料单向板,在不同湿热环境处理后进行拉伸试验,对比分析其拉伸性能退化情况,通过断口形貌及微观形貌分析阐述其退化机理。结果表明,干燥环境下,复合材料单向板中的环氧树脂基体在高温下发生后固化,[90]16单向板拉伸强度随环境温度升高而增加,[0]16单向板拉伸强度随环境温度上升基本不发生变化; 85%RH下,单向板纤维-基体界面上产生湿应力与热应力,[90]16和[0]16单向板拉伸强度均随环境温度升高而下降; 70℃水浴中,单向板的基体树脂与纤维-基体界面均发生严重损伤,[90]16和[0]16单向板拉伸强度严重下降。     

双酚A-聚碳酸酯湿热老化链内/链端水解反应机理的粗粒化分子动力学-动力学蒙特卡洛模拟

提出了用粗粒化分子动力学与动力学蒙特卡洛相结合的模拟方法(C-K方法),在较大空间和时间尺度下研究了不同初始聚合度及水含量的聚碳酸酯(PC)的湿热老化规律及链内/链端水解分子机理.发现在多数条件下PC的水解反应主要发生在链内,且链内水解位置多位于距链端2?20聚合度处,这可能与链内反应位点远多于链端有关.降低PC的初始...     

单宁酸协同改性超高分子量聚乙烯纤维与环氧树脂复合材料

将单宁酸共混改性的环氧树脂与单宁酸-金属Na~+络合改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行复合,从而改善了UHMWPE纤维与环氧树脂的界面强度,提高了纤维增强复合材料的整体性能。改性后纤维表面的单宁酸与树脂基体中的单宁酸在界面处形成"桥联"作用。单宁酸共混改性环氧树脂是为了在环氧树脂中引入羟基以增强其力学强度。结果表明,当单宁酸在环氧树脂中的负载量为1%时,树脂基体的拉伸强度、弯曲强度达到最大值,分别为55.41 MPa, 74.24 MPa,与纯环氧树脂相比分别提高了67.5%和63.5%。同时界面剪切强度达到2.22 MPa,与原复合材料相比提高了64.8%。纵向纤维束使环氧树脂复合材料的拉伸强度增加到89.52 MPa,弯曲强度达到118.82 MPa,与纯复合材料相比,分别提高了120.2%,47.3%。通过扫描电镜图分析可以得出,纤维增强复合材料的破坏方式为黏接剂破坏。     

环氧胶粘剂及其胶接界面热氧老化机理研究

采用红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜对环氧胶粘剂的热氧老化机理进行了研究。同时,对环氧胶接结构进行了力学性能分析,研究了热氧环境对其力学性能退化的影响。结果表明,环氧胶粘剂在热氧加速老化中发生的化学反应主要有后固化反应和氧化反应。热氧老化过程中,环氧胶中的羟基被氧化为醛基化合物,亚甲基被氧化为酰胺。热氧加速老化后的力学性能表明,环氧胶材料本体的耐老化性能好,界面粘接强度具有较好的稳定性。     

纤维束拉伸件几何尺寸对界面横向拉伸强度影响分析

纤维与基体的界面对复合材料的力学性能和耐久性有很大影响。相比于传统界面测试方法得到的界面剪切强度(IFSS),采用横向纤维束拉伸试验测得的横向拉伸界面强度可直观地反映纤维束与树脂间的界面性能,同时不受纤维组织微结构的影响,是树脂传递模塑(Resin transfer moul-ding, RTM)成型三维机织复合材料性能预测所需的重要参数。本工作建立了一种考虑纤维与树脂的热膨胀系数差异以及树脂固化收缩影响的横向纤维束拉伸试样的有限元模型,分析界面处的横向应力分布和破坏模式。然后用RTM工艺制备碳纤维束增强环氧树脂横向拉伸试验件,结果验证了模型的准确性。比较不同横向拉伸试样在界面处的受力状态,结果表明,十字型试样能有效改善边缘应力集中的现象,且在界面中心区域受力均匀,得到的横向拉伸强度更加精确。此外,讨论了十字型样品的伸出端宽度、长度等特征尺寸以及增强纤维类型对测试结果的影响。在选择纤维束横向拉伸试样时,为获得更加准确的界面横向拉伸强度,试样伸出端的宽度应尽可能大一些,但需要小于伸出端总长度的1/2以获得理想的破坏模式。     

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

碳纤维增强树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为

选取两种先进轻质复合材料:碳纤维增强酚醛树脂复合材料(CF/S-157)与碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/TDE-85),开展模拟海洋环境实验室盐雾老化、湿热老化和盐水浸泡环境长达9600 h加速试验.基于各种力学性能(拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度)开展材料老化行为规律研究,利用傅立叶变换衰减全反射红外...     

碳纤维增强环氧树脂复合材料盐雾腐蚀行为及其老化分子机制

碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)综合性能优异,广泛用于国防军工、航空航天等领域。文中针对CFRP在海洋气候环境下的实际应用需求,研究了具有产品结构特征的NOL环及层压板试样在高温、高浓度盐雾（55℃,10%NaCl）条件下的盐雾腐蚀行为,并通过研究材料在老化过程中的吸湿行为、盐分扩散行为及树脂分子/交联网络结构及体系界面结构的演变,探究了其老化分子机理及界面损伤机制。其老化过程可分为3个阶段,在此期间水分子对树脂的溶胀与塑化作用、纤维-基体湿膨胀系数不匹配诱发的界面损伤作用及盐分/水分对树脂的腐蚀断链作用均可导致体系交联密度降低、界面脱粘及基体破碎,诱使材料力学及界面强度劣化。老化90 d后,NOL环及层压板试样的层间剪切强度（ILSS）保留率分别为73.75%及84.10%。