连续纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)可循环使用,具有高比强度和比刚度、良好的耐腐蚀性、耐冲击性、耐热性、低成本以及设计灵活性,被广泛应用在汽车、船舶、航空航天、国防等领域。本文从纤维与基体出发,综述了CFRTP的加工工艺的研究进展。文章主要涵盖4方面的内容:首先介绍用于制造结构复合材料的典型热塑性基体和高性能纤维,然后介绍连续纤维的表面处理和连续纤维热塑性预浸料的制备;之后介绍CFRTP的热成型和树脂传递模塑(RTM)以及一些新开发的CFRTP成型技术,详细介绍有关工艺改进和参数优化的实验和数值研究;最后展望了CFRTP的未来研究重点及发展趋势。     

连续纤维增强热塑性复合材料的制备成型技术及其应用前景

介绍了连续纤维增强热塑性复合材料（ＣＦＲＴＰ）的材料组成,综述了ＣＦＲＴＰ的主要制备技术、成型方法以及应用前景。     

连续纤维增强热塑性复合材料的制备成型技术及其应用前景

介绍了连续纤维增强热塑性复合材料（ＣＦＲＴＰ）的材料组成，综述了ＣＦＲＴＰ的主要制备技术，成型方法以及应用前景。     

混杂纤维增强高性能混凝土拉压比试验研究

研究了揭示钢纤维和聚丙烯纤维混杂后对高性能混凝土强度和拉压比的影响.参照国家标准和试验方法,按不同的纤维掺量设计了9组混杂纤维增强高性能混凝土试件以及3组钢纤维增强高性能混凝土对比试件和1组普通高性能混凝土对比试件,进行了大量立方体抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验研究,并对拉压比进行回归分析.结果在高性能混凝土中掺加适量的钢纤维和聚丙烯纤维后:对抗压强度影响不明显,但可使抗拉强度提高10%~30%,使拉压比增大到0.06~0.068;钢纤维体积掺量为0.8%、聚丙烯纤维体积掺量为0.11%时,混杂纤维增强高性能混凝土拉压比为0.068;混杂纤维增强高性能混凝土的劈裂抗拉试验为近似于延性断裂破坏.结论掺加适量钢纤维和聚丙烯纤维后,高性能混凝土的抗拉强度和拉压比均有不同程度的提高,这有利于提高高性能混凝土的抗裂性能和抗震性能.     

纤维增强复合材料(FRP)的研究与应用

在介绍了纤维增强复合材料（FRP）的材料性能及其应用形式和应用领域的基础上，对FRP的研究与应用进行了总结和回顾，同时指出了存在的一些问题。然后介绍了碳纤维布修复补强工法，目的是使FRP更利于土木工程的应用，增强结构的使用性能。主要的方法是理论和实践相结合。结果表明，加固后的建筑结构性能良好。所以运用FRP对结构进行加固是一种行之有效的方法，具有很大的发展空间及前景。     

纤维自密实混凝土的压拉性能及混杂效应

在自密实混凝土(SCC)中单掺、混掺玄武岩纤维(BF)和聚丙烯腈纤维(PAN)制备纤维SCC试件,对标准养护28d的纤维SCC试件进行强度试验,研究单掺、混掺BF与PAN含量对SCC压拉性能的影响,探讨纤维SCC的微观结构和纤维的混杂效应。结果表明：掺入BF和PAN均能提升SCC的压拉强度,且劈裂抗拉强度的提升效果较抗...     

纤维增强复合材料加固砌体结构研究进展综述

纤维增强复合材料以其轻质、高强、耐腐蚀性等优点,广泛应用于航空航天、船舶制造、风力发电、机械制造等领域,上世纪80年代,土木工程研究者开始关注纤维增强复合材料与各种土木工程结构的共同工作性能,研究并利用纤维增强复合材料加固和修复土木工程结构。综述纤维增强复合材料在砌体结构加固与改造方面的研究进展,重点介绍纤维增强复合材料在砌体结构的抗剪、抗震、平面抗弯、界面粘结性能等方面的研究成果。     

预应力纤维增强复合材料(FRP)桥梁结构加固应用2020年度研究进展

纤维增强复合材料（FRP）由于其材料耐腐、质轻高强等优越性能在新建桥梁和旧桥加固等工程领域中应用广泛、发展迅猛,已成为桥梁领域的研究热点。为促进FRP在桥梁加固中的应用与发展,满足工程运维多样化需求,对老旧桥梁加固特点、FRP材料性能及其加固桥梁方法等方面的相关研究进行总结与评述,并从混凝土和钢结构桥梁加固两方面对近年来预应力FRP方法在桥梁加固实践中的研究和应用进行回顾。预应力FRP因其加固效果明显,施工速度快,已成为一种重要的桥梁加固方法并得以应用,未来还需在FPR锚固系统标准化、加固后桥梁行为可监测性、建立FRP加固桥梁结构的规范体系等方面开展研究工作。     

亚麻/低熔点聚酯纤维热塑性复合材料性能研究

以开发低成本、省能源的天然纤维复合材料为目的,采用亚麻/低熔点聚酯纤维针刺非织造布为预成型材料,经热压制作了热塑性复合材料.对复合材料的拉伸与弯曲性能进行了测试与评价,研究了亚麻纤维碱液处理及热压成型工艺对复合材料板材力学性能的影响.结果表明:碱液处理后复合材料单层板的纵向拉伸强度、弯曲强度分别提高了100/0和220/0以上;热压工艺为压力9 MPa、温度180℃、时间30 m in时,板材的力学性能最佳;在铺层数或纤维含量相同的情况下,层合板的力学性能低于单层板的纵向力学性能而高于其横向力学性能.     

混杂纤维增强高性能混凝土强度的试验

目的揭示钢纤维和聚丙烯纤维混杂后对高性能混凝土强度和抗裂性能的影响.方法参照国家标准和试验方法，按不同的纤维掺量设计了16组纤维增强高性能混凝土试件，进行了大量抗压强度试验和劈裂抗拉性能试验研究.结果低体积掺量的聚丙烯纤维增强高性能混凝土劈裂抗拉试验破坏为爆裂式破坏；在高性能混凝土中掺加适量的钢纤维和聚丙烯纤维可使抗拉强度提高10%-40%，使拉压比增大到1/18-1/16；劈裂抗拉试验破坏为带有一定延性的破坏；钢纤维体积掺量为0.8%、聚丙烯纤维体积掺量为0.11%时混杂纤维增强高性能混凝土的复合增强效果最好，高性能混凝土拉压比为1/16.结论适量掺加钢纤维和聚丙烯纤维可使高性能混凝土的拉压比增大，提高高性能混凝土的抗裂性能.     

全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究

3D打印成型碳纤维接枝碳纳米管增强热塑性复合材料的强度提高

王婼楠¹，吴海宏^1，2，郭子月³，刘春太²，申长雨²

（1. 河南工业大学 机电工程学院，郑州450001; 2.郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心，郑州450002; 3.中山大学 数学学院（珠海）,珠海519082）

创新点说明：

1) 研究了碳纤维定量接枝碳纳米管对热塑性复合材料的界面性能及拉伸性能的影响。

2) 用3D打印模压成型的工艺方法制备了热塑性复合材料。

研究目的：

研究碳纤维表面接枝不同含量的碳纳米管对复合材料微观结构、界面性能和力学性能的影响。

研究方法：

1) 采用溶液法，通过控制碳纳米管接枝反应时间，制备不同含量碳纳米管接枝碳纤维，然后用硝酸刻蚀法，去除残留溶剂，验证了碳纳米管接枝的可靠性。用扫描电镜观察碳纤维的微观形貌，用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析。

2) 用扫描电镜观察碳纤维与基体的结合情况并用接触角测量仪测试碳纤维与基体的接触角。

3) 通过 3D打印成型法成型了热塑性复合材料样条，并用扫描电镜观察碳纤维热塑性复合材料的界面微观形貌。

4) 采用万能试验机测试3D打印成型热塑性碳纤维复合材料的拉伸性能，并观察复合材料断口形貌。

结果：

1) 溶液法.扫描电镜观察发现碳纳米管在碳纤维表面均匀分布，表明碳纤维与碳纳米管之间存在较强的键合关系。但随着接枝时间的增加，碳纤维表面的碳纳米管含量逐渐增加，但达到0.4%时，出现分散不均匀现象。碳纤维表面含有上浆剂和去掉上浆剂的对比发现，无上浆剂的碳纤维表面沟壑明显，这些沟槽可以增加碳纤维的比表面积和表面能，增强了基体与碳纤维的机械相互作用。用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析，结果表明，经偶联剂改性后，C=O键含量明显增加，碳纤维表面引入含氧官能团。C1，O1S峰增强，表明碳纳米管接枝到了碳纤维表面。

2) 扫描电镜结果表明，与表面未接枝碳纳米管的碳纤维相比，接枝碳纳米管的碳纤维与基体PA6具有更好的润湿性。接触角测试结果对比发现，接枝碳纳米管的碳纤维与基体的接触角，明显小于未接枝碳纳米管的。

3) 通过扫描电镜观察复合材料的界面微观形貌，结果表明：纤维与基体之间存在一定厚度的界面层，界面层的存在可以减轻纤维与基体之间的力学性能突变引起的应力集中，并防止界面缺陷的扩展。

4）界面结合强度测试结果表明，当碳纳米管的质量分数增加到0.25%时，复合材料的界面结合强度比未接枝碳纳米管的碳纤维增强的PA6复合材料提高了20%，比表面有环氧的碳纤维复合材料提高了41.8%。然而当碳纳米管含量大于0.4%时，界面结合强度不再继续增加。力学测试表明碳纳米管含量为0.25%的复合材料具有最高的平均模量、拉伸强度和界面剪切强度。接枝碳纳米管的碳纤维复合材料断口形貌可以观察到界面处基体中的韧窝。表明基体树脂在拔出纤维前经历了较大的塑性变形，表明纤维与基体有很好结合性。

结论：

实验结果表明，碳纳米管可以提高表面的润湿性和CF表面粗糙度。碳纳米管接枝碳纤维增强PA6与环氧上浆的碳纤维复合材料相比，当碳纳米管的质量分数达到0.25%时，复合材料的界面结合强度增加了41.8%，拉伸强度提高了130%，界面剪切强度提高了238%。然而，随着碳纳米管含量的继续增加到0.4%时，界面结合强度和力学性能就会下降。

关键词：热塑性复合材料，界面结合强度，界面剪切强度，3D打印成型

     

预应力碳纤维加固混凝土梁板的可行性研讨

讨论了传统的CFRP加固混凝土梁板的技术缺陷与不足,探讨了预应力CFRP混凝土梁板加固方法的优点,分析了各种预应力碳纤维加固施工工艺及预应力碳纤维加固梁板结构的合理性。     

碳纤维布加固高强混凝土梁的有限元分析

目的研究有限元分析法在碳纤维布加固高强混凝土梁中的应用,通过与试验结果比较来验证有限元分析的可行性．方法采用ANSYS有限元分析软件,对碳纤维布加固高强混凝土梁的受力性能进行数值模拟,探讨了单元的选取、本构关系的设定、网格的划分以及模型的建立等,通过后处理得到荷载一位移曲线、荷载一应变曲线以及裂缝的开展情况．结果通过与试验结果的对比得知,二者的荷载一位移曲线、荷载一应变曲线趋势一致,极限荷载的误差也在允许范围内,裂缝开展情况与真实情况相符．结论建立的有限元模型可以较好地模拟碳纤维布加固高强混凝土梁的受力性能,有限元分析可以作为一个有效的手段来分析高强混凝土粱的抗弯加固性能．     

混杂纤维轻骨料混凝土的力学和抗冻性能研究

为了研究钢纤维和聚丙烯纤维对轻骨料混凝土性能的影响,共设计了16组轻骨料混凝土试件,其中有9组混杂纤维轻骨料混凝土,3组钢纤维轻骨料混凝土,3组聚丙烯纤维轻骨料混凝土和1组普通轻骨料混凝土试件。试验结果表明:当钢纤维体积率为1.0%,聚丙烯纤维体积率为0.05%时,混凝土的抗压强度最大为39.16 MPa,提高了17.92%;当钢纤维体积率为1.5%时,抗拉强度最大为4.77 MPa,提高了63.36%。50次冻融循环试验后混凝土的强度损失率最低的是Ssp3组,即钢纤维体积率为1.0%,聚丙烯纤维体积率为0.15%时,强度损失率最低为1.79%,降低了68.92%。     

温度和湿态处理对酚醛/玻纤复合材料抗拉强度的影响

为确定新研制的酚醛/玻纤复合材料的抗拉强度是否满足设计及使用要求,研究了酚醛/玻纤复合材料在-55℃、20℃干态/湿态、71℃干态/湿态和93℃干态/湿态的经向拉伸性能,讨论了不同温度以及湿态处理对酚醛/玻纤复合材料拉伸强度的影响规律,利用扫描电子显微镜(SEM)考察了试件断口的显微结构和断裂形态.研究结果表明:随着温度的升高,酚醛/玻纤层合板的抗拉强度总体呈现下降的趋势.干态条件下,20℃状态的抗拉强度比-55℃状态下的降低了129.9MPa,即降低了24.26%;71℃状态下的抗拉强度比20℃状态下降低了50MPa,即降低了12.33%;93℃状态下的抗拉强度比71℃状态下降低了62MPa,即降低了20.33%.湿态条件下,71℃状态下的抗拉强度比20℃状态下降低了72.3MPa,即降低了29.19%;93℃状态下的抗拉强度比71℃状态下降低了72MPa,即降低了26.57%.在同一温度下,湿态状态下试样的抗拉强度比干态状态下的明显降低.20℃状态下,湿态比干态降低了69.67MPa,即降低了17.18%;71℃状态下,湿态比干态降低了117.7MPa,即降低了33.11%;93℃状态下,湿态比干态降低了111.6MPa,即降低了39.41%.     

聚酯纤维掺量对聚合物树脂混凝土力学性能的影响

利用抗压试验、抗折试验及扫描电镜等方法,探讨了聚酯纤维对聚合物砂浆性能的影响.试验结果表明:当聚酯纤维掺量为0.8%与聚酯纤维掺量0%相比,聚合物砂浆的抗折强度提高17%,抗压强度提高5%,折压比也相应有所提高.但加入量高于0.8%时,抗折强度和抗压强度均有所下降.     

高分子聚合物-剑麻纤维复合加固砂土抗压特性试验研究

针对砂土容易引发工程地质灾害问题,选用聚氨酯高分子聚合物和剑麻纤维复合加固砂土,对不同固化剂含量和纤维含量复合加固砂土的无侧限单轴抗压特性进行了评价,并运用电子显微镜(SEM)分析了复合加固砂土的微观力学机理.随着固化剂含量和纤维含量的增加,砂土的弹性模量、抗压强度和韧性均显著提高,试样破坏形态随纤维含量的增加由"花瓣...     

纤维塑料加固与修复RC短柱抗震性能试验

目的对纤维塑料加固与修复钢筋混凝土桥梁短柱在反复荷载作用下的滞回性能进行试验研究．方法试验制作了4根大比例的钢筋混凝土桥柱模型，采用GFRP和CFRP两种材料对试验柱进行加固，在恒定的轴压力下进行拟静力试验，其中1根试件在加固前经历一定程度的破损．结果分析结果表明纤维塑料加固与修复钢筋混凝土剪切短柱的不仅阻止了柱子的脆性剪切配合，而且使柱端峰值位移率达到了8％。结论纤维塑料加固与修复钢筋混凝土剪切短柱具有稳定的滞回性能、良好的延性及能量耗散能力，能有效的改善钢筋混凝土剪切短柱的抗震性能．