玻璃纤维-铝合金层合板湿热老化性能研究

通过研究玻璃纤维-铝合金层板在70℃、RH85%湿热环境下不同老化周期后的力学性能、基体红外光谱、铝合金表面形貌及元素变化,分析了层板的湿热老化机理。结果表明:在加速湿热老化条件下,复合材料层内部基体会发生吸湿塑化,并破坏树脂与纤维以及铝合金层的界面,影响了材料内部应力的传递,使与界面及桥接应力相关的性能发生明显退化;表层铝合金层随湿热老化时间的延长,表面氧化加剧,使铝合金塑性降低,主要影响依靠铝合金承载的力学性能。     

苎麻/玻璃纤维混杂复合材料的老化研究及寿命预测

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强乙烯基树脂制备复合材料,结合船舶在服役环境下的实际情况,通过人工加速老化的方法,对苎麻纤维/玻璃纤维混杂复合材料进行水浸泡老化、盐雾老化和紫外老化实验,研究混杂复合材料的拉伸强度及弯曲强度等随老化时间、老化温度等的变化情况及性能退化趋势,并根据剩余强度模型对混杂复合材料进行寿命预测。研究表明,老化初期阶段试样吸湿趋势主要以浓度梯度推动的菲克扩散为主。老化环境不同,试样强度的衰减程度不同,水浸泡老化对试样影响最大,盐雾老化次之,紫外老化影响相对较少。根据剩余强度模型预测10年后盐雾试样弯曲强度保留率为78.0%,紫外老化弯曲试样强度保留率为81.89%。     

环氧树脂及其复合材料酸性盐雾老化机理及性能

现役油田用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)常工作于酸性盐雾条件之中，为研究盐雾溶液在树脂、GFRP中的扩散行为，分析老化机理及性能，制备了环氧树脂浇铸体及其GFRP NOL环，进行为期50天酸性盐雾老化试验。X射线光电子能谱分析，能谱分析结果表明，溶液中的金属离子、非金属离子由于体积、电荷平衡的限制难以进入材料内部，材料性能劣化主要是由于水分子、 H⁺的扩散造成的，其扩散行为符合Fick扩散定律，扩散系数为7.26×10^-4 mm²/h。傅里叶变换红外光谱显示，靠近外部盐雾溶液的部位，树脂受损严重，形成更多的分子间氢键，推测水分子、 H⁺沿树脂厚度方向不是均匀分布的。水分子对树脂高分子交联网络产生溶胀作用、在界面产生应力降低界面性能，扫描电子显微镜测试表明，出现了界面脱黏现象；H⁺会促进酯基的水解并且破坏纤维的完整性，玻璃纤维表面产生了裂纹。老化50 d后GFRP的玻璃化转变温度降低、力学强度下降，层间剪切强度、拉伸强度保留率分别为80.79%,80.22%。     

拉挤型GFRP层合板压缩性能试验

为探讨拉挤型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合板的压缩力学性能及破坏机理,以基体树脂和纤维含量为变化参数,对6种拉挤型多向GFRP层合板进行了纵横向压缩试验,对压缩力学性能及破坏模式进行了比较分析。试验结果表明,纵向压缩典型破坏模式为层间基体开裂,横向压缩典型破坏模式为剪切破坏和层间基体开裂;采用环氧树脂基体的试件组较采用乙烯基树脂基体的试件组压缩力学性能有显著提高;提高纵向纤维含量能提高纵向压缩力学性能,但纤维含量过高对于纵向压缩力学性能有不利影响;纤维含量的变化对横向压缩力学性能的影响很小。     

风电叶片用碳/玻层内混杂VARI成型复合材料结构与性能研究

采用真空辅助树脂灌注成型(VARI)工艺制备碳纤维/玻璃纤维(碳/玻)层内混杂织物的复合材料层合板,系统研究了不同混杂比的层内混杂复合材料的结构与性能。结果表明,随着碳纤维含量的增加,碳/玻层内混杂复合材料的0°拉伸强度逐渐增加而90°拉伸强度稍有下降;0°压缩强度和压缩模量均有上升;弯曲强度稍有降低而弯曲模量逐渐升高;层内剪切强度几乎维持不变;混杂复合材料的储能模量在混杂比达到1∶1时最高,随碳纤维含量继续增加而下降,碳纤维含量的提高也使混杂复合材料的内耗峰明显下降,界面阻尼降低;扫描电子显微镜观察复合材料90°拉伸断裂截面发现,不同混杂比的层内混杂复合材料中环氧树脂对纤维浸润充分,几乎没有观察到纤维拔出与基体的气孔缺陷。     

吸水对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能影响的研究

采用连续玻璃纤维增强聚丙烯(PP)预浸布制备复合材料层压板,通过人工加速老化的方法,对不同铺层的连续玻璃纤维增强PP复合材料进行常温、60℃、80℃的海水浸泡实验,研究连续玻璃纤维增强PP复合材料的弯曲强度随老化时间、老化温度等因素的变化规律及性能退化趋势。研究表明,老化初期吸水趋势符合菲克扩散,老化程度与时间和温度成正比关系。对试样断裂部分拍摄扫描电子显微镜(SEM)图像,观察不同环境条件下样品老化情况,老化温度越高、时间越长,增强纤维与树脂基体界面腐蚀越严重。     

连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及力学性能

采用自主研发的连续碳纤维/聚醚醚酮热熔法预浸料(HC2110),通过热压成型工艺制备了复合材料层合板。测试了复合材料的力学性能,表征了微观形貌和破坏模式。预浸料热性能测试表明,HC2110预浸料较国外材料(TC1200)的耐热性及成型工艺性较优。微观形貌分析表明,复合材料层合板中纤维分布均匀性对0°拉伸性能影响较小;而纤维和树脂的界面结合较差是导致90°拉伸强度明显偏低的主要原因。     

玻璃纤维二维平纹编织复合材料高温弯曲力学行为研究

对玻璃纤维2维平纹编织复合材料在6个不同温度下的弯曲性能进行了实验测试,研究了温度对编织复合材料层合板的载荷-挠度曲线、弯曲强度、弯曲模量和失效模式的影响。结果表明:在三点弯曲载荷作用下,2维编织复合材料层合板跨中发生了局部纤维束屈曲失效和基体的开裂与分层失效。温度对玻璃纤维复合材料的力学性能和失效形式产生了重要影响。在高温环境中玻璃纤维2维平纹编织复合材料的弯曲力学性能迅速下降,当试验温度从20℃升高至115℃时,层合板的弯曲强度和模量分别下降了91%和66%。随着温度的升高,2维编织复合材料层合板的弯曲失效变形行为也发生了转变,逐渐由脆性破坏转变为塑性变形失效。     

单束纤维增强树脂基复合材料的热水老化性能研究

在96℃水中,对开芙拉29(Kevlar29),开芙拉49(Kevlar49)和聚苯撑苯并唑(PBO)纤维束增强的环氧树脂和双马树脂基复合材料进行老化实验后,再在60℃下进行干燥脱水处理。实验测定了吸水和脱水阶段的含水率及热水老化试样和干燥试样的弯曲性能。结果表明:在热水作用下,复合材料的弯曲强度和模量随热水老化时间的延长呈下降趋势,纤维与树脂基体间的界面发生破坏;再干燥脱水后,材料的弯曲强度和模量恢复,但仍低于未老化试样的性能,纤维与树脂基体间的界面破坏情况也类似。     

玻璃纤维-铝合金层合板补强拉伸性能及破坏机理研究

对含预置孔缺陷的玻璃纤维-铝合金层合板修补前后进行了拉伸试验,讨论了拉伸过程中载荷随拉伸位移的变化趋势,并分析了补强片对于材料拉伸强度的影响及断裂破坏形式。结果表明,修补前后的玻璃纤维-铝合金层合板在拉伸过程中均经历了屈服阶段,修补后的层合板表现出了更明显的屈服现象,且载荷在破坏前出现了较大波动,孔直径为6 mm、10 mm、12 mm的缺陷试样在补强后的极限强度修复率分别为17.7%、13.2%、20.6%,补强片使层合板在拉伸破坏后在断裂位置呈现双扇形损伤,补强片的破坏为胶膜的剪切破坏,破坏界面位于铝合金表面。     

玻璃钢在盐雾环境中腐蚀机制和性能演变规律的试验研究

本文在总结复合材料在海洋的盐雾环境中使用的材料腐蚀理论基础上,分析复合材料发生腐蚀的主要形式和历程,模拟自然环境试验设计不同盐雾温度、不同老化时间下的加速老化试验,通过材料表面形貌、玻璃化转变温度、微观结构的变化来评价玻璃钢在盐雾中的腐蚀性能,着重分析温度、时间对材料腐蚀性能的影响规律;根据中值老化寿命和剩余强度之间的关系式,建立了加速寿命规律模型和寿命预测模型;根据试验中玻璃钢力学性能随老化时间的衰减多数情况下具有一致的规律性,建立了盐雾环境中玻璃钢力学性能随老化时间的衰减三线型模型。试验结果表明,在盐雾环境中,玻璃钢除了可见的外观发生变化外,其玻璃化转变温度、表面巴氏硬度、拉伸强度和弯曲强度均呈现下降趋势,并且随温度的提高和腐蚀时间的延长,性能下降会进一步加大;中值老化寿命和剩余强度之间的关系式能比较好地描述聚合物基复合材料自然老化规律和加速老化规律,力学性能随老化时间的衰减三线型模型能够直观的反映玻璃钢在盐雾环境中加速老化的各个阶段。     

紫外线和盐雾腐蚀对拉挤成型复合材料(FRP)性能的影响研究

拉挤成型复合材料(拉挤玻璃钢)应用领域日益广泛,已成为地铁三轨防护系统的绝缘防护罩最佳选择,地铁(尤其隧道外部分)受日光照射、雨淋、污秽等环境因素影响严重。运用1000h UV老化试验和盐雾腐蚀试验,之后将测试后的试件互换再次进行1000h UV老化试验和盐雾腐蚀试验并测试,模拟自然环境老化因素,通过对力学性能、电气性能实验数据的研究和分析,为使用寿命评估提供了一定的依据。结果表明:耐冲击电压和泄漏电流均在紫外线照射表面漏纱和损伤后,再经盐雾侵蚀,电性能衰减最严重。而力学性能在盐雾35℃和UV60℃温度下,树脂充分固化,1000h之内力学性能增强。随着进一步的加速老化,尤其盐雾腐蚀后再经紫外线照射,各项性能衰减最为严重。     

两种玻璃纤维增强复合材料体系的湿热老化研究

玻璃纤维增强复合材料在湿热环境下性能的退化是工程研究中待解决的问题,而实验室人工加速老化则是较好地研究该问题的常用方法。通过人工加速老化方法,结合露天储水环境,研究两种玻璃纤维增强复合材料在35℃水浸泡、65℃水浸泡及盐雾三种环境下的吸水率、巴氏硬度和弯曲强度的变化,并运用两种模型预测材料的使用寿命。研究表明:不同湿热环境下,材料的巴氏硬度前期变化明显,后期趋向稳定;吸水率基本符合Fick定律;温度对弯曲强度保留率影响显著,盐雾影响次之;中值老化公式比经验公式拟合度高7.6%。     

玻璃纤维/聚氨酯复合材料耐腐蚀和耐UV研究

采用连续拉挤工艺制备玻璃纤维/聚氨酯复合材料(FRPU),研究在酸、碱、盐溶液中的浸泡时间和紫外光(UV)老化时间对FRPU力学性能的影响。结果表明,垂直于玻纤方向性能下降趋势比平行方向更明显;经过60℃的酸/碱/盐溶液浸泡后,FRPU的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度随着时间的延长逐渐下降,下降幅度依次为碱>酸>盐;在紫外光照射老化后,FRPU的力学性能呈现出先增加后减小的趋势,垂直方向减小的趋势更明显。     

高温老化对碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料力学性能的影响研究

本文对国产碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料进行了高温老化力学性能测试和分析,通过扫描电子显微镜分析了高温老化对碳纤维／双马复合材料力学性能的影响。结果表明,老化1000h的力学性能未出现明显下降趋势,纤维与树脂基体粘接牢固,界面完好,该复合材料的高温老化性能优异。     

三维角联锁复合材料弯曲性能的热老化特征

研究了三维角联锁碳纤维复合材料未老化及90℃、110℃、180℃老化16 d的弯曲力学性能。对比三维角联锁复合材料弯曲-挠度曲线、破坏形态及SEM纤维特征,分析老化温度对复合材料弯曲性能的影响。通过环氧树脂DSC分析、红外光谱分析说明老化温度对树脂热学性质、后固化现象及分子结构变化的影响。结果表明:环氧树脂老化过程存在后固化和热降解两种竞争机制,90℃老化16 d的复合材料后固化作用突出,与未老化复合材料相比其弯曲强度增大;110℃老化16 d的复合材料热降解作用占优势,材料起始破坏弯曲强度略有下降;上述两者弯曲模量基本不变,而180℃老化16 d的复合材料热降解剧烈,树脂与纤维之间严重脱粘,材料弯曲强度明显下降,弯曲模量减小。     

PE-UHMW/PE-LD层合板损伤声发射信号频率特征研究

为揭示聚乙烯自增强复合材料(PE-UHMW/PE-LD)不同损伤模式的声发射信号频率特征,通过对基体、单纤维复合材料、90°单向板+45°/-45°层合板的拉伸破坏,分别诱导产生基体损伤、纤维断裂、纤维/基体界面损伤和层间损伤的AE信号,并和非损伤AE信号(环境噪声、断铅模拟)频率特征进行对比。实验结果表明,非损伤AE信号和损伤AE信号之间均具有不同的峰值频率和频率分布特征。     

Effects of Thermal Aging on the Mechanical Properties of a Porous-Matrix Ceramic Composite

The present article focuses on changes in the mechanical properties of an all-oxide fiber-reinforced composite following long-term exposure (1000 h) at temperatures of 1000–1200°C in air. The composite of interest derives its damage tolerance from a highly porous matrix, precluding the need for an interphase at the fiber–matrix boundary. The key issue involves the stability of the porosity against densification and the associated implications for long-term durability of the composite at elevated temperatures. For this purpose, comparisons are made in the tensile properties and fracture characteristics of a 2D woven fiber composite both along the fiber direction and at 45° to the fiber axes before and after the aging treatments. Additionally, changes in the state of the matrix are probed through measurements of matrix hardness by Vickers indentation and through the determination of the matrix Young's modulus, using the measured composite moduli coupled with classical laminate theory. The study reveals that, despite evidence of some strengthening of the matrix and the fiber–matrix interfaces during aging, the key tensile properties in the 0°/90° orientation, including strength and failure strain, are unchanged. This strengthening is manifested to a more significant extent in the composite properties in the ±45° orientation, wherein the modulus and the tensile strength each exhibit a twofold increase after the 1200°C aging treatment. It also results in a change in the failure mechanism, from one involving predominantly matrix damage and interply delamination to one which is dominated by fiber fracture. Additionally, salient changes in the mechanical response beyond the maximum load suggest the existence of an optimum matrix strength at which the fracture energy in the ±45° orientation attains a maximum. The implications for long-term durability of this class of composite are discussed.     

玻纤铺层方向对玻纤/EVE复合材料性能的影响

以0°,90°,0°/90°,0°/45°/-45°/90°分别作为玻璃纤维(GF)单向铺层方式,研究了不同的铺层方式对GF/EVE(环氧乙烯基酯树脂)复合材料力学性能的影响。结果表明,0°铺层方向的复合材料在单一方向的力学性能最好,0°/45°/-45°/90°铺层方向的复合材料可以看作各向同性材料,应用范围更加广泛。