超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面处理对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面性能的影响机制

从工程化应用角度研究了常压空气等离子体改性对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维/环氧树脂复合材料界面性能的调节机制,主要分析了不同处理时间对UHMWPE纤维表面状态变化的影响,及其对UHMWPE/环氧树脂复合材料界面黏结性能的影响规律。采用SEM及纤维吸水测试研究了等离子体处理对UHMWPE纤维表面物理形貌及纤维表面浸润性能的影响,分别以拉伸和弯曲的方式,通过纤维表面脱黏力及层合板层间剪切强度对UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面黏结性能进行表征。结果表明,仅经过4 s的空气等离子体处理之后,UHMWPE纤维表面脱黏力的提高幅度为84.0%,UHMWPE/环氧树脂复合材料层合板的层间剪切强度由未处理的7.01 MPa提高至15.81 MPa,增幅高达125.5%。研究发现,通过常压空气等离子体处理改变了UHMWPE纤维的表面状态,可以显著高效地调节UHMWPE/环氧树脂复合材料的界面性能,为扩大该材料的后续工程化应用提供了理论基础。      

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

硅溶胶改性碳纤维对碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能影响

以硅烷偶联剂和正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体, 以固体酸-对甲苯磺酸为催化剂制备硅溶胶, 利用硅溶胶对碳纤维进行表面改性后, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM、 TEM、 万能试验机、 偏光显微镜等对表面改性前后的碳纤维形态、 力学性能及碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能进行表征, 研究了硅溶胶改性碳纤维对其复合材料界面性能影响。结果表明, 硅溶胶处理碳纤维后, 在碳纤维表面原位生成具有膜-粒结构的表面层, 改性后碳纤维的强度由2.41 GPa提高到3.00 GPa, 界面性能也得到了明显改善, 界面剪切强度(IFSS)提高了51.41%。     

碳纤维/TiO2改性树脂复合材料的制备及力学性能

针对环氧树脂脆性大、与碳纤维形成的界面性能较差等问题,本文选用纳米TiO₂对5284环氧树脂进行改性,并以角联锁机织物为增强体制备了碳纤维/环氧树脂复合材料。使用FT-IR、旋转流变仪、表面张力仪等设备对TiO₂/环氧树脂进行表征,并研究了树脂改性对复合材料压缩与层间剪切性能的影响。研究表明：TiO₂的羟基与环氧树脂的环氧基和羟基发生了反应;经1wt.%TiO₂改性的树脂复数黏度为0.066 Pa·s,纤维与树脂间接触角为28.85°,浸润效果较好;相较于未改性复合材料,树脂改性的复合材料纵向压缩强度与模量分别提高了7.46%和11.03%,横向压缩强度与模量分别提高了6.99%和4.96%,纵向、横向的剪切强度分别提高了6.88%和4.65%。TiO₂改性环氧树脂提高了复合材料的承载能力,改善了界面结合强度。     

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。     

三种纤维改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学性能

以未处理和偶联剂KH550处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维为填充材料,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体,用模压成型法制备了三种纤维改性UHMWPE复合材料,对复合材料的硬度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率进行了实验研究,用光学显微镜观察分析了拉伸断面形貌。结果表明,未处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维改性UHMWPE复合材料硬度较纯UHMWPE分别提高了11.76%、21%和6%。经KH550处理的三种纤维改性UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度均优于未处理纤维的复合材料,已处理的SiC纤维/UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度提高较大。KH550处理的三种纤维与UHMWPE基体界面粘接紧密,未处理纤维与UHMWPE基体粘接较差。     

碳纤维增强复合材料中改性木质素的应用

目的 解决碳纤维增强环氧树脂复合材料中由双酚A合成的环氧树脂成本高、危害环境与健康、耐化学性差的问题,使木质素代替双酚A合成环氧树脂来制备碳纤维复合材料。方法 通过综述木质素在环氧树脂合成中的改性方法与合成方案的研究进展,分析碳纤维复合材料成型工艺的优缺点。结论 采用不同方法对木质素进行化学改性,可在降低成本的同时提高热稳定性与耐化学性等各项性能。用改性或降解木质素来合成碳纤维复合材料的环氧树脂基体为碳纤维增强材料的研究提供了新的研究方向,对碳纤维增强材料降低成本、提高性能和促进行业发展都具有积极作用。     

UHMWPE纤维/碳纤维混杂复合材料性能研究

用层内及层间混杂方式制备了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维/碳纤维混杂复合材料,对复合材料的力学性能、动态力学性能(DMA)及微观形貌(SEM)进行了分析比较.结果表明,层内混杂复合材料的综合性能好于层间混杂复合材料,层内混杂复合材料的冲击强度在UHMWPE纤维相对于碳纤维质量分数为43%时有最大值423.3kJ/m2,层内混杂复合材料的贮能模量(E')、损耗因子(tanδ)和损耗模量(E')明显地向高温方向移动,混杂复合材料的玻璃化温度(Tg)及模量分别比UHMWPE复合材料提高了2倍和3倍.     

All fiber on-axis coupling scheme between single mode fiber and GRIN fiber

In this paper we present a simple and novel method to maximize on-axis coupling efficiency to radially symmetric fibers without the need for extra free space optical elements. The method is based on inserting a segment of step-index multimode fiber (MMF), cleaved to a particular length, between the input fiber and the output fiber (OF). The MMF segment modifies the input field to match the guided modes in the OF. Using this technique we show that, by inserting an appropriate length MMF segment, it is theoretically possible to obtain a coupling coefficient as high as ?0.8 dB between a single mode fiber and a graded index ring-shaped fiber and ?0.32 dB for a multi-shell fiber. Our experimental measurements showed good agreement with theoretical predictions for the ring fiber.     

芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维制备工程用纤维/水泥复合材料的适用性

研究了两种高强合成纤维在工程用纤维/水泥复合材料制备过程中的适用性,其中,芳纶纤维的表面为亲水性,超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的表面为憎水性。研究结果表明:工程用芳纶纤维/水泥复合材料拉伸破坏过程中无应变硬化能力且表现为单裂纹破坏现象;工程用UHMWPE纤维/水泥复合材料拉伸破坏过程中表现出良好的应变硬化能力和多裂纹开裂特性。因此,两种纤维相比,UHMWPE纤维适宜于工程用纤维/水泥复合材料的制备。随着水胶比的降低,工程用UHMWPE纤维/水泥复合材料抗拉强度增大,但应变硬化能力降低,因此,在制备工程用UHMWPE纤维/水泥复合材料的过程中,应协调纤维抗拉强度和基体与纤维之间界面过渡区的品质。      

Tunable Brillouin-erbium fiber laser incorporating a low-cost biconic tapered fiber

A new method of tuning a multi-wavelength Brillouin-erbium fiber laser (BEFL) within a Fabry–Perot cavity by incorporating a low-cost biconic tapered fiber is reported. The biconic tapered fiber was fabricated using a flame elongation technique and it was incorporated into the BEFL system to position the self-lasing cavity modes over a tuning range of 5.5 nm within the erbium-doped fiber gain profile. By injecting the Brillouin pump near to the tunable self-lasing cavity modes, it suppresses the modes and generates stable cascaded Brillouin–Stokes lines with more than 20 dB signal-to-noise ratio.     

光纤饱和吸收体稳频窄线宽光纤激光器

结合光纤饱和吸收体与光纤光栅法布里-珀罗标准具,研制出了全光纤结构1550nm单频窄线宽掺铒光纤环形激光器.采用两个976nm激光二极管双向抽运作为抽运源,高掺杂浓度铒光纤作为增益介质,以行波腔消除空间烧孔效应,利用光纤光栅法布里-珀罗标准具窄带选模特性,以10m长低掺铒光纤饱和吸收体稳频,得到了十分稳定的窄线宽激光输出.激光器抽运阈值功率21mW,在抽运光功率为145mW时输出光功率39mW,斜率效率30%,信噪比大于50dB.采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽小于10kHz.     

Dual wavelength erbium-doped fiber laser using a tapered fiber

A tapered fiber is fabricated by heating and stretching a piece of optical fiber after the polymer protective cladding has been removed. An equidistant comb-like transmission spectrum, with a spacing of 1.6?nm and an extinction ratio of more than 5?dB, was obtained by the tapered fiber due to the multibeam interferences of the cladding modes. The tapered fiber was applied in a ring erbium-doped fiber laser (EDFL) to generate dual-wavelength lasing oscillations. The EDFL operates at wavelengths of 1557.0?nm and 1558.6?nm with a stable peak power and a signal-to-noise ratio of more than 40?dB.     

非对称光纤反射镜的可调谐光纤激光器

提出一种非对称窄带光纤环形反射镜结构的可调谐掺铒光纤激光器。980nm泵浦光对掺铒有源光纤进行抽运,高双折射光纤、偏振控制器（PC）和光纤耦合器构成窄带光纤反射镜,窄带光纤反射镜和普通光纤反射镜组成激光谐振腔,利用窄带光纤反射镜工作带宽纳米量级的特性得到单纵模激光。调整偏振控制器改变反射镜对不同波长的反射率,实现可变波长的激光输出。实验表明,该激光器的工作带宽为8nm,120mW泵浦光条件下最大输出功率为4mW,3dB带宽（脉冲的半高宽度）小于0．2nm,边模抑制比为20dB以上,在1527nm～1535nm的波长范围内观察到稳定激光输出。     

黄麻纤维/聚酯纤维复合材料的阻燃改性

应用两种水性磷系阻燃剂——磷酸铵类阻燃剂(DAG-50)和磷酸酯类阻燃剂(DAG-80)及其复配阻燃剂对天然黄麻纤维进行阻燃改性,并与皮芯结构聚酯纤维制备成黄麻纤维/聚酯纤维复合材料,通过燃烧测试、SEM、红外、热失重、热失重-红外联用等技术分析了此两种阻燃剂及复配阻燃剂对黄麻纤维及其黄麻纤维/聚酯纤维复合材料的阻燃效果及阻燃机制,并筛选出适合黄麻纤维/聚酯纤维复合材料产业化的阻燃改性配方。结果表明,阻燃剂DAG-50阻燃改性效果良好,但容易析出于黄麻纤维表面。阻燃剂DAG-80能较为均匀地包覆在黄麻纤维表面,阻燃改性效果好,但其价格较高。DAG-50与DAG-80形成的复配阻燃剂,阻燃效果好,既避免了单独使用DAG-50时阻燃剂易析出问题,且复配阻燃剂接近中性,避免设备腐蚀。综合考虑成本与阻燃性能,使用DAG-50与DAG-80复配阻燃剂比例为2∶1且浓度为55wt%时,可达到黄麻纤维/聚酯纤维复合材料B1级阻燃。     

利用WDM光纤耦合器的光纤光栅传感解调技术

根据 WDM 光纤耦合器波长解调方案的工作原理、偏振特性以及影响系统波长分辨力的因素,提出一种改进的利用 WDM 光纤耦合器的光纤光栅传感解调技术。该技术在原技术的基础上,采用偏振控制器控制入射光偏振状态,提高了解调的精度和稳定性。对 WDM 光纤耦合器的多次波长扫描结果表明,采用偏振控制器后,其波长误差可减小到 5pm 左右。实验采用 1540/1560nm的 WDM 光纤耦合器对单点光纤光栅应变传感器进行静态解调,结果表明:按此技术开发的解调系统具有 0.01nm 波长分辨力和 10nm 的波长线性解调范围。     

Tunable graphene-based Q-switched erbium-doped fiber laser using fiber Bragg grating

A graphene-based Q-switched erbium-doped fiber laser (EDFL) with a tunable fiber Bragg grating (TFBG) acting as a wavelength tuning mechanism is proposed and demonstrated. The proposed setup utilizes a newly-developed ‘ferrule-to-ferrule transfer’ technique to obtain a single graphene layer that allows for Q-switch operation in the EDFL using a highly doped-gain medium. A TFBG is used as a wavelength tuning mechanism with a tuning range of 10 nm, covering the wavelength range from 1547.66 nm to 1557.66 nm. The system has a wide repetition rate range of over 206.613 kHz from 1.387 kHz to 208.000 kHz with pulse durations of between 94.80 μs to 0.412 μs. The laser output is dependent on the pump power, with energy per pulse of 4.56 nJ to 16.26 nJ. The system is stable, with power and wavelength variations of less than 0.47 dBm and 0.067 nm. The output pulse train is free from self-mode locking and pulse jitters.     

纤维复合吸波材料的研究进展

从损耗机理出发,分类介绍了纤维复合吸波材料的研究情况,对国内外关于以磁性纤维、导电纤维、介电纤维、混杂纤维作为吸收剂的研究现状作了总结和评价,提出了纤维复合吸波材料的发展方向。