改性酚醛树脂处理剂对石英纤维增强芳基乙炔复合材料性能的影响

采用改性酚醛树脂作为石英纤维表面处理剂来提高石英纤维增强芳基乙炔复合材料(SF/PAA)界面性能。通过性能测试,研究处理剂对力学性能和介电性能的影响。通过XPS和SEM分析方法,研究了酚醛树脂表面处理剂对复合材料界面官能团变化和微观形貌的影响。性能测试结果表明改性酚醛树脂处理剂可以显著提高PAA复合材料的力学性能和介电性能。XPS分析结果表明酚醛树脂处理后的石英纤维表面与酚醛树脂发生了化学反应,SEM研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到显著提高。     

湿热老化对玻璃纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)/环氧树脂复合材料湿热老化机制, 首先, 利用称重法、动态热机械分析仪(DMA)、SEM和矢量网络介电分析仪研究了湿热老化对GF/环氧树脂608(EP608)复合材料性能的影响;然后, 分析了复合材料的吸湿率、力学性能、介电性能与老化时间的关系, 并对其老化机制进行了探讨。结果表明:随老化时间延长, GF/EP608复合材料的力学性能和介电性能均有不同程度的下降;湿热老化对GF/EP608复合材料吸湿率的影响符合Fickian扩散定律;树脂基体的塑化、水解和基体-纤维界面的破坏是造成GF/EP608复合材料力学性能和介电性能下降的主要因素。所得结论可为GF增强环氧树脂基复合材料的应用提供科学依据。      

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.     

超高分子量聚乙烯纤维增强防弹复合材料研究进展

介绍了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的特点、种类及编织结构,分析了UHMWPE纤维复合材料的防弹机理,总结了UHMWPE纤维的编织结构、树脂基体性能、界面性能等因素对防弹性能的影响,归纳了UHMWPE纤维防弹复合材料的优缺点,并对UHMWPE纤维复合材料的发展进行了展望。     

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。      

铬酸氧化法改善超高分子量聚乙烯纤维表面粘接性能

以特定浓度铬酸氧化液对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行表面氧化改性。通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、X射线衍射和力学性能测试分析比较了处理前后纤维的表面官能团变化、形貌结构、结晶性能和力学性能的变化,并采用微脱粘法和拉曼光谱法研究了纤维-树脂复合材料界面剪切强度及微观受力情况。结果表明,UHMWPE纤维经铬酸氧化处理后,纤维表面极性增加,粗糙程度变大;纤维表面处理的最佳条件为55℃、5min;拉曼光谱研究表明,改性后UHMWPE纤维-环氧树脂界面粘接性能较未改性纤维有明显增强。     

超高分子量聚乙烯纤维/有机玻璃复合材料力学及摩擦磨损性能研究

用真空浸渍法制备出了超高分子量聚乙烯纤维／有机玻璃(即UHMWPE／PMMA)复合材料，并研究了其力学性能和摩擦磨损性能。实验证明，UHMWPE／PMMA复合材料具有优良的力学性能和摩擦磨损性能。纤维表面处理可以改善复合材料的力学性能。三维编织纤维增强的复合材料的磨损量远小于长纤维增强的复合材料的，但其摩擦系数没有显著变化。     

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。     

CVD BN界面层对Si3N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响

连续Si3 N4纤维以其优异的热稳定性、高温力学性能和介电性能,被认为是耐高温陶瓷基透波复合材料的候选材料之一.采用连续Si3 N4纤维为增强体,以BCl3+NH3+H2+Ar反应体系,利用化学气相沉积工艺在Si3 N4纤维表面制备了BN界面层,并以聚硅硼氮烷为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了Si3 N4/SiBN复合材料.研究了CVD BN界面层的合成及其对Si3 N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响.结果表明:在Si3 N4纤维表面获得了均匀致密的BN界面层,该界面层有效改善了复合材料中纤维/基体的界面结合力,复合材料显示出典型的韧性断裂特征.当界面层的厚度为200 nm时,Si3 N4/SiBN的弯曲强度和断裂韧性分别为182.3 MPa和17.3 MPa·m1/2,比无涂层的复合材料分别提高了59.6％和94.4％.     

纤维增强复合材料界面力学性能表征技术研究进展

界面是复合材料极为重要的微结构,复合材料的综合力学性能很大程度上取决于纤维与基体之间的界面黏结性能。准确地评价纤维与基体间界面结合情况,进而对界面进行优化设计与调控,是制备高性能复合材料的关键之一,复合材料界面力学性能表征技术也因此备受关注。从微观和宏观两个方面详细阐述了纤维增强复合材料界面力学性能的表征方法,并分析对比了两类表征方法的优缺点,对开发新型复合材料界面力学性能表征方法及实验仪器具有重要的指导作用。     

Treatment of functionalized graphitic nanofibers (GNFs) and the adhesion of GNFs-reinforced-epoxy with ultra high molecular weight polyethylene fiber

Though ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber made of carbon and hydrogen has superior mechanical properties and effective cosmic shielding properties, it shows weak composite properties due to poor interfacial adhesion between UHMWPE fibers and polymer matrix. In this study, functionalized graphitic nanofibers (GNFs) were treated further using the sonication method. High-level sonication with a series of conditions was employed for the treatment of functionalized GNFs. submicron particle size analyzer and transmission electron microscope (TEM) were used to study effects on the length and morphology of treated nanofibers by sonication conditions. The sonication conditions were optimized for preparation of a nano-epoxy matrix containing well-dispersed, reactive, functionalized graphitic nanofibers. The adhesion ability of the nano-epoxy to UHMWPE fiber was investigated. Bundle fiber pullout specimens with single and double-ends were designed and prepared for study of the adhesion property of the nano-matrix with UHMWPE fiber. Test results showed that the nano-epoxy matrix could effectively improve interfacial adhesion property with UHMWPE fiber.     

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。      

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

空心石英玻璃纤维增强氰酸酯基低介电复合材料的制备及性能分析

研究了空心石英纤维增强新型改性氰酸酯树脂基复合材料的力学性能、热物理性能和介电性能,结果表明,空心石英纤维增强氰酸酯复合材料具有较好的力学性能和优异的介电性能。空心石英纤维增强新型改性氰酸酯树脂基复合材料的介电常数低且具有较好的频率稳定性,适合作为宽频高透波材料。     

Enhancement on interlaminar shear strength and tribological properties in water of ultra high molecular weight polyethylene/glass fabric/phenolic laminate composite by surface modification of fillers

The ternary laminate composite of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE)/high strength glass fabric (S-glass fabric)/phenolic resin was prepared, in which UHMWPE microparticles were etched by chromic acid and S-glass fabrics were treated by silane coupling agent. The interlaminar shear strength (ILSS) and tribological properties of the composite in water environment were investigated, in comparison with those of the composite without any treatments on fillers and the composite with single treatment on UHMWPE. Results showed that the composite with the combined treatment exhibited the best interfacial bond, accordingly showing remarkably enhanced water repellency, ILSS and tribological properties under water lubrication. Furthermore, after experiencing 48 h water immersion, the composites with both single and combined treatment did not suffer any degradation of ILSS and water-lubricated tribological performances, showing excellent duration in water environment.     

Technora纤维表面等离子体处理对其复合材料界面性能的影响

用扫描电子显微镜观察Technora纤维表面物理形貌并测量单丝纤维的拉伸强度以分析等离子体处理对纤维本体性能的影响,再用层间剪切强度和吸水率分别表征复合材料在室温干态和高温湿态下的界面性能,研究了等离子体处理对Technora纤维复合材料界面性能的影响。结果表明,用等离子体处理后纤维表面的物理形貌发生了显著变化,复合材料的层间剪切强度由未处理时的15.74 MPa提高到24.93 MPa,提高的幅度高达58.4%;同时,复合材料的吸水率下降而本体性能基本不受影响。上述结果表明,等离子体对Technora纤维的表面改性能有效地改善其复合材料的界面性能。     

Multi-scale investigation of microstructure,fiber pullout behavior,and mechanical properties of ultra-high performance concrete with nano-CaCO3 particles

The mechanical properties of a fiber-reinforced concrete are closely related to the properties of the matrix, fiber, and fiber-matrix interface. The fiber-matrix bond property is mainly governed by the adhesion between the fiber and surrounding cement materials, as well as the strength of materials at the interfacial transition zone. In this paper, the effect of nano-CaCO₃ content, varying between 0 and 6.4%, by mass of cementitious materials, on microstructure development, fiber-matrix interfacial bond properties, and mechanical properties of ultra-high performance concrete (UHPC) reinforced with 2% steel fibers were investigated. The bond properties, including bond strength and pullout energy, were evaluated. Mercury intrusion porosimetry (MIP), backscattered electron microscopy (BSEM), optical microscopy, and micro-hardness testing were used to characterize the microstructure of matrix and/or interfacial transition zone (ITZ) around an embedded steel fiber. Test results indicated that the incorporation of 3.2% nano-CaCO₃ significantly improved the fiber-matrix bond properties and the flexural properties of UHPC. This was attributed to densification and strength enhancement of ITZ as observed from micro-structural analyses. Beyond the nano-CaCO₃ content of 3.2%, the fiber bond and mechanical properties of UHPC decreased due to increased porosity associated with agglomeration of the nano-CaCO₃.     

UHMWPE纤维增强LDPE复合材料的界面形态研究

为实现聚乙烯单聚合物复合材料(PE SPC)的嵌件注射成型,研究基体与增强体间的界面非常关键.本文采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强低密度聚乙烯(LDPE)基体,对纤维和基体进行了差示扫描量热仪测试,在偏光显微镜下模拟了基体与纤维的复合过程,研究不同因素对复合材料界面结晶形态的影响.根据DSC确定了UHMWPE和LDPE复合的温度范围在110.98~147.14℃;合适的温度和剪切作用都有利于界面横晶的产生,从而使基体和纤维产生更好的粘结,提高复合材料的力学性能;温度比剪切的影响更大,注射温度设置在125~135℃可在保证纤维与基体复合的情况下不破坏纤维的增强作用;纤维丝之间会相互影响界面结晶形态,部分界面有横晶产生,说明在实际注射成型过程中纤维束或纤维布的结构对基体渗透和界面形成有较大影响.