电晕处理对超高分子量聚乙烯纤维表面性能的影响

对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维表面进行了电晕处理,用XPS,FT-IR和SEM研究了处理前后纤维表面化学结构及物理结构的变化,通过单丝拔出试验和短梁剪切试验评价了UHMWPE纤维与树脂基体的微宏观界面粘接性能,结果表明：经电晕处理后,UHMWPE纤维表面含氧量增多,含氧基团数量与种类增加,表面浸润性得到改善,纤维与基体的界面粘结强度（Ts）提高幅度可达535％,短梁剪切强度TNOL提高了40％以上．     

纳米材料对超高性能混凝土性能的影响

从纳米材料的特性出发,研究了掺入纳米CaCO3(NC)和纳米SiO2(NS)对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响。结果表明,纳米材料的掺入不仅提高了UHPC的强度特别是其抗折强度,还改善了UHPC的韧性。同时应用SEM技术对UHPC的微观结构进行了分析,探讨了纳米材料对UHPC的增强增韧机理。     

钢纤维形状对高性能混凝土性能的影响

试验研究了6种长径比较小且直径较粗的钢纤维(SF)(短直形、长直线形、圆弧形、闭合三角形、闭合矩形、闭合圆环形)对高性能混凝土性能的影响。通过改变SF体积分数从而改变其形成的环域个数和面积,探究二者对混凝土流动性、抗拉及抗折强度的影响,并通过研究破坏界面分析混凝土破坏形式和机制。结果表明:闭合区域个数及纤维的环域面积对混凝土流动起主要影响;闭合SF中圆环形SF对混凝土抗折及抗压强度的提升效果优于其他形状的闭合SF。短直形SF与圆环形SF混杂试验中,圆环形SF体积分数为1vol%、短直形SF体积分数为0.5vol%时,SF/混凝土抗压强度和抗折强度提升的综合效果最佳。      

聚乙烯纤维制备超高延性水泥基复合材料的试验研究

为进一步提升高性能水泥基复合材料的拉伸能力,研制了以短切超高分子量聚乙烯纤维作为增强材料,以水泥砂浆为基体的超高延性水泥基复合材料(Ultra-high ductility cementitious composites, UHDCC)。本研究通过直接拉伸、单轴抗压及三点弯曲梁试验研究了UHDCC的基本力学性能。直拉试验表明,UHDCC具有优异的应变硬化和多重裂缝开裂性能。在极限状态下,UHDCC的裂纹间距小于2 mm,最大平均裂纹宽度小于200 μm;材料的平均抗拉强度为7.28 MPa,峰值强度处的平均拉伸应变达到12%,最大拉伸应变达到13%以上,具有超高的拉伸延性。轴压试验表明,超过峰值强度后,UHDCC在80%和60%的抗压峰值强度处的应变分别约为2.8%和7.0%,说明材料具有强大的受压变形能力。材料的弯曲韧性指数I10、I30、I50、I60分别为10.1、33.1、54.4、65.6,表明UHDCC具有优异的弯曲变形能力。此外,三点弯曲缺口梁和单裂缝试验结果表明,UHDCC的超高延性源于聚乙烯纤维超高的裂缝桥接能力。     

超高分子量聚乙烯纤维增强对木材破坏形貌及承载性能影响

选用PUR木材层压胶,设计"刨光锯材-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维-单板"3层结构木质复合材,探索研究了UHMWPE纤维增强对木材抗弯性能、剪切性能以及单板厚度对其增强效果影响,并利用红外光谱(FT-IR)对脱粘纤维进行表征,进而对UHMWPE纤维增强机理进行了分析。结果表明,PUR木材层压胶可用于UHMWPE纤维/木材的复合,UHMWPE纤维增强明显改变了木材破坏过程和破坏形貌,提高了木材的承载性能,同时UHMWPE纤维增强效果与单板厚度密切相关。UHMWPE纤维的加入降低了胶合界面的剪切性能。     

超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其界面性能研究进展

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维因具有高化学稳定性,高机械性能和低成本等优点而成为理想增强材料之一。然而,规整的非极性分子链结构致使UHMWPE纤维结晶度高、与树脂基体之间几乎无化学键合,本文因而与树脂的粘合性差。为此已经进行了许多纤维表面处理的工作,如紫外辐射、等离子体处理、聚合物涂层等。主要从湿法化学改性和干法化学改性这两方面入手,总结归纳了目前超高分子量聚乙烯纤维的界面改性研究现状,从物理和化学两个方面揭示界面增强机理以及界面性能与复合材料力学性能的关系,为超高分子量聚乙烯纤维的界面结构设计和改性提供科学理论依据和技术指导。     

配筋超高性能混凝土梁受弯性能及承载力研究

对4根跨高比为16的配筋超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete,简称UHPC）简支梁进行了受弯性能试验及受弯承载力分析,试件变化参数为钢纤维体积掺量和纵向受拉钢筋配筋率。试验结果表明：钢纤维体积掺量从3%提高到5%时,试件的开裂荷载提高了6.0%~11%,极限荷载仅提高了1.4%~2.5%;纵筋配筋率为3.21%的梁发生适筋破坏,配筋率为6.74%的梁发生部分超筋破坏;增加纵筋配筋率可显著提高UHPC梁的受弯承载力（提高34.9%~36.5%）。基于截面平衡条件、平截面假定以及UHPC和钢筋材料本构关系,建立了UHPC梁受弯承载力计算模型,受弯承载力计算值与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土流变特性及其对纤维分散性的影响

优异的分散性能是纤维充分发挥增强增韧作用的关键。为了明确高掺量钢纤维在超高性能混凝土(UHPC)中的分散特征并提高纤维的分散性,采用抗压强度、抗弯强度等力学性能试验、混凝土流变仪以及图像分析技术,分别研究了降粘掺合料、钢纤维掺量对UHPC力学性能、流变性能以及纤维分散性能的影响。结果表明:降粘掺合料对UHPC力学性能无明显提升作用,但可显著降低UHPC基体的屈服应力和塑性粘度,同时可降低钢纤维导致的屈服应力和塑性粘度增加幅度;随着纤维掺量的增加,纤维轴向取向系数和有效利用率降低,而降粘掺合料可提高纤维轴向取向系数和有效利用率;UHPC基体的流变性能、纤维分散性能以及力学性能三者密切相关,基体流变参数越小,纤维轴向取向系数越高、纤维有效利用率越高,则UHPC力学性能越好。     

混杂纤维增强超高性能混凝土弯曲韧性与评价方法

为了研究混掺纤维对超高性能混凝土(UHPC)的增韧效果, 通过161个三点弯曲梁的断裂试验, 测定了4种纤维和不同掺量下各UHPC试件的载荷-裂口张开位移(CMOD)曲线和载荷-挠度曲线。将素UHPC峰值载荷对应的CMOD视为混杂纤维增强UHPC的初裂CMOD值, 基于载荷-CMOD曲线提出了等效断裂韧度的韧性评价方法, 该方法具有明确的物理含义, 可用于分析混掺纤维品种和掺量对UHPC断裂韧性的影响规律。研究发现:在小变形(小于50倍素UHPC峰值载荷对应的CMOD值)时, UHPC韧性取决于钢纤维的掺率;粗合成纤维主要在中等变形和大变形阶段(大于50倍素UHPC峰值载荷对应的CMOD值)发挥其增韧效用。      

低缠结超高分子量聚乙烯的制备及其对线性低密度聚乙烯的增强作用

利用单活性位点前过渡金属FI催化剂(Fenokishi-Imin catalyst)进行乙烯的聚合反应,在较低的温度下,制备出具有低链缠结度的超高分子量聚乙烯。经高温凝胶色谱(PL-GPC)测定,产物分子量达到了(2~5)×106;差示扫描量热仪(DSC)检测表明其结晶度达到了70%;流变学研究表明,相对于商业超高分子量聚乙烯,产物链缠结密度大大降低。进一步的力学性能测试显示添加少量的低缠结超高分子量聚乙烯对线性低密度聚乙烯的增强作用非常明显,可使拉伸强度和断裂伸长率大大提高。     

粗骨料与钢纤维对超高性能混凝土单轴拉伸性能的影响

为了提高含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)的单轴拉伸性能,采用单轴拉伸试验和图像分析技术分别研究了粗骨料掺量、颗粒粒径对含粗骨料UHPC单轴拉伸性能和钢纤维在UHPC体系中分散性能的影响规律。结果表明,随着粗骨料掺量及颗粒粒径的增大,钢纤维在UHPC体系中的分散系数和取向系数显著降低,含粗骨料UHPC的单轴拉伸初裂强度、裂后强度和耗能也随之减小。根据粗骨料颗粒最大粒径与钢纤维体积分数、直径间的匹配关系式(Dmax=3df/(Vf)0.5),采用纤维混杂可以充分发挥多尺度纤维与具有不同粒径分布的骨料间的分级匹配关系;粗骨料体积分数和颗粒最大粒径分别为10%和10mm时,采用平直钢纤维(直径0.12mm、长度10mm、体积掺量1.2%)和端钩钢纤维(直径0.35 mm、长度20mm、体积掺量1.8%)混杂实现了含粗骨料UHPC的单轴拉伸性能的提升,其裂后强度和耗能分别为8.69 MPa和11.10J。     

基于SHPB试验的多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态力学性能研究

选用两种聚丙烯细纤维及一种聚丙烯粗纤维,制备了9组纤维掺量比不同的混凝土试件。采用变截面大尺寸分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了冲击压缩试验,研究了在0.4 MPa冲击气压作用下,不同纤维掺量比对混凝土抗冲击性能的影响,基于引入损伤的Z-W-T本构模型对试验结果进行拟合分析。结果表明,单掺粗纤维可提高混凝土的整体性,且能显著提高混凝土破坏前的抗冲击性能,单掺细纤维主要是提高混凝土破坏后的抗冲击性能,而混掺纤维混凝土各个时期的抗冲击性能均得到提高,其中多尺寸纤维混掺的效果最好。     

钢纤维对超高性能混凝土干燥收缩的影响

研究了在(20±2)℃、相对湿度为(50±5)%的环境中钢纤维体积掺量为0%、1%、2%和3%的超高性能混凝土(UHPC)的干燥收缩。结果表明:UHPC在前7d的干燥收缩发展速率较快,7d后发展速率逐渐减缓;但当钢纤维掺量超过2%后,钢纤维对干燥收缩的改善作用明显降低,相比钢纤维掺量为2%的UHPC,3%掺量UHPC的干燥收缩仅仅降低了1.5%。钢纤维高弹模及它与基体的界面粘结有效降低了混凝土的干燥收缩,但钢纤维掺量过多可导致多孔薄弱的界面区增加,从而使其对混凝土的收缩抑制作用减小。粉煤灰对超高性能混凝土干燥收缩的抑制作用大于矿粉。提出的新的数学拟合指数公式相比于文献中常用的ACI和王铁梦公式与实测结果吻合度更好。     

纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展

纳米材料具有极大的比表面积、宏观量子隧道效应、体积效应和尺寸效应;采用具有特殊性能的纳米材料填充改性聚合物是增强聚合物材料性能的最有效方法之一。通过单相或多相纳米材料填充改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE),可使复合材料的性能得到不同程度的改善和提高。综述了纳米材料改性增强UHMWPE复合材料的摩擦学性能、力学性能、电学性能、生物相容性、热学性能等;展望了纳米填充UHMWPE复合材料的发展方向和应用前景;提出采用微量的高性能纳米材料改性聚合物以大幅度提高复合材料的性能是未来研究的重要方向。     

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及其复合材料的研究现状

介绍了超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的发展、制备和应用,指出了今后超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的研究方向.