开口时碳纤维丝束与镀铜综丝眼间摩擦损伤的有限元模拟

为了减小碳纤维丝束在织造时与综丝眼摩擦产生的损伤,课题组提出了在综丝眼内镀有色金属铜的方法。先计算出开口过程中碳纤维丝束与综丝眼摩擦的动程,选取部分动程进行损伤分析,利用体积单元法对碳纤维丝束建立简化模型并在有限元软件ABAQUS中对该模型进行拉伸仿真分析;然后进行碳纤维丝束的拉伸实验并将仿真结果与实验数据相比,验证了丝束模型的正确性。课题组利用渐进损伤模型分析了碳纤维丝束与不同金属材料摩擦时的损伤情况,表明镀铜后的综丝眼与碳纤维丝束的摩擦损伤较小。     

碳纤维上浆剂的开发和研究进展

在碳纤维生产过程中,上浆是一道重要的工序,上浆剂在碳纤维的性能方面扮演着重要的角色。首先介绍了碳纤维上浆剂的类型、合成方法及上浆工艺,然后重点阐述了上浆剂对碳纤维表面及复合材料的影响。已有研究结果表明:上浆后碳纤维表面形成一层光滑、连续、平整的薄膜,使其耐磨性、毛丝量都有所改善;上浆碳纤维与基体树脂不易剥离,增强了碳纤维层间剪切的强度。     

耐热型碳纤维上浆剂工艺研究及效果评价

以接触角、表面能、耐磨时间、毛丝量、力学性能和层间剪切强度等测试方法,研究了耐热型碳纤维上浆剂在不同浓度下对纤维上浆效果的影响。结果表明,该碳纤维上浆剂的耐热温度高达340℃,浓度为2.5%为最佳工艺控制指标;与裸丝比较,上浆后纤维的接触角降低、毛丝量大幅减少,表面能、耐磨时间、力学性能和层间剪切强度均显著提高。     

水性环氧树脂碳纤维上浆剂的研制与性能分析

通过对环氧树脂进行亲水化改性,使其具有水溶性,再分散制成合适浓度的水性环氧树脂上浆剂,对聚丙烯腈基碳纤维进行上浆.测试上浆剂的性能,观察碳纤维上浆前后纤维的表面形态,并测试纤维的耐磨性、毛丝量及界面剪切强度的变化.结果表明:使用该水性环氧树脂上浆剂上浆后,碳纤维表面形成柔韧光滑的浆膜,耐磨性能提高91.6%,毛丝量减少...     

碳纤维复合材料预制体连续化织造纤维损伤影响研究

文章设计了单根综丝磨损试验平台,其采用模拟预制体织造时综丝上下运动形式,且纱线张力作为可控变量。基于碳纤维原料及磨损试验平台探究了纤维在织造过程中在综丝综眼处的损伤情况,对比了碳纤维品种、加捻捻度、加捻工艺等对纤维损伤的影响。研究发现G纤维在织造过程中耐磨性更佳,单向捻的加捻工艺可以有效降低纤维损伤,初步试验验证发现48K碳纤维的最佳加捻参数为20捻/m。     

基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟

为了更有效预测国产碳纤维增强材料在冲击载荷下的损伤情况,以国产碳纤维(CCF300)/环氧树脂(5228)复合材料层合板为对象,利用专业有限元仿真软件ABAQUS进行冲击破坏性能数值模拟研究。采用复合材料渐进损伤法,建立CCF300碳纤维层合板在低速冲击载荷下的损伤和变形三维有限元模型。通过三维实体单元模拟层合板,利用内聚力接触模拟单层板间的接触,从而模拟层合板层内和层间的不同失效模式。使用FORTRAN语言编写ABAQUS材料用户子程序VUMAT实现模拟,程序中包含本构方程的求解、损伤准则对单元失效的判定和损伤单元参数退化3部分,材料的单元失效是通过引入状态损伤变量来判断。仿真模型可通过调用子程序来模拟复合材料的纤维拉伸、压缩失效、基体开裂、挤压失效4种层内损伤,同时ABAQUS本身可以模拟材料分层损伤。通过仿真得到了材料的最大冲击破坏载荷和损伤模式的效果图。     

热处理温度对高强高模型PAN基碳纤维性能影响

以大直径高强中模型PAN基碳纤维为原料,经高温热处理得到高强高模型PAN基碳纤维,研究热处理温度对所得高强高模型PAN基碳纤维表面形貌和表面粗糙度、化学组成及表面活性、表面自由能,以及其增强树脂基复合材料(CFRP)单向层压板的层间剪切强度的影响,结果发现:与高强中模型PAN基碳纤维相比,高温热处理后,所得高强高模型PAN基碳纤维表面形貌与其相似,只是表面粗糙度随热处理温度的增加而略有降低;当热处理温度超过1 700℃后,纤维中的Si元素基本分解;表面活性随热处理温度的增加而逐渐降低;表面自由能变化不明显;CFRP单向层压板的层间剪切强度随热处理温度的增加而逐渐降低。     

镀铝碳纤维丝束拉伸强度预测及模型验证

文章参考GB/T 3362—2017《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》,使用UTM5205X、200 kN微机控制电子万能试验机测定T300-3K镀铝碳纤维丝束的拉伸强度。在Pro/E中建立镀铝碳纤维丝束模型,并导入有限元软件ABAQUS中对其进行拉伸模拟。结果表明,与基体铝膜相比,碳纤维丝束在复合材料中具有较大的承载力,且拉伸应力-位移仿真曲线与实验曲线较吻合,镀铝碳纤维丝束拉伸强度的模拟值为941.3 MPa,实验值为911.6 MPa,相对误差仅为3.3%,验证了模型的正确性以及仿真分析的可行性,为镀铝碳纤维丝束的设计及工程应用提供了指导。     

碳纤维/环氧树脂基复合材料增韧改性研究进展

为改善碳纤维/环氧树脂基复合材料的脆性断裂问题,常通过树脂增韧和纤维改性等方式实现。本文从树脂改性、界面改性及结构设计3个方面综述了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展。其中树脂改性主要有纳米材料改性、橡胶弹性体改性及热塑性树脂改性增韧等方式,通过增加填充粒子与树脂基体间键合来提高环氧树脂的韧性;界面改性主要是碳纤维表面改性,通过增加碳纤维表面活性官能团或多尺度进行表面改性,增强碳纤维和环氧树脂之间的界面结合性能,达到复合材料增韧的效果;复合材料结构设计主要是设计纤维铺层角度、厚度、结构,通过结构优化来增强复合材料的韧性。最后分析了3种改性方式存在的问题,并指出3种方式结合使用是未来复合材料改性的研究方向。     

上浆量对碳纤性能的影响

采用动态接触角测试仪(DCAT)、悬垂度测试仪(ZTD-1)和复合材料层间剪切强度(ILSS)等研究了上浆量对碳纤维表观状态、表面能、直挺度及复合材料界面性能的影响。实验结果表明:适宜的上浆量有助于改善碳纤维表面性能以及与树脂基体的界面结合性能。     

基于超临界二氧化碳的高效低阻聚丙烯熔喷纤维制备及其性能

为降低聚丙烯(PP)熔喷纤维的直径,解决其在空气过滤过程中过滤效率和过滤阻力之间的矛盾,借助静电场和超临界二氧化碳协同静电场制备PP熔喷纤维,并对PP纤维的形貌、过滤性能、力学性能进行表征与分析。结果表明：在制备过程中添加静电场后,PP纤维的平均直径从3.22μm降低至2.44μm,在此基础上经超临界二氧化碳处理后PP纤维的平均直径进一步降低至1.73μm,最小纤维直径达780 nm;随着纤维直径的降低,PP纤维直径分布变窄,纤维间黏结点减少,孔隙率和比表面积增加,微纳米纤维的过滤效率和过滤阻力均得到明显改善,其对0.3μm的颗粒物过滤效率高达99.25%,32 L/min气流量下过滤阻力仅为23 Pa。     

Textile design application via electroless copper plating

Metallized textile has metallic color with reflective effect and smooth handle. The electroless copper plating on fabric using hypophosphite as a reducing agent is feasible process for design application. This study aims to investigate the appearance of the copper-plated Green-PN fabric produced by electroless plating with different deposition conditions including different nickel sulfate concentrations and pH of plating bath. Various colors were produced after the copper-plated fabrics had been exposed to the copper plating bath at 85°C and pH 8.5 for different time. Design application of the electroless copper plating on Green-PN fabric and Black-CVPN fabric was carried out. The electroless copper plating could change the original appearance of the fabric through the deposition of copper particles on the fabric surface. The final pattern was well-defined using many details such as lines and forms created by the design methods. The study laid the foundation of the electroless copper plating for textile design.     

碳纤维表面镀铜的初步研究

介绍了碳纤维镀铜的前处理工艺及化学镀、电镀的工艺流程,镀层效果可以纤维直径的变化及电阻变化率等来衡量。测试结果表明,化学镀获得的碳纤维镀层均匀、致密、结合力好。     

Finite element simulation of three‐dimensional angle‐interlock woven fabric undergoing ballistic impact

This paper presents finite element simulations of three‐dimensional (3D) angle‐interlock woven fabric (3DAWF) undergoing ballistic impact. A micro‐structure model of the 3DAWF was established at the fiber tow level. Incorporated with commercial finite element code, ABAQUS/Explicit, the ballistic impact damage of the 3DAWF was simulated and compared with that in the experiment. Residual velocities of the conically cylindrical steel projectile (Type 56 in Chinese Military Standard) with different strike velocities were calculated and verified with those in the experiment. There are good agreements of the impact damage of the 3DAWF and the residual velocities of the projectile between finite element results and experimental results. The acceleration fluctuation record of the projectile and the stress wave propagation in the 3DAWF obtained from the simulation reveal the impact damage mechanisms of the 3DAWF. The strain rate effect of the fiber tows on the ballistic performance are also discussed. Such a micro‐structure model could be extended to the design of the impact behavior of the 3DAWF composites.     

湿法制备碳纤维增强树脂基复合材料

文章研究了以196不饱和聚酯树脂为基体,以聚丙烯腈基碳纤维为增强材料制成的复合材料的制法及其性能的测试。     

碳纤维/芳纶纤维纸基复合材料电导率逾渗阈值的研究

本研究利用碳纤维和芳纶纤维通过湿法造纸成形技术制备导电纸基复合材料(CPCMs),探讨了碳纤维含量、长度与CPCMs导电逾渗阈值的相关性;并通过数值仿真软件Geodict模拟了CPCMs的结构,用于计算其电性能及导电逾渗阈值。结果表明,3 mm碳纤维制备的CPCMs表面电导率逾渗阈值为2. 25%,体积电导率逾渗阈值为2. 86%;不同长度碳纤维制备的CPCMs具有不同的电导率逾渗阈值,碳纤维长度2～9 mm范围内,随着碳纤维长度的增加,CPCMs的电导率逾渗阈值逐渐下降。模拟计算结果表明,当模拟区域大小为1 mm2时,2 mm长碳纤维的CPCMs模型逾渗阈值模拟结果与实验结果有较好的对应性。     

碳纤维复合材料无人机叶片的仿真与分析

为得到碳纤维在无人机叶片中最优的铺层方式,通过Workbench中的ACP(ANSYS Composite PrepPost)模块,对碳纤维复合材料无人机叶片的铺层进行设计。利用SolidWorks三维建模软件建立无人机叶片的三维模型,并采用HyperMesh对叶片进行几何清理、划分网格等,利用Ansys Workbench Fluent对无人机叶片的不同转速进行流体仿真,提取叶片表面压力载荷,对不同铺层的碳纤维复合材料无人机叶片进行仿真与分析,得到碳纤维复合材料无人机叶片的力学仿真结果,并基于Tsai-Wu失效准则,计算每层铺层的失效系数,进而对比得出最优的碳纤维铺层方式为[0°,90°,90°,90°,0°]。     

基于混合韦伯分布的碳纤维针刺毡结构表征

为研究碳纤维针刺毡的结构并对其参数化表征,基于混合（Weibull）分布分析了3种碳纤维针刺毡的结构参数。对碳纤维针刺毡的纤维长度分布进行了拟合,并分析了造成纤维长度分布规律不同的原因。采用纯弯梁模型模拟碳纤维在针刺毡中的弯曲状态,并对弯曲参数进行了统计分析。结果表明,采用混合Weibull分布模型分析碳纤维针刺毡的内部结构,可真实反映参数指标的分布规律。无论是纤维长度还是纤维的弯曲参数,拟合曲线都有较高的拟合度。此外,采用纯弯梁模型模拟弯曲的碳纤维,不仅可以模拟纤维在针刺毡中的弯曲形貌,还可以将测量结果用于碳纤维针刺毡的参数化建模。     

基于Fluent连续纤维模型的滤棒成型机捕丝器数值模拟与分析

【目的】指导滤棒成型机捕丝器的工艺参数调节,提升卷烟滤棒产品质量。【方法】基于捕丝器中纤维运动特性,使用Fluent软件连续纤维模型进行纤维简化,利用动量源项传递实现纤维与流场间的耦合,摆脱了纤维与流场双向耦合的规模限制,实现了包含大量纤维的捕丝器流场模拟。通过引入总牵引力与牵引力均匀性指标,研究了不同压缩空气进气压力与垫片厚度对ZL26A型滤棒成型机捕丝器丝束牵引状态的影响,并进行了实验验证。【结果】（1）结合连续纤维模型的耦合模拟方法可以有效反映丝束对捕丝器内流场的影响与丝束的牵引状态;（2）在保证丝束牵引力满足滤棒正常填充的情况下,使用较薄垫片厚度与较高进气压力可以提升捕丝器牵引均匀性,提高丝束牵引质量;（3）实验中使用总厚度较薄的0.56 mm垫片配合0.3 MPa较高进气压力下生产出的滤棒,其吸阻标准偏差值与变异系数较参数改进前分别下降21.5%与21.7%,滤棒质量得到有效提升。