国内外间位芳纶纸蜂窝性能对比研究

本试验分别对使用国产和进口间位芳纶纸制作的蜂窝芯材进行了常温、高温、湿热老化后力学性能以及垂直燃烧性能研究。试验发现,中、高密度国产NHA(YT)-1蜂窝各项性能已基本达到并部分超过进口NHA-1蜂窝性能,低密度国产间位芳纶纸蜂窝力学性能与进口间位芳纶纸蜂窝尚存差距,有待改进。结果表明,国产间位芳纶纸已基本达到蜂窝生产要求,实现了重要原材料的国内自主保障。     

芳纶纸结构性能及其对蜂窝力学性能的影响

芳纶纸是制作芳纶纸蜂窝的关键原材料,纸张的结构和性能对蜂窝的性能有着重要的影响。间位芳纶纸表面呈膜状,结构紧密,而对位芳纶纸结构相对疏松,浸渍树脂可以进入纸张内部。影响芳纶纸蜂窝模量最重要的纸张性能是浸渍树脂后纸张模量与厚度的乘积,即Est值。对应相同规格蜂窝,对位芳纶纸的Est值明显高于间位芳纶纸,蜂窝的压缩和剪切模量也较高。对位芳纶纸蜂窝的压缩和剪切强度也都高于间位芳纶纸蜂窝。     

夹层结构复合材料低速冲击试验与分析

设计了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、 交联聚氯乙烯(X-PVC)泡沫、 NOMEX蜂窝、 缝合PMI以及开槽PMI泡沫等形式的玻璃布面板夹层结构复合材料, 研究了芯材种类和厚度、 面板玻璃布层数以及缝合和开槽等因素对夹层结构低速冲击性能的影响。结果表明, PMI泡沫芯较X-PVC泡沫芯和NOMEX蜂窝芯具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫密度及面板厚度的增加, 夹层结构复合材料的冲击破坏载荷和破坏吸收能量增大。合理的缝合和开槽, 能够增加PMI泡沫夹层结构的强度、 刚度及界面性能, 提高冲击承载能力。     

EPE泡沫填充圆形纸蜂窝异面缓冲性能的试验研究

目的为了研究EPE泡沫填充对圆形纸蜂窝异面缓冲性能的影响,开展相关试验研究。方法对2种排列方式(规则/交错)以及不同填充形式(未填充、全填充、5种部分填充方式)的EPE泡沫填充圆形纸蜂窝结构,进行异面准静态和动态压缩试验,研究其异面变形模式和吸能特性,比较不同排列方式和泡沫填充对其异面缓冲性能的影响。结果静态压缩时,与未填充蜂窝结构相比,EPE填充使交错排列的平均平台应力和单位体积能量吸收分别增长了10.1%和8.9%,规则排列分别增长了7.1%和7.5%。结论 EPE填充使圆形纸蜂窝所承受的最大静应力增大,且交错排列时增长较明显;相同填充率下,填充方式对圆形纸蜂窝异面静态压缩的缓冲性能影响不大。动态压缩时,排列方式和泡沫填充仅对大载荷下圆形纸蜂窝的动态缓冲性能影响明显。EPE填充使圆形纸蜂窝异面缓冲性能得到改善,且交错排列方式优于规则排列。     

夹层结构复合材料的吸波隐身技术研究进展

综述目前国内外夹层结构复合材料吸波隐身技术的特点、主要研究方向以及应用情况,包括蜂窝夹层结构和泡沫塑料夹层结构。介绍蜂窝夹层结构的吸波隐身技术的研究进展,指出影响蜂窝夹层结构吸波性能的主要影响因素,包括蜂窝本身的规格尺寸以及浸渍胶液体系等。分析聚氨酯和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)两种常用的泡沫夹芯吸波复合材料的吸波性能和力学性能,指出具有高力学性能、高耐热性的吸波性PMI泡沫塑料泡沫夹层结构是吸波隐身夹层结构技术未来的主要研究方向。     

芳纶纸蜂窝及其夹层结构的研究进展

本文综述了目前芳纶纸蜂窝及其夹层结构在制备、性能以及应用方面的研究成果及进展,指出芳纶纸蜂窝以其各项优异的性能广泛的应用于各行业中,并且逐步成为不可或缺的材料之一.芳纶纸是制备蜂窝材料及其夹层结构的最根本原材料,其国产化迫切需要进行.     

新型Nomex蜂窝芯材及其制造

芳香尼龙纸蜂窝(国外称Nomex蜂窝),是近期发展起来的轻质蜂窝芯材。其基体是芳香尼龙纸,浸渍以树脂制得。芳香尼龙纸,国内简称芳纶纸,其学名为聚间苯二甲酰间苯二胺,化学结构式为     

芯体壁厚对Nomex蜂窝夹层结构抗冲击性能的影响

基于虚拟实验法,发展了细观有限元模型,研究了芳纶纸表面的树脂涂层厚度对Nomex蜂窝夹层结构冲击响应及损伤情况的影响。研究结果发现,树脂涂层厚度越大,冲击的接触力峰值越大。若冲击能量不足以穿透上面板,则蜂窝吸收能量随树脂涂层厚度的增大而提高;冲击能量足以穿透上面板,则冲头侵彻深度随树脂涂层厚度增大有明显下降,同时蜂窝面外的损伤程度也降低。提高树脂涂层厚度,对于提高Nomex蜂窝的抗穿透能力较为有效,但对损伤的面积影响较小。     

相对密度对泡沫铝力学性能和能量吸收性能的影响

对不同相对密度的两种胞孔结构--开孔和闭孔泡沫铝进行了单轴压缩试验,研究了相对密度对泡沫铝力学性能和能量吸收性能的影响.结果表明:随着相对密度的增大,泡沫铝的屈服强度与流动应力也相应增加,通过对本实验结果进行拟合,得出泡沫铝的屈服强度与相对密度的关系式.泡沫铝材料吸收的能量随着应变量的增大而增加,在相同应变量下,高密度开孔泡沫铝的吸收能比低密度闭孔材料多.吸能效率反映材料本身的一种属性,高的理想吸能效率表明泡沫铝是一种优良的吸能材料.     

泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能实验研究EI北大核心CSCD

对泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能及其影响规律进行了试验研究。将不同密度的聚氨酯泡沫以不同填充方式填充入不同边长的蜂窝胞元中,以不同的压缩速率对上述泡沫填充型蜂窝纸板进行准静态压缩试验,结果发现:蜂窝胞元边长显著影响泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能,初始峰值应力和平台应力均随着胞元边长的增大而减小;当使用低密度(高发泡倍率)的泡沫填充蜂窝纸板时,初始峰值应力和平台应力均优于高密度(低发泡倍率)泡沫填充型蜂窝纸板;部分填充和完全填充的泡沫填充型蜂窝纸板相对于未填充的蜂窝纸板的平台应力和吸能性能均有大幅提升,不但降低了初始峰值应力,还提高了平台应力,对面外压缩性能和缓冲性能改善明显;在2 mm/min^50 mm/min的压缩速率区间内,泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能受压缩速率的影响不显著。本文的研究成果可为蜂窝纸板的合理使用及多目标优化提供依据。     

泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能实验研究

对泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能及其影响规律进行了试验研究。将不同密度的聚氨酯泡沫以不同填充方式填充入不同边长的蜂窝胞元中,以不同的压缩速率对上述泡沫填充型蜂窝纸板进行准静态压缩试验,结果发现:蜂窝胞元边长显著影响泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能,初始峰值应力和平台应力均随着胞元边长的增大而减小;当使用低密度(高发泡倍率)的泡沫填充蜂窝纸板时,初始峰值应力和平台应力均优于高密度(低发泡倍率)泡沫填充型蜂窝纸板;部分填充和完全填充的泡沫填充型蜂窝纸板相对于未填充的蜂窝纸板的平台应力和吸能性能均有大幅提升,不但降低了初始峰值应力,还提高了平台应力,对面外压缩性能和缓冲性能改善明显;在2 mm/min~50 mm/min的压缩速率区间内,泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能受压缩速率的影响不显著。本文的研究成果可为蜂窝纸板的合理使用及多目标优化提供依据。     

真空辅助树脂灌注工艺成型泡沫夹芯结构工艺设计与控制

采用无屈曲织物(NCF)、 CYCOM^® 890 RTM树脂体系和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫以及真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)成型泡沫夹芯复合材料平板, 结合力学性能测试和微观结构分析等手段研究了成型过程中抽胶对夹芯板界面质量以及纤维体积分数的影响, 分析产生的缺陷类型及原因, 优化了工艺参数。结果表明: 抽胶有利于提高泡沫夹芯板的纤维体积分数和力学性能, 在100～120 ℃温度范围内进行30 min的抽胶, 工艺稳定, 层间剪切强度和弯曲强度显著提高。     

真空辅助树脂灌注工艺成型泡沫夹芯结构工艺设计与控制

采用无屈曲织物(NCF)、CYCOM(R) 890 RTM树脂体系和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫以及真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)成型泡沫夹芯复合材料平板,结合力学性能测试和微观结构分析等手段研究了成型过程中抽胶对夹芯板界面质量以及纤维体积分数的影响,分析产生的缺陷类型及原因,优化了工艺参数.结果表明:抽胶有利于提高泡沫夹芯板的纤维体积分数和力学性能,在100～120℃温度范围内进行30 min的抽胶,工艺稳定,层间剪切强度和弯曲强度显著提高.     

多级复合材料蜂窝结构的力学性能

根据多级结构设计思想,把高性能聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫加入到单向碳纤维增强树脂复合材料之间,制备多级复合材料蜂窝结构。对多级复合材料蜂窝结构的平压性能进行了研究,包括多级复合材料蜂窝结构平压性能的理论预报和试验验证。研究了多级复合材料蜂窝结构平压性能随结构等效密度变化的关系。并对多级复合材料蜂窝结构的三点弯曲性能进行了研究,主要包括理论预报和试验验证。通过理论研究对结构的失效模式进行了预报,绘制了失效模式机制图,并通过三点弯曲试验对理论预报结果进行了验证。      

对位和间位芳纶短切纤维混杂对芳纶纸性能的影响

采用国产对位芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺)短切纤维、间位芳纶(聚间苯二甲酰间苯二胺)短切纤维与沉析纤维混杂制备芳纶纸,研究了纤维混杂效应对芳纶纸性能的影响。采用SEM、XRD分析了自制混杂纤维芳纶纸和Nomex T410(0.13mm)纸中短切纤维与沉析纤维之间的微区结合特征以及结晶性能,通过TGA分析了混杂纤维芳纶纸与Nomex T410纸的耐热性能,并通过对比自制芳纶纸与Nomex T410纸力学性能、绝缘性能,研究了对位和间位芳纶短切纤维混杂对芳纶纸性能的影响。结果表明:芳纶纸抗张指数、撕裂指数、结晶度以及耐热性能均随对位芳纶短切纤维添加量的增加而增加,而芳纶纸耐压强度呈先上升后下降的趋势。当对位和间位短切纤维混杂比为2∶2(质量比)时,自制混杂纤维芳纶纸与Nomex T410纸短切纤维与沉析纤维之间粘结状态相似,力学性能、绝缘性能与耐热性能相近,其抗张指数为130.4N·m·g~(-1),优于Nomex T410纸纵向(111.1N·m·g~(-1))与横向(56.2 N·m·g~(-1))的;撕裂指数为32.6 mN·m~2·g~(-1),介于Nomex T410纸纵向(37.6mN·m2·g~(-1))与横向(23.6mN·m2·g~(-1))之间;耐压强度分别为26.5kV·m~(-1)和27.0kV·m~(-1);结晶度分别为34.84%、15.71%;初始分解温度分别为430.6℃、435.1℃,780℃时其质量损失分别为42.8%、39.1%,芳纶纸均具有稳定的耐热性能。     

泡沫铝夹层结构复合材料低速冲击性能

以泡沫铝为夹芯材料,玄武岩纤维(BF)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料为面板,制备夹层结构复合材料。研究纤维类型、铺层结构和芯材厚度对泡沫铝夹层结构复合材料冲击性能和损伤模式的影响规律,并与铝蜂窝夹层结构复合材料性能进行对比分析。结果表明:BF/泡沫铝夹层结构比UHMWPE/泡沫铝夹层结构具有更大的冲击破坏载荷,但冲击位移和吸收能量较小。BF和UHMWPE两种纤维的分层混杂设计比叠加混杂具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫铝厚度的增加,夹层结构复合材料的冲击破坏载荷降低,破坏吸收能量增大。泡沫铝夹层结构比铝蜂窝夹层结构具有更高的冲击破坏载荷,但冲击破坏吸收能量较小;泡沫铝芯材以冲击部位的碎裂为主要失效形式,铝蜂窝芯材整体压缩破坏明显。     

芳纶纸蜂窝力学性能与纸张性能相关性的研究

研究了芳纶纸蜂窝压缩模量E和剪切模量G与孔壁材料性能的相关性,并验证了Kelsey等提出的蜂窝压缩和剪切力学模型。结果表明,蜂窝孔壁材料的弹性模量与厚度的乘积Est是影响蜂窝平压模量的关键性能参数,Est值随着酚醛树脂上胶量的增加而增大,E也随着酚醛树脂上胶量的增加而增大;蜂窝孔壁材料剪切模量与厚度的乘积Gst是影响蜂窝剪切模量G的关键性能参数,Gst值随着酚醛树脂上胶量的增加而增大,G也随着酚醛树脂上胶量的增加而增大。     

漂珠聚氨酯复合泡沫力学特性及本构模型研究

以粉煤灰漂珠为主要组分的复合泡沫具有较高的比强度和比吸能,在轻质抗冲击结构设计和缓冲防护领域极具应用潜力。然而,漂珠尺寸和增强相等因素对材料力学性能和行为的影响机制尚不清楚,且当前研究尚未构建该类复合泡沫的力学模型,不利于开展结构设计中材料选型和数值仿真等工作。为此,该研究针对漂珠尺寸和蜂窝铝增强相对复合泡沫的力学性能和变形行为的影响规律进行系列准静态压缩实验研究,在此基础上采用Avalle理论构建该复合泡沫的力学模型。结果表明:①当相对密度小于0.29时,漂珠尺寸对复合泡沫的力学性能几乎没有影响;当相对密度大于0.29时,漂珠尺寸对复合泡沫力学性能的影响随密度的增大而增大;②对于含增强相的复合泡沫,含小尺寸漂珠的复合泡沫力学性能有明显提高,铝蜂窝的额外增强效果对包含小尺寸漂珠的复合泡沫更为明显,该增强机制主要是将材料的初始失效模式由剪切转变为轴向压溃;③使用Avalle理论构建的本构模型,其应力平台阶段和能量耗散特性的拟合与实验结果一致,可较为准确地预测该材料的基本力学性能。该研究可为粉煤灰的综合利用及其复合泡沫在轻质抗冲击结构设计中的应用提供理论参考和基本预测模型。     

基体性能对泡沫铝力学行为的影响

用渗流法制备了不同基体的开孔泡沫铝,利用MTS810和SHPB研究了其准静态和动态力学性能。实验结果表明,泡沫铝基体的性能对泡沫铝材料的力学行为有显著的影响。准静态压缩时脆性泡沫有非常长而平缓的屈服平台区,韧性泡沫的屈服段的应力随着应变的增加而缓慢增加。脆性泡沫的吸能效果总体优于韧性泡沫。     

基于BP网络的蜂窝铝芯力学性能预测与灵敏度分析

以蜂窝铝芯几何结构参数对其面内等效性能影响为研究对象,将正交试验和均匀化理论与有限元相结合来获得数据样本,建立了蜂窝铝芯几何结构参数与其等效弹性性能参数之间复杂非线性映射关系的网络模型,并利用贝叶斯正则化算法,实现了BP神经网络对蜂窝铝芯力学性能的预测。在较少样本数据的情况,可以较高精度地预测胞元结构参数对蜂窝铝芯等效性能的影响规律。提取该BP模型中各层的权值,运用Garson算法得到各结构参数对蜂窝铝芯等效力学性能影响程度的灵敏度系数,结果表明灵敏度分析可评估结构参数对等效力学性能的影响,可为蜂窝铝芯设计提供参考。