玄武岩纤维-碳纤维混杂平纹织物增强环氧树脂基复合材料的制备与力学性能

对以平纹织物为增强体的混杂纤维复合材料（HFRP）的刚度和强度进行研究。设计热压工艺并制备7组具有不同混杂比的玄武岩纤维-碳纤维（玄-碳）混杂增强环氧树脂基复合材料试样进行拉伸试验。基于平纹织物的结构特征,对传统混合定律加以修正,提出以平纹织物为增强体的HFRP刚度估算模型。基于HFRP层合板的破坏机制,提出材料仅发生一次破坏的临界混杂比,并分成三个混杂比范围给出强度估算模型。最终以体现分散度的混杂效应系数对估算结果加以修正。结果表明：计算值与试验值近似,预估模型计算所得临界混杂比与试样拉伸试验时的应力-应变曲线分析结果相符,模型可为今后的实际应用提供理论依据。本文提出的预估方法可以反应混杂比和分散度对平纹织物为增强体的HFRP强度和刚度的影响,扩展了混合定律的应用范围。     

织物结构对复合材料力学性能影响的试验研究

为探讨不同结构形式织物对复合材料力学性能的影响及其损伤破坏机制之间的差异,通过宏观拉压试验,研究了经编及平纹碳纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸及压缩力学性能,并利用声发射对试验过程进行实时监测,对破坏后的断口进行显微镜观察分析,分别给出了两种材料的拉伸和压缩破坏机制.研究结果表明:织物结构形式对复合材料的力学性能有较大影响,与经编织物复合材料相比,平纹织物复合材料的拉伸、压缩强度均较低,且其拉伸、压缩破坏试样的断口相对齐平,分层现象不明显;根据声发射监测结果可以判定两种复合材料损伤过程中的损伤类型,与经编织物相比,平纹织物复合材料拉/压过程中的声发射电压信号相对稳定且整体强度较低.     

酸刻蚀对玄武岩纤维表面偶联剂吸附量及纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维（BF）表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势;1 mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大;1 mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。     

氧化石墨烯对玄武岩织物/酚醛树脂复合材料性能的影响

将偶联剂改性的氧化石墨烯(GO)添加到酚醛树脂中,制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法,研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)和冲击性能的影响。结果表明,GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能,随着GO含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小;相对于空白样,当GO的含量为2wt%时,弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%;ILSS提高了43%;当GO的含量为1wt%时,冲击破坏载荷增加40%,破坏吸收能量增加60%。     

玄武岩纤维增强木塑复合材料的力学性能

研究了用短切玄武岩纤维(BF)增强木塑(WPC)复合材料(BF/WPC)体系中, BF的含量与BF/WPC力学性能之间的关系, 定性探讨了纤维增强机制。结果表明, 与WPC相比, 除断裂伸长率有所下降之外, BF/WPC的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度均有明显提高, 且这些性能取得最大值时BF的质量分数分别为15%~30%、15%~25%、20%~30%, 提高的幅度约为30%。提出了"弱端面"的定性假说, 由此解释了BF/WPC各项强度指标与增强纤维含量之间存在着最大值现象的原因。      

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。     

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。     

织布形状对玄武岩纤维布/不饱和聚酯树脂复合材料力学性能的影响

对玄武岩纤维布增强不饱和聚酯复合材料的基本力学性能进行了初步研究,针对纤维织布方式不同,制备了3种不同的复合板,即平纹复合板、斜纹复合板和平纹/斜纹复合板。结果表明,在相同层数17层和19层的条件下,斜纹复合板的拉伸、弯曲和无缺口冲击强度明显高于平纹和平纹/斜纹复合板。平纹/斜纹复合板强度较差,分散性大,而平纹复合板分散性小,物理力学性能稳定。     

酸处理对玄武岩纤维微观结构和力学性能的影响

采用2.0mol/L H2SO4溶液为酸性侵蚀介质,在80℃下分别处理1、3、5和10h后得到酸处理的玄武岩纤维样品。利用SEM、EDS、XRD、FT-IR以及拉伸实验等研究酸处理对玄武岩纤维的形貌、成分、物相、分子结构以及力学性能的影响。结果表明,酸处理纤维能基本保持圆柱状形貌,成分趋于只含Si、O;酸处理纤维仍保持玻璃态结构,其指纹区红外吸收峰的峰形更尖锐、峰位移向高频区并出现Si—OH等特点;随着酸处理时间的延长,纤维的断裂强度(模量)保留率均呈下降的趋势,且下降的趋势减缓并趋于稳定。     

碳纳米管对碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

为了探讨碳纳米管(CNTs)对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/ER复合材料)力学性能与疲劳寿命的影响,利用静态拉伸实验和拉-拉疲劳实验沿纤维方向对CF/ER复合材料和CNTs增强CF/ER复合材料(CNTs/CF/ER复合材料)进行了对比研究,同时利用X射线仪与扫描电镜对试样进行了观察.研究结果表明,CNTs的加入,虽然对CF/ER复合材料的拉伸力学性能影响不明显,但可以提高高周疲劳寿命约4倍,使各种实验应力水平下的裂纹密度降低9.5％以上,并可观察到试样中CNTs的拔出、破裂及桥联作用.由此可见,CNTs的加入可明显改善CF/ER复合材料的疲劳寿命.     

石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

通过对氧化石墨热膨胀还原并用超声分散制备了石墨烯,并对所得产物进行分析表征。用超声分散和模具浇注成型法制备了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。研究了石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了石墨烯对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着石墨烯含量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度及模量先增加后减小;当石墨烯的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值60.9MPa,比纯环氧树脂提高了16.88%;当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸模量达到最大值2833.3MPa,比纯环氧树脂提高了48.29%。     

Mechanical Properties of Stitched Multiaxial Fabric Reinforced Composites From Mannual Layup Process

This paper summarizes the consolidation behavior of E-glass stitched multiaxial non-crimp fabrics (NCFs) and the mechanical properties of the resulting composites from the manual layup process. NCFs offer many advantages over conventional woven and nonwoven fabrics in terms of processibility and properties. The reinforcement structures studied include six NCFs with different fiber orientation combination, number of sub-ply layers, and unit weight. The compressive and recovery behavior of the dry preforms is evaluated and related to their processibility in the hand lay-up process. Mechanical properties of specimens from the hand layup process are evaluated in tensile, compressive, and flexural tests. The test results and failure mechanisms are reported. The effect of consolidation quality on the mechanical properties is discussed.     

环氧树脂复合材料的制备及力学性能

通过配方设计,以硅烷偶联剂改性的空心玻璃微珠(HGB)为填料,端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)为增稠剂和增韧剂,环氧树脂(EP)为基体,经变温分段固化技术制备环氧树脂/端羧基丁腈橡胶/空心玻璃微珠(EP/CTBN/HGB)三元泡沫复合材料并研究其力学和流变性能。结果表明,CTBN使得复合材料由脆性断裂变为韧性断裂;CTBN劣化了复合材料模量而HGB弥补了复合材料模量;当CTBN、HGB含量分别为12%(质量分数)和30%(体积分数)时,三元复合材料的冲击、弯曲、拉伸强度及弯曲模量均优于纯EP。另外,纯环氧树脂和EP/CTBN共混物的黏度呈现出牛顿流体的流变行为,而三元共混物的黏度表现出明显的剪切变稀现象。     

Effect of Consolidation Method on the Mechanical Properties of Nonwoven Fabric Reinforced Composites

Nonwoven fabrics provide low cost reinforcement for composites. The consolidation behavior of E-glass nonwoven preforms and the mechanical properties of the resulting composites are studied. The reinforcement structures include stitch-bonded chopped-strand mat, powder-bonded chopped-strand mat, and continuous-strand mat. A woven fabric is also included for comparison. The bulkiness of the fabric influences their processibility in the hand lay-up and resin transfer molding (RTM) processes. Mechanical properties of specimens from the hand lay-up and the RTM processes are evaluated in tensile, compressive, and flexural tests. The test results and failure mechanisms are reported, and the effect of consolidation condition on the mechanical properties are analyzed. Theoretical analysis of the elastic properties of nonwoven composites are discussed. The tensile moduli from the experiment for such composites are compared with theoretical predictions and good agreement is observed.     

界面改性增强塑木复合材料力学性能的研究进展

综述了国内外界面改性增强塑木复合材料力学性能的研究进展,包括界面改性增强的作用机理、木纤维的表面改性、塑料的表面改性和添加界面相容剂等,并展望了塑木复合材料界面改性研究的未来趋势。     

聚磷酸钙增强的ZK60A镁基复合材料的力学性能和耐蚀性能

制备了CPP颗粒增强的ZK60A镁基复合材料,测试了硬度、压缩和弯曲性能来评价复合物的力学性能。随着CPP的含量(质量分数)从0%增加到5%,镁基复合物的硬度、压缩强度增加,而随着CPP含量从5%增加到10%,维氏硬度与压缩强度逐渐减小。随着CPP含量从0%增加到10%,抗弯强度呈减小的趋势。极化测试结果表明,随着CPP含量的增加,材料的耐蚀能力增强。     

Tensile Behaviour of Multilayer Knitted Fabric Composites with Different Stacking Configuration

In this paper, multilayer plain weft knitted glass fabric reinforced epoxy composite laminates with different stacking configurations, i.e., [0°]₄, [0°/±45°/0°], [0°/90°/90°/0°] and [90°]₄, were investigated experimentally. The laminates were uniaxially tensile loaded until final fractures occurred. The experimental results show that with the change in layer stacking structure, a corresponding variation in composite strength and stiffness was achieved. The tensile strength and modulus rank as follows: [0°]₄ > [0°/±45°/0°] > [0°/90°/90°/0°] > [90°]₄, which implicates a potential desiguability of Knitted Fabric Composites (KFC) for engineering applications. Failure behaviours of the fractured laminate specimens were examined using a matrix digestion and layer peeling method, based on which the behaviour of each lamina in the laminate can be clearly shown. It was found that an angle-plied lamina in the laminate when subjected to a uniaxial tensile load has a different fracture mode from that of a single ply composite under an off-axial tensile load. This means that the lamina in the laminate is subjected to a more complicated load combination. By comparing the fractured mode of the latter lamina with that of the single ply composite, the load direction sustained by the lamina in the laminate can be identified, which provides a qualitative benchmark for verifying a theoretical simulation.     

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。     

超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料的性能研究

采用一种结构与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维相似、且对纤维表面具有良好浸润性的碳氢树脂(PCH)作基体,通过层压成型方法制得UHMWPE/PCH复合材料.研究了复合材料的力学性能、介电性能、吸湿性能及界面黏结性能.结果表明,UHMWPE/PCH复合材料介电性能优异、力学性能好、耐湿热性能较佳、界面黏结性能好,可用作高性能透微波复合材料.     

纤维织构对Cf/SiC复合材料结构和性能的影响

以先驱体浸渍裂解工艺制备了Cf/Sic复合材料,在相同工艺条件下,研究了四种纤维织构:2.5D,三维四向,三维五向,三维六向对复合材料结构和性能的影响.研究结果表明,2.5D纤维织构的复合材料,其力学性能优于其它三种织构的复合材料,2.5D织构的复合材料弯曲强度达到了406.25MPa,三维四向织构复合材料弯曲强度只有128.80MPa,三维五向织构复合材料159.74MPa,三维六向织构复合材料150.42MPa,并结合纺织学的结构理论对这种影响进行了剖析.