碳纤维智能层在纤维复合材料结构健康监测中的应用

在预制有缺陷的纤维复合材料结构玻璃钢板缺陷表面覆盖碳纤维智能层,将玻璃钢板有缺陷一侧置于弯曲受拉面,对玻璃钢板进行单调弯曲破坏试验和等幅弯曲循环试验。结果表明：在单调弯曲破坏试验过程中,碳纤维智能层电阻的变化存在明显的拐点,该拐点即为玻璃钢板预制缺陷尖端发生开裂形成裂纹的瞬时,裂纹形成前,碳纤维智能层电阻随玻璃钢板表面缺陷张开值线性增加,裂纹形成后,碳纤维智能层电阻随玻璃钢板表面缺陷张开值不再线性变化,呈陡增趋势;在等幅弯曲循环试验过程中,碳纤维智能层电阻变化在玻璃钢板预制缺陷尖端开裂前表现为等幅循环,但开裂后表现为增幅循环;通过对比碳纤维智能层电阻在玻璃钢板预制缺陷尖端开裂前后的不同变化规律,可以实现对玻璃钢构件的健康监测。     

碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻效应

以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制成复合材料,考察了该材料在单向拉伸载荷下的力阻响应。实验结果表明,该材料具有正力阻效应(拉应变引起材料的电阻增大)。其中,单层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻灵敏度可达13.9,但在加载过程中其电阻表现出逐渐衰减趋势;多层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻性能更为稳定,但随着层数的增加灵敏度逐渐降低,5层复合材料的力阻灵敏度下降到5.7。多层复合材料的立体导电网络是其稳定性提升和灵敏度下降的主要原因。将碳纤维毡/环氧树脂多层复合材料敷设在梁结构表面形成智能表层,利用其力阻性能实现了梁结构在循环载荷下的变形监测以及在单调载荷作用下损伤监测。     

T-1000碳纤维/环氧树脂基复合材料性能研究

用扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱仪、NOL环及φ150mm容器等手段,对T-1000碳纤维表面状态、元素组成和复合材料性能进行系统研究.结果表明,该纤维表面光滑,富有树脂涂层,具有高的活性碳基团,与HS19环氧基体匹配具有高的粘接强度,φ150mm容器环向纤维发挥强度达6174MPa,复合高压气瓶具有较高的容重比.     

热塑性酚醛树脂对碳纤维环氧树脂基复合材料性能影响

利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和三点短梁法对添加不同含量的热塑性酚醛树脂(PF)复合材料体系改性效果进行了研究,考察了不同含量的酚醛树脂对固化体系力学性能及热性能的影响.结果表明:随着酚醛树脂含量的增加,碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)的弯曲强度和弯曲弹性模量呈递减趋势;层间剪切强度(ILSS)呈现先增加后减小的趋势,当酚醛树脂的含量为20%时,层间剪切强度达到111.31MPa,提高约7%;热稳定性较其他含量时为高,复合材料体系的综合性能最好.     

电镀镍碳纤维增强铝基复合材料

提出一种碳纤维表面电镀镍的方法,通过正交实验优化了电镀镍配方及工艺条件,并研究了镀层的显微组织及镀液的成分、电流密度、电镀时间等工艺条件对沉镍速率和镀层质量的影响,并探讨了沉镍机理.用镀镍碳纤维制备铝基复合材料,观测碳纤维与铝的复合效果.     

碳纤维增强塑料(CFRP)力阻效应的研究评述

碳纤维增强塑料(CFRP)作为一种先进结构材料,其力阻效应的发现引起了广泛关注。基于现有研究成果,分别概述了连续碳纤维增强塑料和短切碳纤维增强塑料的力阻行为,从微观力阻现象和电场传输物理模型两方面分析了力阻效应产生的机理,并对内嵌式CFRP力阻传感器和CFRP智能表层进行了介绍。在此基础上,总结了制约CFRP在传感领域应用的因素并指出了未来研究方向。     

热塑性酚醛树脂对碳纤维环氧树脂基复合材料性能的影响

利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和三点短梁法对添加不同含量的热塑性酚醛树脂(PF)的复合材料体系改性效果进行了研究,考察了不同含量的酚醛树脂对固化体系力学性能及热性能的影响.结果表明,随着酚醛树脂含量的增加,碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)的弯曲强度和弯曲弹性模量呈递减趋势;层间剪切强度(ILSS)呈现先增加后减小的趋势,当酚醛树脂的含量为20%时,层间剪切强度达到111.31MPa,提高约7%;热稳定性较其它含量时高,复合材料体系的综合性能最好.     

碳纤维改性环氧树脂基复合材料的制备及性能研究

以环氧树脂E51为基础材料,碳纤维为增强材料,制备出了不同碳纤维掺杂量(0,3%,6%,9%(质量分数))的改性环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维掺杂量对环氧树脂基复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性和导热性能的影响。结果表明,适量碳纤维的掺杂提高了环氧树脂基复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能。随着碳纤维掺杂量的增加,改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均先增大后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均达到了最大值,分别为48.5 MPa, 1.86%,85.6 MPa和3.09 GPa。随着碳纤维掺杂量的增加,复合材料的分解温度和残留量先升高后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的分解温度和残留量达到最大,分别为453.7℃和4.9%。复合材料的导热系数随碳纤维掺杂量的增加而增大,当碳纤维的掺杂量<6%时,导热系数增长速率较快。综合分析可知,碳纤维的最佳掺杂量为6%。     

生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展

环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,其固化后会形成不溶、不熔的高度交联的三维网络结构,从而导致树脂及其碳纤维复合材料的降解困难而且难以再加工,造成了严重的资源浪费与环境污染。采用可再生生物质原料制备生物基可降解环氧树脂及其碳纤维复合材料,在缓解能源危机、减轻环境污染和实现资源再利用上具有重要意义。综述了生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展,主要包括含有热或化学不稳定键的可降解环氧树脂的合成、性能、降解机理及其碳纤维的无损回收,并总结了其优缺点。     

树脂基搭接碳纤维智能层的力阻特性

提出一种具有局部搭接结构的树脂基碳纤维智能层, 将其敷设于结构表面以检测结构受载时的变形, 实现对结构大范围监测。基于该智能层, 采用单轴拉伸和三点弯曲的加载方式, 对构件进行应变和位移检测。实验发现, 碳纤维局部搭接结构是引起力阻效应的主要因素, 其单位应变的电阻率变化的灵敏度达到104, 相当于非搭接连续碳纤维复合材料力阻效应灵敏度的34倍。实验结果还进一步表明, 树脂基搭接碳纤维智能层力阻曲线光滑稳定, 其传感极限约为8500 με。建立了树脂基搭接碳纤维复合材料的电学模型, 揭示了这种力阻效应主要来源于搭接界面处层间电阻的变化, 并从纤维轴向力、搭接面积和层间剪应变三个方面解释了这种层间电阻变化的机制。      

非收缩共聚环氧树脂基体固化的反应动力学

用FT—IR和DSC研究了非收缩共聚环氧树脂基体的固化过程,得到了膨胀性单体NSOC和环氧树脂E51的反应动力学参数及其共聚的表现动力学参数,并且得到了共聚树脂的固化时间与固化温度,贮存时间与贮存温度的关系曲线。这对树脂的实际应用和固化工艺的选择有重要的意义。理论处理的结果表明,固化时树脂基体的体积膨胀可能降低反应的活化能。     

环氧改性双马来酰亚胺树脂聚集态结构的研究

利用透射电子显微镜（ＴＥＭ）追踪环氧改性双马来酰亚胺树脂在固化过程中聚集态结构的变化，发现环氧与双马来酰亚胺形成了互穿网络结构（ＩＰＮ）。但由于环氧和马来酰亚胺的固化活性不同，环氧先发生固化，引起两种单体间的溶解度下降而发生相分离，形成了富环氧区域和富双马来酰亚胺区域。互穿与相分离是两个相反的结构发展方向，它们决定着树脂的结构和机械性能。树脂的互穿程度直接受初始固化温度的控制。     

复合材料用中温固化环氧树脂体系的研究(一)树脂基体组成的研究

用差热分析的方法研究了各种促进剂对二氨基二苯矾(DDS)固化环氧618树脂体系的促进作用,选定了两种具有协同效应的给质子体物质作为促进剂,可使体系在中温(130℃)较快地固化。应用回归正交设计法对树脂基体各组分配比进行优化试验,所得回归方程可信度均超过95%。计算机按回归方程所画等值线图直观地反映了各组分配比对树脂基体材料性能的影响规律。利用计算机逐步搜寻法,确定了组分的最优配比,按此配比所得树脂基体具有优良的综合性能。     

增强纤维对环氧树脂基体电子束固化特征的影响研究

通过研究增强纤维对环氧树脂的电子束辐射固化区域增长形貌及固化度梯度变化的影响发现:未经处理的碳纤维与树脂混合体系经辐射固化后,在纤维根部存在明显空隙。碳纤维经过硝酸处理后,树脂与纤维间的界面结合明显改善。加入增强纤维后,树脂体系的辐射固化层厚度和凝胶含量均有所下降,其下降幅度随纤维含量增加而变大,碳纤维的影响作用大于玻璃纤维。与纯树脂体系相比,纤维树脂混合体系在靠近电子束辐射表面处的凝胶含量随辐射深度增加现象不明显。     

树脂基复合材料界面剪切强度的测定

本文建立了一种界面剪切强度表征的新方法,对复合材料的单根纤维施加轴向压力,使其与周围树脂基体脱胶。通过有限元分析,得到界面剪切强度。这种方法适用于实际复合材料制件,克服了其它测试方法的不足,它不仅对于界面研究具有重大的理论价值,而且对复合材料制品检测,力学设计等方面都具有重要的实际意义。并可望用于测定金属基、陶瓷基复合材料的界面剪切强度。     

碳纤维(碳毡)/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3 GHz,10 dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27 wt%时,在8 GHz~18 GHz 频段获得90 %以上的吸收率。     

UHMW-PE纤维增强环氧基复合材料界面研究

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纤维经过低温氧等离子体处理后,与环氧树脂基体的界面粘结性能明显改善.本文通过单纤维拔出实验、XPS、SEM、接触角测算等研究了表面改性的作用机理.对影响界面粘结的作用力进行了定量分析,揭示了表面刻蚀坑引起的界面机械铰链力,以及由多种含氧极性基团引起的化学键力和界面非极性分子色散力,它们分别对界面粘结强度的贡献,及其随等离子体处理参数的变化关系.      

乳液分散相转移催化合成高弹环氧

采用一种新的方法——乳液分散和相转移催化法合成了糠叉丙酮改性环氧。该方法使催化体系中的催化剂分散效果好 ,反应液不易结块 ,反应易于控制。在相转移催化剂聚乙二醇或四丁基溴化铵作用下 ,碱性催化剂 Na OH水溶液、Na OH乳液、乙醇钠乳液催化糠醛丙酮缩合中后者效果最好。糠叉丙酮改性环氧固结体具有优良的力学性能 :2 8d的压缩强度 72 .4 MPa、拉伸强度 16 .5MPa、扯断强度 13.8MPa、弹性模量 1.4 0× 10 3 MPa和超过 7.0 0 MPa的粘接强度     

碳纤维复合材料发动机壳体用韧性环氧树脂基体的研究

在综合考虑粘度-力学性能-耐热性能的基础上,开发了一种适用于碳纤维复合材料固体火箭发动机壳体湿法缠绕成型的韧性环氧树脂基体。用DSC,FT-IR等分析手段对该树脂基体的固化反应动力学参数、树脂基体固化物性能和复合材料性能进行了系统研究。结果表明,该树脂基体粘度小、适用期长、韧性高,与碳纤维界面粘接好,所制得的复合材料壳体纤维强度转化率高。     

用于环氧树脂固化过程实时监测的光纤折射率传感器

研究了应用光纤传感技术对环氧树脂固化过程进行实时监测的方法。通过将一段光纤的包层去掉构成光纤折射率传感器, 利用环氧树脂在固化过程中折射率随固化度增大而增大的特性进行固化监测。应用光线追迹法和局部平面波理论导出光纤固化传感器的理论模型。通过在光纤传感区一端的光纤端面镀全反射膜形成探针型传感结构。对E51 环氧树脂的等温固化过程进行了实时监测实验。