紫外线对玻纤环氧乙烯基酯树脂基复合材料性能的影响

对玻璃纤维增强环氧乙烯基酯树脂基复合材料在温湿环境下进行了人工紫外加速老化实验,并进行了拉伸、弯曲等试验,分析了试件紫外老化后的质量损失率、巴氏硬度、弯曲破坏形态以及力学性能的演变规律,并利用SEM观察了试样表面老化前后的形貌变化.研究表明:紫外线照射后试样的表面泛黄,且随照射时间的延长颜色不断加深;试样拉伸和弯曲性能以及巴氏硬度在紫外老化前期有所上升,160 h后开始下降;质量损失率随着紫外光照射时间的延长而逐渐增大;紫外老化后试件的弯曲破坏过程与未老化试件一致;随着老化周期的增加,孔隙量和韧性发白光带数量增加,呈现出明显的片层状海浪花样.     

高温热处理对国产KD-SA型SiC纤维组成结构与力学性能的影响

高结晶近化学计量比SA型SiC纤维以其优异的耐温性,在新一代航空发动机和高超声速飞行器等领域得到广泛应用。对比国产第二代SiC纤维(F-Ⅱ),本工作研究了第三代SA型SiC纤维(F-Ⅲ)高温热处理前后的微观结构演变和拉伸强度及断裂行为。结果表明, F-Ⅲ纤维主要由β-SiC晶粒(～200 nm)和少量游离碳组成, F-Ⅱ纤维则由β-SiC晶粒(～5 nm)、游离碳和SiCxOy无定形相组成。与F-Ⅱ纤维相比, F-Ⅲ纤维具有更大的晶粒尺寸与孔隙,室温下的拉伸强度较低。但经1800℃热处理后, F-Ⅲ纤维结构和强度基本保持不变,而F-Ⅱ纤维由于发生了SiC_xO_y相的分解和晶粒长大,强度明显降低。SA型SiC纤维的耐高温性能优异,可归因于纤维组成结构上的高结晶、大晶粒和低碳氧含量。     

温度对PVA/ECC动态压缩性能影响

为研究不同温度、不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量和不同应变率对高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC)动态压缩性能的影响,采用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对高温浸水冷却后的PVA/ECC进行了冲击压缩试验,结果表明：当温度≥250℃,PVA/ECC试件冲击破坏后的整体性变差,应力-应变曲线更趋于扁平,其动态峰值应变提高不明显但动态峰值应力、冲击韧度显著降低,且高温对较大纤维体积掺量PVA/ECC动态峰值应力、冲击韧度的劣化效应更明显;温度≤150℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应力、峰值应变和冲击韧度均明显提高,但当温度≥250℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应变增大,而冲击韧度的提高幅度显著降低且动态峰值应力下降;高温水冷后的PVA/ECC仍具有明显的应变率效应,但温度≥150℃后,其抗压强度的应变率敏感性有所降低。     

低密度纤维增强纳米孔树脂基复合材料的断裂机制

纤维增强纳米孔树脂基复合材料(IPC)是一类轻质高效防隔热一体化耐烧蚀材料,具有典型的非均质结构特征。在外加载荷下,内部的纳米孔隙将会衍生出微裂纹。裂纹的萌生、聚合和扩展对复合材料的强度、刚度、变形性等力学性能有着重要的影响。本文分别以石英纤维针刺网胎(NQF)、石英纤维针刺网胎/纤维布(NQCF)为增强体,制备得到不同纤维结构增强的纳米孔酚醛树脂(NPR)基复合材料(NQF/NPR、NQCF/NPR),对比研究了材料拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率及拉伸疲劳性能,并采用CT原位拉伸装置表征了拉伸过程中复合材料的微观结构演变。结果表明：纤维布的引入极大提高了复合材料的力学性能,并且微裂纹首先在针刺区域边缘的树脂基体中出现。在裂纹扩展过程中,纤维结构对树脂基体的损伤起到了不同程度的阻碍作用。最后结合有限元法建立了NPR及纤维布的有限元模型,分析了不同尺度下材料的断裂机制。     

考虑纤维缠绕形态的复合材料结构拉伸承载行为

纤维缠绕复合材料的纤维束具有交叉起伏形态特征,该形态对复合材料结构的力学行为有显著的影响。本文采用数值仿真和实验手段研究了纤维缠绕复合材料平板结构的拉伸力学行为。实验方面,开展纤维缠绕复合材料平板的准静态拉伸实验,通过数字图像相关技术(DIC)监测其表面应变场的演化过程,研究交叉起伏特征对载荷-位移曲线和应变分布特征的影响;数值分析方面,构建包含纤维缠绕形态的介观有限元模型,基于3D Hashin失效准则开展渐进损伤过程模拟,并引入了复合材料的剪切非线性行为。选取层合板结构为参照组,同时开展实验和数值分析。实验结果表明:对于层合结构,缠绕结构的整体刚度更低,失效位移更大,失效载荷基本相同,且缠绕结构菱形特征单元中部纤维交叉起伏区域存在明显的应变集中现象。所构建的有限元模型和实验结果吻合较好,呈现出纤维起伏区域的应变集中、失效起始和扩展行为。      

玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴拉伸及准静态压缩性能

为研究玄武岩纤维增强泡沫混凝土的力学性能,共设计了52组试件,讨论了玄武岩纤维体积掺量和纤维长度对各密度试件的拉伸和压缩性能的影响。结果表明：玄武岩纤维可显著提高试件的抗拉峰值应力(最大提升达到737%)和峰值应变(最大提升达到833%),可有效改善中高密度试件的受拉失效模式,使其出现伪应变硬化现象,提升了试件的抗拉承载能力和变形能力。试件抗拉峰值应力和峰值应变随纤维体积掺量增大而增大,随纤维长度增长先增大后降低;另一方面,玄武岩纤维能改变试件的受压破坏模式,使其从纵向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏和横向压溃破坏,显著提高了中低密度试件的抗压承载力和吸能能力(最大提升达到328%)。试件的吸能能力随纤维体积掺量增大而增强,随纤维长度增长先提升后降低。     

纤维含量对黄麻纤维增强树脂基复合材料力学与热性能的影响

为研发低碳、节能、性能优异的麻纤维增强树脂绿色复合材料并扩展其应用领域,本文采用团队发明的氨基硅油乳液对黄麻纤维(JF)进行表面改性,运用开炼-注塑成型复合工艺研制了纤维含量为10wt%～25wt%的改性黄麻纤维增强聚丙烯(JF/PP)新型复合材料,系统全面地研究了改性麻纤维含量对JF/PP复合材料力学性能、结晶行为、耐热性能(热变形温度)及热尺寸稳定性(线膨胀系数)的影响规律及相关作用机制,并采用接触角测试分析与SEM技术分析了复合材料界面相容性与结合状态。结果表明：氨基硅油乳液改性JF,增强了JF与PP基体的界面结合力。随着纤维含量的增加,JF/PP复合材料的拉伸和弯曲强度逐渐增加,而冲击强度则有所降低。DSC、热变形温度和线膨胀系数测试分析表明,添加改性JF能够促进PP异相成核,并限制PP分子链的运动能力,从而提高JF/PP复合材料的耐热性能,且随着纤维含量增加,耐热性能呈不断上升趋势。当改性JF含量为25wt%时,JF/PP复合材料的热变形温度为142.5℃,较纯PP提高了53.5%。同时,复合材料平均线膨胀系数随纤维含量增加而明显降低,表明复合材料的热尺寸稳定性显著提高。相比...     

纤维织物增强高延性混凝土加固受损RC梁受剪性能试验

为研究二次受力对纤维织物增强高延性混凝土(TRHDC)加固钢筋混凝土(RC)梁受剪性能的影响,对8根TRHDC加固梁和1根对比梁进行了静载试验,分析了纤维织物层数、损伤程度及持载水平对梁破坏形态、荷载-挠度曲线、荷载-箍筋应变曲线及荷载-织物应变曲线的影响。试验结果表明：所有梁均发生了剪压破坏,仅一根梁出现剥离现象;TRHDC可有效限制斜裂缝的发展,延缓箍筋屈服和刚度退化;TRHDC加固显著地提高了梁的受剪承载力和变形能力,最高分别达67%和54%;加固效果未完全随纤维织物层数的增大而提高,与TRHDC面层利用率有关;原梁箍筋屈服之前,损伤程度对加固梁受剪性能的影响不明显,原梁箍筋屈服之后,加固梁受剪承载力随损伤程度的增大而降低;加固效果随持载水平的提高而降低;两层纤维织物的TRHDC可有效修复完全受损RC梁的受剪性能;建立了考虑二次受力的TRHDC加固RC梁受剪承载力的计算公式,且计算值与试验结果吻合较好。     

可见光激发下具有增强抑菌作用的聚乙烯醇/石墨氮化碳复合纳米纤维膜

将聚乙烯醇(PVA)溶液与分散在其中的石墨氮化碳(g-C₃N₄)纳米片通过静电纺丝技术和交联反应成功地制备了具有增强抑菌性能的可生物降解复合纳米纤维膜。对PVA/g-C₃N₄(P-CN)复合纳米纤维膜的微观形貌、物理性能及抗菌性能进行了研究,分析了g-C₃N₄含量对复合纳米纤维膜的形貌及性能的影响。扫描电镜分析结果表明,P-CN纤维直径为200～300 nm,交联后纤维直径变为1μm左右,g-C₃N₄质量分数小于3%时,纳米片均匀地分布在纳米纤维的表面,通过拉伸和溶胀测试发现,交联复合纳米纤维膜具有良好的力学性能和优良的抗溶胀性能。抑菌测试结果表明,复合纳米纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果随着g-C₃N₄含量的增加明显提高,在4×10⁴ Lux的LED光激发10min后培养24 h的P-CN-5的最大抗菌环直径可以达到20 mm。研究结果表...