复合材料汽车轮毂的成型工艺及性能研究

研究了不同冲击方向下复合材料的冲击力学性能,设计不同纤维布料裁剪方式并分析原材料的使用率,设计易于铺层操作以及产品脱模的三片式模具,优化热压罐成型工艺,并进行了车轮冲击测试。结果表明,冲击测试时的冲击方向对复合材料的冲击性能有较大影响,相较于垂直于铺层方向的冲击性能,冲击方向平行于铺层方向的复合材料冲击性能更高,产品铺层中应根据冲击工况进行优化铺层设计;采用合适的裁剪结构设计提高了操作便利性,并且使材料利用率达到83.8%,大大节约了材料成本;采用优化热压罐成型工艺制备的复合材料轮毂在冲击静载荷为600 kg的13°冲击测试中未出现断裂情况,满足汽车车轮冲击测试的装车要求。     

干法纺丝制备二硼化锆陶瓷纤维及其表征

二硼化锆是一种很具潜力的超高温陶瓷材料。通过干法纺丝手段可以得到具有一定优良性能的二硼化锆纤维:以二硼化锆陶瓷制备中的液相前驱体转化技术为依据,采用八水合氧氯化锆、硼酸、蔗糖和柠檬酸为原料,并利用聚乙烯醇为纺丝助剂,制得二硼化锆前驱体纺丝液,然后利用干法纺丝制得前驱体纤维,通过高温烧结制得二硼化锆陶瓷纤维。仪器分析结果如下:通过同步热分析仪(TG-DSC)分析前驱体纤维在100℃~1400℃的失重情况,发现二硼化锆纤维在1200℃左右生成;采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS),发现陶瓷纤维中二硼化锆晶形完整且含量较高;通过陶瓷纤维的X射线能谱分析(EDS)及元素分析(EA),发现纤维产物的纯度也较高;另外,扫描电镜(SEM)、单丝强度测试和热失重(TG)分析结果表明:干法纺丝制得的陶瓷纤维表面光滑,强度较好,具有一定的耐高温性。     

缠绕成型混杂纤维复合材料静态拉伸性能研究

研究了T700碳纤维/玻璃纤维、T700碳纤维/玄武岩纤维不同纤维配比混杂材料的层合板拉伸性能。结果表明,混杂纤维层合板的拉伸性能随着碳纤维含量提高而提高;高断裂位移的纤维可以提高混杂纤维复合材料的断裂伸长率。复合材料模量混杂公式得到的理论值与实际测量值比较接近;加入玻璃纤维或玄武岩纤维可以提高复合材料的韧性,同时节省成本。     

二硼化锆陶瓷前驱体纤维的制备及表征

利用八水合氧氯化锆、硼酸、蔗糖和柠檬酸为无机原料,聚乙烯醇为有机原料,采用有机、无机共混反应制得前驱体溶液,并利用干法纺丝制得前驱体纤维,通过红外光谱(IR)、差示扫描(DSC)、热失重(TG)分析表征发生的反应及产生的一系列变化,利用扫描电镜(SEM)观察纤维的形态结构。结果表明:无机成分与聚乙烯醇发生了反应并使聚乙烯醇变得稳定,制得了光滑致密的纤维,为下一步制得ZrB2陶瓷纤维做好了准备。     

CFRP缠绕薄壁铝圆管的轴向压溃吸能特性分析

采用仿真与试验结合的方法,探讨缠绕方式为[±45°/90°]碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝混合薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的压溃失效形式与吸能特性。通过准静态轴向压缩试验得到混合圆管的压溃变形历程、压溃模式以及初始压溃载荷、平均压溃载荷等吸能特性参数。依据试验样件建立混合管有限元模型,利用Abaqus/Explicit获得了与试验吻合度较好的模拟结果,重现了混合管在准静态载荷下的压溃失效行为。基于仿真结果发现与铝管相比,混合管的初始压溃载荷、平均压溃载荷、比吸能及载荷效率分别提升了97.6%、93.3%、57.8%和5.9%。并选取压溃载荷阶段性峰、谷点对混合管形态及各层纤维损伤失效形式进行了分析。结果表明:在混合管结构完整时,轴向载荷主要由纤维承载,在压溃破坏阶段,纤维损伤失效模式随纤维缠绕角度、铝管压溃形态以及CFRP/Al粘接界面状态等产生变化。随后对比了三种不同结构形式CFRP/Al混合圆管的吸能特性,发现外层缠绕[90°/±45°]CFRP/Al混合圆管吸能性最好。     

正硅酸乙酯改性对二硼化锆陶瓷纤维抗氧化性能的影响研究

采用有机高分子助剂——聚乙烯醇、无机小分子——八水合氧氯化锆、柠檬酸、蔗糖、硼酸,通过有机、无机共混的方法,制得了二硼化锆陶瓷前驱体纤维;同时,添加正硅酸乙酯(TEOS)制得了改性纤维,在1600℃高温下裂解,制得了陶瓷纤维。结果表明,添加TEOS对ZrB2陶瓷纤维的抗氧化性能的提升有很大的作用,且不会改变ZrB2的晶型结构,所制得的陶瓷纤维形貌较好。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料轴管的低速冲击失效机制及剩余压缩性能

采用落锤冲击试验模拟低速冲击过程,对碳纤维增强环氧树脂基复合材料传动轴的轴管在不同能级冲击下的损伤行为以及冲击后的剩余压缩性能进行了研究;通过ABQUAS有限元分析软件和X射线断层扫描技术(CT）相结合的方法观察了复合材料轴管在受到低速冲击时的损伤形式,研究其内部损伤规律。结果表明,复合材料轴管的抗冲击形变能力随着冲击能量的增加先增强后减弱,在冲击能量为10 ~20 J之间出现最大值。CT无损检测结果显示复合材料轴管的失效形式包括分层损伤、树脂开裂和纤维破裂(断裂)。在低能量冲击时,复合材料轴管主要产生分层损伤和树脂的开裂,而纤维断裂损伤只出现在冲击位置,且随着冲击能量的增加纤维断裂现象愈加显著。有限元仿真结果显示复合材料轴管中的碳纤维在拉伸方向的失效明显小于压缩失效,压缩失效沿纤维排布方向扩散,拉伸失效沿轴向和横向呈十字扩散,轴向失效的程度大于横向失效的程度;而树脂的压缩失效沿轴向从冲击位置向横向扩散,扩散形状近似圆形,越靠近圆心失效越明显,拉伸失效范围呈十字,整体失效沿十字边缘扩散。      

聚醚砜/环氧树脂共混体系流变特性与固化性能的研究

环氧树脂是一种性能优良的热固性树脂,但是存在抗冲击性能差的缺点。聚醚砜(PES)是一种高性能热塑性树脂,与环氧树脂共混能够改善环氧树脂的韧性。系统研究了不同PES含量的PES/环氧树脂共混体系的流变特性和固化性能。通过对等温粘度曲线的数据拟合分析,建立了粘度模型,分析了PES对PES/环氧树脂共混体系粘度的影响机理,并通过DSC测试研究了PES对共混体系固化性能的影响。结果表明,PES在环氧树脂中的溶解过程可以引起共混体系粘度的波动,PES的引入缩短了PES/环氧树脂共混体系的凝胶时间,而且PES中的羟基对环氧树脂的固化具有促进作用。