辐射剂量分布对低能电子束分层固化复合材料层间剪切强度的影响

为了进一步降低电子束固化复合材料制造成本,研究了预浸带双面辐射分层固化复合材料的最小电子束能量值,以及双面辐射剂量分布对复合材料层间剪切强度的影响。试验验结果表明,125keV低能电子束双面辐射可以获得较好的穿透性,并且辐射固化比较均匀,是能够实现复合材料分层制造的最小电子束能量值。相对于双面等剂量辐射固化复合材料层合板的层间剪切强度(ILSS)的61.7MPa,双面不等剂量辐射固化复合材料层合板的ILSS达到66.3MPa,提高幅度为7.5%。光学显微镜及SEM分析与DSC测试结果表明,辐射剂量分布导致的层间键合树脂基体活性官能团数量,是造成双面等剂量与双面不等剂量辐射复合材料层合板ILSS产生较大差异的主要原因。     

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的力学性能

为了提高复合材料的层间结合性能,满足其三维力学性能可设计性的要求,提出了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,开发了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的制作工艺,其中阻尼材料的硫化温度和时间与预浸料内树脂的固化温度和时间相同。采用改进的锁式缝合方法缝合铺层后的预成型体,使用热压罐制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件。对试件进行了层间剪切试验、自由衰减试验、拉伸破坏试验,结果表明:阻尼性能与最大拉伸力随着针距的增大而增大,层间结合性能随针距的增大而变差。其中,在阻尼层厚度为0.1 mm的情况下,改变针距,缝合后材料的相对阻尼比为2.16%～2.92%,拉伸强度为412.9～427.4 MPa,层间结合强度为6.12～7.91 MPa。该研究可为对三向力学性能有要求的复杂受载大阻尼复合材料构件的广泛应用提供参考。     

连续玻纤增强聚丙烯熔融浸渍过程降黏研究

将不同配比的高黏度聚丙烯与低黏度聚丙烯共混制备高低黏度树脂混配基体,旋转流变测试结果显示低黏度聚丙烯的加入显著降低了共混体系的黏度。以高低黏度聚丙烯共混物为热塑树脂基体,采用熔融浸渍方法制备连续玻纤增强聚丙烯热塑预浸带。研究发现随着低黏度聚丙烯含量的增加,热塑树脂基体的加工性能明显提高,预浸带制品的孔隙率及纤维断裂率逐渐降低。将各组预浸带模压成型后进行力学测试,结果显示低黏度聚丙烯的加入使层压板层间剪切强度、弯曲强度、拉伸强度均出现小幅度下降,而对冲击强度基本无影响。结合加工性能及力学性能,低黏度聚丙烯质量分数10%时共混物的综合性能最佳。     

复合材料粘接结构弱粘接试件的制备方法

针对复合材料粘接结构强度弱化检测方法研究中的弱粘接试件制备问题,通过改变胶层的固化温度来制备试件。首先制备了铝—铝粘接试件,剪切强度拉伸实验表明:其剪切强度随固化温度的降低而减小。在相同胶粘剂、固化温度条件下,制作了复合材料—橡胶粘接试件,剥离强度拉伸实验表明:其剥离强度随固化温度的降低而降低。研究表明,铝—铝粘接试件的剪切强度随温度变化规律可作为复合材料粘接试件制备工艺的参考指导,通过改变固化温度可以实现对复合材料粘接结构弱粘接试件的制备。     

氧化石墨烯改性高温环氧树脂基碳纤维复合材料的热性能与力学性能

采用湿法预浸技术和模压工艺制备了氧化石墨烯(GO)改性碳纤维/环氧树脂(CF/E54-DDS)复合材料,利用差示扫描量热(DSC)分析、动态热机械分析(DMTA)、超声波C扫描等研究了GO对复合材料的热固化性能、凝胶工艺性能、动态热机械性能以及抗冲击损伤性能的影响.结果表明:GO结构中的羟基和羧基会促进改性树脂体系的固化反应,加快GO/E54-DDS的固化反应进程.在GO添加量(质量分数)小于0.5%时,GO的活性基团可增加改性树脂体系的交联密度,从而提高复合材料的玻璃化转变温度;但GO添加量大于0.8%时,会因DDS在固化网络结构中比例的大幅下降,反而降低复合材料的玻璃化转变温度.微观形貌分析显示GO/CF/E54-DDS预浸料比CF/E54-DDS预浸料表现出更好的浸润效果.CF/E54-DDS复合材料被破坏后CF表面光洁,破坏主要发生在CF与树脂基体的界面;而GO/CF/E54-DDS复合材料被破坏后,CF表面紧密黏附着GO/E54-DDS固化物,破坏主要发生在CF织物层间的GO/E54-DDS区域.冲击后压缩强度测试表明GO的存在提高了GO/CF/E54-DDS复合材料抵抗横向裂纹和纵向裂纹扩展的能力,减小了复合材料的损伤投影面积和裂纹凹坑深度,提高了冲击后压缩强度.     

单向带与织物碳纤维增强树脂基复合材料中孔隙的细观特征

研究单向带与织物碳纤维增强树脂基复合材料中孔隙的细观特征,主要包括孔隙的分布特征、形貌、位置、面积和长宽比等。采用金相显微镜、扫描电镜和超声C-Scan检测对不同孔隙率(0～5.0%)的复合材料层压板进行观测和表征,比较单向带和织物层压板中层中孔隙和层间孔隙的细观特征,并采用统计分析的方法研究孔隙面积和孔隙长宽比随孔隙率的变化趋势。研究结果表明:受纤维分布的影响,单向带层压板和织物层压板中孔隙有其各自的细观特征,且随孔隙率的增加呈现一定的规律,从细观尺度上为孔隙率检测评估和性能预测提供了更客观、更符合实际的物理描述。     

曲面变厚度编织CFRP微观形态与孔隙特征分析

对曲面变厚度编织复合材料进行金相观察,分析纤维分布特点和主要缺陷类型,并对孔隙形态进行统计分析。研究结果表明:编织复合材料变厚度区纤维以90°铺层为主,0°铺层沿轮廓分布,且存在纤维层分裂现象;出现大量的富脂区,并有微裂纹存在,纤维层间有分层现象;孔隙主要分布在树脂区和层间,以小的球形为主,富脂区域容易出现集中孔隙;孔隙数量的增加是导致孔隙率增加的主要原因,随着孔隙率增加,孔隙长度、宽度和面积均增大,孔隙宽长比基本相同,孔隙形状因子减小,且当孔隙率大于1.5%时,形状因子减小加剧;孔隙长度、宽度与孔隙含量之间均存在近似对数正态关系。     

PDC-Ⅱ/连续单向碳纤维复合材料研究

研究了PDC—Ⅱ/连续单向碳纤维复合材料的弯曲强度、层间剪切强度、冲击强度与树脂含量的关系,并观察了层间剪切和冲击破坏试样断面的形态、界面,讨论了树脂和碳纤维组分对复合材料力学性能的贡献。     

连续摊铺的下层沥青混合料最佳预压实度的确定

为了研究连续摊铺是否存在下层最佳预压实度,预先设计按照6种不同的击实次数换算成0、7%、20%、33%、67%、100%的下层压实度。制作由两种不同级配组合的双层马歇尔试件,先检测其密度和孔隙率大小,再采用两种层间抗剪试验,分别检测其在常温、低温和冻融条件下的层间抗剪切性能。结果表明,双层连续摊铺沥青混合料的下层最佳压实度为33%,此时的沥青混合料层间抗剪切强度最大,且混合料密度最大。     

晶须改性氰酸酯树脂/玻璃纤维布复合材料的研究

为了改善氰酸酯树脂基复合材料的层间性能,研究了不同类型晶须材料,即硼酸铝晶须、钛酸钾晶须和硫酸钙晶须对氰酸酯树脂的增韧改性作用,并探讨了硼酸铝晶须对氰酸酯树脂/玻璃纤维布复合材料的力学性能和耐湿热性的影响.研究结果表明:3种晶须材料均可显著提高氰酸酯树脂的弯曲强度和冲击强度,硼酸铝晶须改性效果最佳;硼酸铝晶须添加到氰酸酯树脂/玻璃纤维布复合材料中,复合材料的层间剪切强度和弯曲性能大幅增强,耐湿热性能明显提高.SEM分析表明:晶须在材料破坏过程中,能起到"锚钉"和阻止微裂纹扩展的作用,是氰酸酯树脂的韧性以及复合材料的层间剪切强度得到改善的主要原因.     

耐高温碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备

将二聚酸(dimer acid, DFA)改性缩水甘油胺类环氧树脂(4,4'-methylenebis(N,N-diglycidylaniline)/N, N, N', N'-tetraglycidyl-2, 2-bis [4-(4-aminophenoxy) phenyl] propane, TGDDE/TGBAPP), 并和其他具有不同黏度的多官能环氧树脂组成环氧树脂预浸料体系, 制得了一种适用于热熔膜法制备碳纤维增强环氧树脂预浸料的环氧树脂体系及耐高温碳纤维增强环氧树脂复合材料. 研究结果表明: 该树脂的适用期达 60 d 以上, 固化物热稳定性达300 ℃ 以上; 复合材料具有较好的耐热性能, 长期使用其耐热温度可达 160 ℃ 以上, 符合高性能碳纤维增强环氧树脂复合材料对耐热性能的要求.     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构阻尼性能的实验研究

使用丁基橡胶作为黏弹性阻尼材料的主要原料,并使用模压法将该阻尼材料制成薄膜,再与环氧树脂玻璃布预浸料按固化曲线制得嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件。然后测试其阻尼性能。结果表明嵌入较薄阻尼层会在构件刚度改变不大的情况下增大试样的阻尼。而嵌入阻尼层较厚时,对试件的刚度影响较大。随着阻尼层厚度的增加,构件阻尼的增加量逐渐降低。因此,以增加阻尼层厚度来提高构件阻尼的方法是不可取的。     

连续玻纤增强聚烯烃预浸带的力学性能

分别以五种聚烯烃树脂为基体,采用自行设计的浸渍模具制备了连续玻璃纤维增强聚烯烃预浸带,并采用热模压机将预浸带压制成相应的板材.研究了五种基体树脂、纤维含量、纤维分布对复合材料力学性能的影响.结果表明,加入玻纤后复合材料的拉伸强度、弯曲强度大幅度提高,纤维分布对材料的弯曲性能影响较大;纤维含量0~70%范围内,随纤维用量的增加,复合材料的力学性能提高;在70%~75%范围内,复合材料的力学性能随纤维含量的增加而降低.动态力学分析表明,加入纤维后明显提高了复合材料的抗形变能力.     

长玻璃纤维增强PET复合材料界面的研究

为促进PET在玻璃纤维表面的接枝反应，将长玻璃纤维增强PET热塑性复合材料的预浸料进行热处理，用短粱三点弯曲测定了长玻纤增强PET复合材料的层间剪切强度，采用红外光谱分析、扫描电镜、裂解气相色谱质谱联用等手段对增强纤维表面的化学结构进行了分析。结果表明经过热处理可以提高复合材料的界面粘合强度，而此良好的界面粘合强度源于PET分子链在玻璃纤维表面的接枝反应。     

纳米二氧化硅修饰玻纤表面对玻纤增强聚丙烯复合材料性能的影响

基于纳米颗粒比表面积高的特性，将超声震荡分散后的纳米SiO₂通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面制备玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）表征纳米SiO₂在玻纤表面的分布状态及其与纤维树脂的结合情况，结果表明纳米颗粒在纤维表面分布状况良好，纤维与树脂能较为紧密地结合。通过动、静态力学测试表征复合材料的界面结合情况及整体力学性能，结果表明复合材料在动态热机械分析（DMA）测试下具备良好的综合界面性能；与空白组对比，复合材料的层间剪切强度最高提升约86%，拉伸强度最高提升约300%，弯曲强度最高提升约94%。     

NiTi纤维表面处理对其树脂基复合材料 力学性能的影响

为了提高基于NiTi纤维与树脂复合材料的拉伸、冲击、弯曲性能,采用硝酸、硅烷偶联剂、异氰酸酯涂层以及低温等离子体与硅烷偶联剂联合处理等方法对NiTi纤维表面进行处理,增强纤维与树脂间的界面黏结. 研究表明: NiTi纤维经不同方法处理后,其环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.90%～44.74%. 低温等离子体处理的NiTi纤维再经硅烷处理,其环氧树脂复合材料的拉伸性能、冲击性能、弯曲性能分别提高了88.81%, 98.43%和45.55%,且纤维与树脂黏合较好.     

地聚物影响因素对黄土强度的试验研究

为了探究黄土基地聚物因素对固化黄土强度的影响,文中以黄土作为地聚物加固的主体,对影响地聚物强度的激发剂浓度、激发剂模数、碱浓度三个因素进行研究。通过固化黄土和天然黄土的不固结不排水三轴剪切试验,以及100倍下SEM观测结果,并结合PCAS软件分析固化黄土的黏聚力、内摩擦角和孔隙颗粒微观状态,考察地聚物不同因素对固化黄土宏观和微观层面的影响规律。结果表明:固化黄土强度随激发剂浓度的增加先上升后下降,随激发剂模数的增大而减小,随碱浓度的增大先上升后下降,且养护14 d的固化强度已经达到28 d强度的80%以上。固化黄土的强度在激发剂浓度和碱浓度分别占土体含水量的30%和15%、激发剂模数为1.0时达到峰值,固化黄土的黏聚力达到了163 kPa,内摩擦角达到了28.7°,比较天然黄土的黏聚力和内摩擦角,其黏聚力提升了大约10倍,内摩擦角提升了约7°;其颗粒呈现有序性排列,颗粒化程度减弱,孔隙整体倾向圆滑,孔隙率大幅度减小。据此不同组分配比条件,可有效提高固化黄土强度。     

微/纳米无机颗粒对聚氨酯-环氧树脂基复合材料性能的影响

通过机械搅拌混合法制备了微/纳米无机颗粒改性的聚氨酯-环氧树脂复合材料,研究了颗粒组成和含量对复合材料力学和热稳定性的影响,进而探讨了所得复合材料的强韧化机理.结果表明:相比微米颗粒,纳米颗粒的加入能显著提高复合材料的层间剪切强度和拉伸强度,降低层间剪切模量,同时改变材料的断裂方式.当纳米SiC颗粒的添加量(质量分数)为2%时,所得复合材料的层间剪切强度和拉伸强度分别为44.7 MPa和56.56MPa,相比添加前提高约88%和74%,所得复合材料不同失重率下对应的温度较添加前提高了4~8℃.纳米颗粒弥散强化和钝化银纹扩展是复合材料主要的强韧化机理.     

微米氧化铝／尼龙1010复合材料剪切强度研究

以尼龙1010为基体,用硅烷偶联剂(KH—550)有机化处理过的氧化铝(Al2O3)为增强剂,进行氧化铝(Al2O3)/尼龙1010复合材料剪切性能实验.使用HITACHI S-3000N电子显微镜(SEM)观察、分析试件断面形貌.实验发现氧化铝(Al2O3)能有效改变其复合材料的剪切强度.当氧化铝(Al2O3)含量为10%时,氧化铝(Al2O3)/尼龙复合材料的剪切强度达到最大值;但随着氧化铝(Al2O3)质量分数的增加,剪切强度不断下降.影响剪切强度的主要因素是氧化铝颗粒与尼龙之间的界面强度.尼龙中填充氧化铝(Al2O3)降低了复合材料的塑性.     

制备长玻纤增强聚丙烯复合材料的熔融浸渍过程分析

以玻璃纤维/聚丙烯为研究对象,建立热塑性熔融树脂浸渍纤维的理论模型,模型表征在实验过程中不同加工工艺条件、熔体黏度以及纤维结构对树脂完全浸渍纤维束所需时间的影响,同时探讨了相关机理。树脂浸渍纤维的程度通过所制试样的层间剪切强度来表征,并通过扫描电镜对预浸带界面进行研究,结果表明：纤维束在浸渍机头中的停留时间、浸渍机头的温度、纤维束展宽以及选择不同的树脂基体,均将影响树脂与纤维两相间的界面结合,并最终影响材料的力学性能;树脂基体中添加相容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）在玻璃纤维和树脂基体两相间能够起到交联作用,明显提高两相间的界面结合强度,使得复合材料的力学性能优于未添加PP-g-MAH的试样,但在基体中添加过多的PP-g-MAH,试样的力学性能则表现出下降的趋势。