三维正交机织玄武岩/芳纶混编复合材料的拉伸和剪切性能研究

本文设计和制作了两种混杂模式的三维正交机织玄武岩/芳纶混编复合材料,分别是层间混杂和层内混杂模式。对其拉伸性能和剪切性能进行了测试和分析,结果表明,层内混杂复合材料的拉伸性能和剪切性能比层间混杂复合材料的好,层内混杂复合材料的归一化强度和归一化模量分别比层间混杂复合材料的高22.12%和16.9%,层内混杂复合材料的剪切强度和剪切模量分别比层间混杂复合材料的高19.61%和26.03%;对于层间混杂复合材料,纬向的归一化强度比经向的高4.06%,但厚度方向上纱线的存在和织造工艺中经纱预加张力的影响,使纬向的归一化模量比经向的降低11.44%。     

玄武岩纤维增强不饱和聚酯层压复合材料低速冲击损伤性能

研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料低速冲击试验,得到载荷-挠度曲线和载荷-时间曲线,用于分析三种不同铺层方式玄武岩纤维增强不饱和聚酯树脂层压复合材料低速冲击加载力学性能。通过观察层压复合材料破坏形态来分析其破坏方式。实验结果表明:0°/90°交错层压复合材料和平纹织物增强层压复合材料抗低速冲击性能优于0°单向层压复合材料;0°单向层压复合材料破坏方式为裂纹沿着纤维方向伸展,而0°/90°交错层压复合材料和平纹织物层压复合材料破坏只发生在冲击点附近局部区域。     

树脂基三维机织复合材料拉伸失效模式研究

树脂基三维机织复合材料试件在拉伸过程中,较多试样出现两个断口,其中一个断口出现在夹持过渡段,且呈明显的压缩失效特征。采用显式有限元计算及应力波理论分析方法,对试件断裂后的瞬态位移及应变响应开展了研究,结果显示拉伸断裂后应力波在远端夹持端引起的压缩应变大于静态压缩失效应变,从而导致在夹持端发生二次失效。该结论对采用ASTM D3039开展三维机织复合材料拉伸试验时的有效破坏模式提出了修正建议。     

连续玄武岩纤维及其复合材料研究

通过连续玄武岩纤维的成分对其性能的影响分析,连续玄武岩纤维的拉丝成纤工艺对其性能的影响研究以及当前我国最具代表性的横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司玄武岩复合材料的性能研究,得出了我国现阶段连续玄武岩纤维的研制发展水平,并对未来我国连续玄武岩纤维的发展进行了展望.     

模压成型环氧树脂/玄武岩纤维复合材料研究

以玄武岩纤维平纹布(BF)为增强体,环氧树脂(EP)为基体,采用模压工艺制备环EP/BF复合材料。研究了加压时机、成型压力、纤维体积含量对复合材料弯曲性能和层间剪切强度(ILSS)的影响,并研究纳米添加剂凹凸棒石/炭(PG/C)对复合材料力学性能及导热性能的影响,运用电子扫描显微镜观察并分析复合材料的断面形貌。结果表明,复合材料的最佳加压时机为凝胶45 min;成型压力和纤维体积含量影响复合材料的弯曲性能和ILSS;在BF体积分数为30%、成型压力为1 MPa条件下,添加纳米添加剂PG/C–0.5(PG/C的质量比为1/0.5)时,复合材料的力学性能最优,相比不含纳米添加剂,复合材料的弯曲强度、弯曲弹性模量及ILSS分别提高4.3%,10.7%和6.4%;添加纳米添加剂PG/C–0.5时,复合材料的导热性能最优,在25℃及100℃下的导热系数为0.28 W/(m·K)和0.31 W/(m·K),相对不含纳米添加剂时分别提高64.7%及41.0%。PG与负载在其表面的炭之间的协同作用促进了复合材料力学性能及导热性能的提高。     

玄武岩纤维/酚醛树脂基复合材料性能研究

对玄武岩纤维增强酚醛树脂基复合材料进行了实验研究。制备了连续玄武岩纤维平纹织物增强酚醛树脂复合材料。研究了胶含量对玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料拉伸、压缩和层间剪切强度等力学性能、耐烧蚀性能的影响。利用SEM对复合材料压缩、层间剪切破坏断口和烧蚀试样的微观形貌进行了分析。研究结果表明,玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料具有较好的界面性能,树脂含量在36%时CBF/酚醛树脂复合材料的力学性能最佳,线烧蚀性率和质量烧蚀率最低。     

玄武岩连续纤维及其复合材料

介绍了玄武岩连续纤维及其复合材料在国内外发展的历史和现状,以及该新材料的主要特点、应用领域。     

竹原纤维/聚乳酸纤维基复合材料的拉伸性能

本文采用竹纤维作为增强材料,聚乳酸作为基体,混合编织了两种衬经衬纬针织物,根据聚乳酸熔点较低的特点,利用热压复合制备形成竹原纤维/聚乳酸复合材料。此复合材料在自然环境下能够降解为绿色环保型复合材料。在复合材料的应用中,应用设计是必不可少的,而拉伸试验的目的恰是为此。在万能强力机上通过对复合材料的拉伸性能测试分析发现,复合材料板材的纵向拉伸性能好于横向和斜向,同时12根针织线圈捆绑纱形成的复合材料板材拉伸性能明显好于6根捆绑纱形成的板材,而且竹原纤维/聚乳酸复合材料板材的断裂为韧性断裂。     

玄武岩纤维及其复合材料性能研究

本文研究了一种与玄武岩纤维相匹配的环氧基体及其与玄武岩纤维复合材料的性能。对比了玄武岩纤维／环氧和S2玻纤／环氧两种复合材料的性能。结果证明玄武岩纤维可替代一部份的玻璃纤维。     

改性玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

采用偶联剂KH570对玄武岩纤维(BF)进行表面改性,研究表面改性BF的长度、添加量对增强环氧树脂(EP)复合材料力学性能的影响。结果表明,改性BF表面产生很多凸起,变得非常粗糙。BF表面改性使复合材料的拉伸强度提高10%～20%,冲击强度提高10%～40%。随着改性BF长度及添加量的增加,复合材料的力学性能显著提高。当改性长BF的质量分数为4%时,与纯EP相比,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别提高248.3%和451.5%。长BF的增强效果明显好于改性长玻璃纤维(GF),尤其纤维的添加量较大时复合材料拉伸强度的提高更为明显。当长BF的质量分数为4%时,长BF增强复合材料的拉伸强度较长GF增强复合材料提高37.8%,冲击强度提高9.2%。     

玄武岩纤维增强水泥砂浆的拉破坏试验研究

为了研究玄武岩纤维(BF)增强水泥砂浆在拉应力作用下的变形破坏过程,利用巴西劈裂试验和数字散斑相关方法,研究了BF增强水泥砂浆在拉破坏过程中变形场的演化.结果表明:(1)BF含量相同时,试件的抗拉强度随养护时间的增加先增加后减小;(2)养护时间相同时,抗拉强度随玄武岩含量的增加先增加后减小;(3)当拉应力较小时,试件内部存在局部小变形区;拉应力增加,局部小变形区面积增加,相邻的局部变形区相互合并,形成更大的局部变形区;局部大变形区相互合并形成应变局部化带;最终应变局部化带发展成宏观裂纹;(4)相同养护时间,BF含量小于0.1％时,BF含量增加,应变局部化带的形成位置逐渐向峰值载荷移动;(5)BF提高了水泥砂浆颗粒间的连接强度,使抗拉强度提高;试件破坏时,硅酸盐化合物先破坏,BF后破坏.     

三维正交机织物的冲击拉伸响应

本文利用MTS810．23材料测试系统和自行设计的分离式Hopkinson拉杆装置对三维正交机织物（3DOr-thogonalWovenFabric,3DOWF）进行测试,得到不同应变率（1×10-5s-1～2308s-1）下该织物的冲击拉伸响应。结果发现：3DOWF是应变率敏感材料,随着应变率提高,拉伸强度和失效应变均明显提高,且高应变率下应力一应变曲线具有双阶段韧性现象。研究表明：织物特殊结构效应引起应力波反射与透射差异,从而导致3DOWF双阶段韧性现象。     

柔性复合材料及其增强体顶破形态和机理的研究

本文研究了柔性机织复合材料及其增强体顶破的破坏形态和失效机理。在MTS-810材料试验机上分别对两种材料进行准静态顶破实验测试,通过观察顶破过程中两种材料变形,指出它们形变的异同点。并对实验得到的载荷—位移曲线进行分析讨论,说明材料在顶破载荷作用下的失效机理以及涂层对织物顶破性能的影响。     

PP/甘蔗皮纤维复合材料的拉伸性能

采用热压工艺制造聚丙烯(PP)/甘蔗皮纤维复合材料,并研究其拉伸性能。研究热压温度为175℃、压力为2 MPa、时间15 min工艺条件下纤维粒径大小和质量分数对复合材料拉伸强度和拉伸弹性模量的影响。结果表明:在甘蔗皮纤维质量分数为40%条件下,复合材料拉伸性能随着粒径减小呈现先增加后减少的趋势,当纤维粒径为40~60目(0.45~0.3 mm)时材料拉伸强度最大,为8.58 MPa,此时弹性模量为2.44 GPa;在相同纤维粒径40~60目条件下,纤维质量分数为40%时PP复合材料拉伸强度最大,纤维质量分数为50%时PP复合材料拉伸弹性模量最大,达到2.65 GPa。根据实验结果,甘蔗皮纤维增强PP复合材料在纤维粒径为40~60目、质量分数在40%时综合拉伸性能最佳。     

玄武岩短纤维/硅橡胶复合材料性能研究

采用玄武岩短纤维补强硅橡胶,研究玄武岩短纤维/硅橡胶复合材料的性能。结果表明:用丙酮脱玄武岩短纤维表面的浆膜,处理时间为50 min时效果最佳;用偶联剂KH-550对玄武岩短纤维表面进行处理,且玄武岩短纤维用量为20份时,玄武岩短纤维/硅橡胶复合材料的综合性能最佳;制备玄武岩短纤维/硅橡胶复合材料的最佳硫化条件为175℃/10 MPa×25 min。     

层层接结三维角联锁机织复合材料的三点弯曲疲劳破坏

本文主要研究一种层层接结三维角联锁机织复合材料在三点弯曲交变循环载荷下的疲劳破坏与失效模式,以此阐述材料破坏的结构特征。在不同应力水平下对材料施加正弦波式应力进行三点弯曲疲劳实验,得到材料疲劳寿命(S-N)曲线,说明材料寿命与施加载荷之间的关系,随着应力水平的增加,材料的疲劳寿命呈现下降趋势。此外,观察材料的典型疲劳破坏模式,发现破坏主要集中于经纱屈曲起伏的最大曲率区域,应在结构设计中予以重点关注。     

不同玄武岩纤维掺量的早强混凝土劈裂拉伸强度研究

配制了体积掺量为0％、0.1％、0.2％和0.3％的玄武岩纤维增强早强混凝土,利用液压试验装置,对其3d、7d及28 d的劈裂拉伸性能进行测试,并对纤维改善因子(FII)进行了分析.试验结果表明:除了纤维掺量为0.3％的3d劈裂拉伸强度略有降低外,其余掺量对早强混凝土各龄期的劈裂拉伸强度均有不同程度的提升,且当掺量为0.2％时增强效果最佳;BC1和BC2组混凝土试件劈裂拉伸强度在7d龄期时增长量最大,28 d次之,3d最小,而BC3组试件的劈裂拉伸强度增长量则随着龄期的增长而逐渐增加,且前期增长迅速,后期较为缓慢.     

三维正交机织铜丝／玻璃纤维层间混杂复合材料的拉伸和弯曲性能研究

本文设计和制作了两种层间混杂结构的三维正交机织铜丝／玻璃纤维复合材料,分别为铜丝单面混杂和双面混杂复合材料。两种复合材料的拉伸性能和弯曲性能测试结果表明,单面铜丝／玻璃纤维混杂复合材料的归一化拉伸强度和模量分别为1214MPa和83GPa;高于双面铜丝／玻纤混杂复合材料44％和51％。单面铜丝／玻璃纤维混杂复合材料的归一化弯曲强度为964NPa,高于双面铜丝／玻纤复合材料27％。两者的弯曲模量比较接近,均为60GPa左右。由于铜丝的混杂效应,三维正交机织铜丝／玻璃纤维层间混杂复合材料的拉伸和弯曲性能与相同结构的玻璃纤维复合材料相比有一定的下降。