紫外-湿热老化对天然纤维增强复合材料力学性能的影响(英文)

用热压成型的方法制作了天然纤维(剑麻,红麻)增强酚醛复合材料,并测试和比较了紫外老化前后复合材料的力学性能。同时,也研究了表面处理对天然纤维增强复合材料力学性能的影响。结果表明,天然纤维复合材料的力学性能随着老化而不断下降。最后,引入了一个半经验模型来对天然纤维增强复合材料的服役行为进行了预测。     

湿热老化对玻璃纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)/环氧树脂复合材料湿热老化机制, 首先, 利用称重法、动态热机械分析仪(DMA)、SEM和矢量网络介电分析仪研究了湿热老化对GF/环氧树脂608(EP608)复合材料性能的影响;然后, 分析了复合材料的吸湿率、力学性能、介电性能与老化时间的关系, 并对其老化机制进行了探讨。结果表明:随老化时间延长, GF/EP608复合材料的力学性能和介电性能均有不同程度的下降;湿热老化对GF/EP608复合材料吸湿率的影响符合Fickian扩散定律;树脂基体的塑化、水解和基体-纤维界面的破坏是造成GF/EP608复合材料力学性能和介电性能下降的主要因素。所得结论可为GF增强环氧树脂基复合材料的应用提供科学依据。      

全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能及寿命预测

以碳纤维/环氧树脂（T700/TR1219B）复合材料为研究对象,采用湿度场和温度场单一及耦合的方式,研究了不同湿热环境下其弯曲性能的变化,通过断口形貌和表面粗糙度表征,分析其湿热损伤机制。结果表明:T700/TR1219B复合材料的弯曲性能受湿度场和温度场影响明显,当吸湿率达到2%时,弯曲强度从干态的1 440.60 MPa下降到1 081.07 MPa;随温度的升高弯曲性能呈下降趋势,且在玻璃化转变温度T_g所在温度区间发生陡降,当环境温度为180℃时,弯曲模量和弯曲强度分别下降了71.18%和93.32%;高温高湿环境下弯曲性能陡降的温度区间前移,且性能衰减并非单一湿度场和温度场下衰减量的简单叠加。通过微观形貌分析发现,湿度场主要导致树脂水解脱黏,温度场下树脂形态破坏严重,而湿热耦合场对纤维与树脂均产生较大程度的损伤。考虑湿度场和温度及湿热耦合相关项,建立并验证了全湿热场下剩余弯曲强度模型,结合湿热老化时间、环境当量等参数提出T700/TR1219B复合材料的寿命预测模型。      

环氧树脂-混凝土的早龄期压缩性能

环氧树脂-混凝土是混合环氧树脂、固化剂和骨料后养护成型的一种新型聚合物混凝土,早期强度增长快是其优异性能之一。本文通过对不同养护龄期的环氧树脂-混凝土进行单轴压缩试验,研究其早龄期压缩性能。试验结果表明,在养护龄期的最初24 h内环氧树脂-混凝土压缩强度迅速增大,养护24 h的压缩强度达50.3 MPa。基于环氧树脂-混凝土的强度增长机制和养护72 h后压缩强度趋于稳定的现象,建立了一种基于环氧树脂n级固化反应的环氧树脂-混凝土早龄期压缩强度预测模型,该模型比普通水泥混凝土经典的CEB-FIP、ACI 209强度预测模型具有更好的预测效果。基于压缩强度预测和实验结果,建立了考虑龄期的环氧树脂-混凝土单轴压缩本构模型,该模型能较好地预测环氧树脂-混凝土早龄期压缩应力-应变关系。      

碳纤维/碳纳米管-环氧树脂复合材料的耐老化性能

将环氧树脂基体与氨基化碳纳米管(MWNTs)复合,制备了碳纤维/氨基化碳纳米管-环氧树脂(CF/MWNTs-EP)复合材料。表征CF/MWNTs-EP三相复合材料的断面,并在标准条件下测试其冲击、拉伸等力学性能,研究了耐老化性能。结果表明:氨基化碳纳米管的加入明显提高了材料的耐盐雾性、耐热氧老化性和耐湿热性能。氨基化碳纳米管的加入改善了纤维与基体树脂间的界面性能,同时,促进了环氧树脂的固化,降低孔隙率,导致耐老化性能显著提高。当MWNTs-NH2的添加量(质量分数)为1.0%时,在72h和168h不同盐雾时间下,三相复合材料的耐盐雾老化性比CF/EP复合材料分别提高了61.8%和67.5%。在48h、96h和168h热氧老化时间下,三相复合材料的耐热氧老化性比CF/EP复合材料分别提高了43.5%、48.5%和41.7%。在72h和168h不同湿热时间下,三相复合材料的耐湿热老化性比CF/EP复合材料分别提高了52.8%和60.0%。     

尼龙无纺布结构化增韧层增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热力学性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160-PNF/3266)复合材料,研究了U3160-PNF/3266复合材料的面内力学性能及湿热老化后的力学性能变化,并分析了复合材料湿热老化前后的层间形貌。结果表明:PNF增韧层的引入并未导致复合材料面内力学性能的下降,与未增韧的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160/3266)复合材料相比,增韧复合材料U3160-PNF/3266的90°拉伸性能有所提高。而湿热老化处理对U3160-PNF/3266复合材料的基体和界面性能影响相对明显,尤其是尼龙纤维与树脂基体之间的界面结合性能,湿热老化处理后增韧复合材料的90°压缩和层间剪切性能保持率均明显低于未增韧复合材料的。     

快速固化碳纳米管/苎麻纤维/环氧树脂复合材料层板的制备与性能

针对植物纤维/树脂基复合材料高性能化问题,本研究以羟基化碳纳米管/无水乙醇分散液预先浸渍苎麻纤维织物,得到了碳纳米管分散均匀的碳纳米管/苎麻纤维多尺度复合织物,并进一步以快速固化环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备了碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂基复合材料层板(PRFC)。研究结果表明,相比未采用碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂复合材料(RFC),PRFC的弯曲强度提高14.7%,冲击强度提高20.9%。相比碳纳米管预先分散于环氧树脂基体中制备的碳纳米管改性苎麻纤维/环氧树脂复合材料(MRFC),PRFC的力学性能提高更显著。同时,PRFC的吸湿性能比MRFC和RFC的明显降低。     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

碳纤维增强树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为

选取两种先进轻质复合材料:碳纤维增强酚醛树脂复合材料(CF/S-157)与碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/TDE-85),开展模拟海洋环境实验室盐雾老化、湿热老化和盐水浸泡环境长达9600 h加速试验.基于各种力学性能(拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度)开展材料老化行为规律研究,利用傅立叶变换衰减全反射红外...     

湿热环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响

对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料进行湿热老化实验,通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能,层间剪切和压缩实验,研究3.5％(质量分数,下同)NaCl溶液和去离子水两种介质分别在70℃下溶液浸泡对碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响.结果表明:T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在去离子水和3.5％NaCl溶液中的吸湿率相对较低,分别为0.82％和0.67％;未老化试样纤维与基体之间黏结良好,在3.5％NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏相比去离子水中老化更严重;经去离子水中浸泡后剪切强度降低8.8％,压缩强度降低4.3％;在3.5％NaCl中浸泡后剪切强度降低10.1％,压缩强度降低4.7％.在两种溶液老化后试样的Tg降低,但相差不大.此次研究结果对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在腐蚀环境中的应用提供了依据.     

苎麻纤维复合材料医用夹板的开发及智能化

以脱胶苎麻精干麻为增强材料,以环氧树脂和聚丙烯(PP)为树脂基体,分别制备出纤维含量不同的复合材料板。经测试分析发现,纤维含量的变化导致两种基体复合材料的压缩、弯曲以及剪切强度呈现不同的变化趋势。在纤维含量相同时,苎麻/PP较苎麻/环氧树脂复合材料的力学性能总体偏差,强度增量较低,纤维抽拔效果明显,断面破坏程度大,最终确定纤维含量在20%(体积分数,下同)时的苎麻/环氧树脂复合材料最适于制作医用夹板。在苎麻/环氧复合材料板上安装粘贴柱状硬块的传感器,实验证明测试结果可以达到理想的目的和要求。     

Influence of fiber surface-treatment on interfacial property of poly(l-lactic acid)/ramie fabric biocomposites under UV-irradiation hydrothermal aging

The present study is devoted to the effect of fiber surface-treatment on the interfacial property of biocomposites based on poly(l-lactic acid) (PLLA) and ramie fabric. Ramie fiber is used as reinforced material because it's lowest water absorption among sisal, jute, kenaf and ramie fiber. Fiber surface-treatment can increase the water absorption of natural fibers. SEM images show that PLLA biocomposites with treated ramie fabric exhibit better interfacial adhesion character. DMA results show that the storage modulus of PLLA biocomposites with treated ramie increase compared to neat PLLA and PLLA biocomposites with untreated ramie. Unexpectedly, fiber surface-treatment can cause an accelerated decline in mechanical properties of PLLA biocomposites after UV-irradiation hydrothermal aging. Finally, GPC results show that there is no obvious decline in the molecular weight of PLLA. The main reason for this decline is the interfacial destructive effect induced by the water absorption of ramie fiber.     

碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响

为了研究上浆剂和湿热处理对复合材料微观界面性能的影响,通过单丝断裂实验测试去浆处理及湿热处理前后T300、T700SC、T800S碳纤维单丝/环氧树脂体系的界面剪切强度(IFSS),结合扫描电镜测试手段分析了纤维表面物理特性对IFSS的影响.结果表明:去浆及湿热处理均会引起三种单丝复合材料体系IFSS降低,断点形貌由X状向鞘状发生变化,但不同的单丝复合体系IFSS降幅以及断点形貌变化程度不同;去浆后,T700SC/环氧树脂体系IFSS降幅达70.67%,T300/环氧树脂体系仅下降6.05%;湿热处理72 h后,T300/环氧树脂体系IFSS下降幅度最小;湿热作用下,去浆后的单丝/环氧树脂体系IFSS的下降更为显著.     

Evaluation of mechanical properties of banana and sisal fiber reinforced epoxy composites: Influence of glass fiber hybridization

In this work, the effect of glass fiber hybridization with the randomly oriented natural fibers has been analyzed. The banana (B), sisal (S) fibers were chopped and woven E-glass (G) synthetic fibers were reinforced with epoxy matrix. Nine different kinds of laminates were prepared in the following stacking sequence of B, S, BS, G/B/G, G/S/G, G/BS/G, G/B/G/B/G, G/S/G/S/G and G/BS/G/BS/G. Mechanical properties like tensile strength, flexural strength and impact strength were evaluated and compared. Interfacial analysis was also carried out with the help of Scanning Electron Microscope (SEM) to study the micro structural behavior of the tested specimen. It was observed that the addition of two and three layer of glass fiber can improve the tensile strength by a factor of 2.34 and 4.13 respectively. The flexural properties were enhanced on banana–sisal fiber with two layers of glass fibers rather than three layers and the laminate with sisal and three glass ply offers better impact strength.     

热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

Investigating the mechanical properties of sisal/coconut palm hybrid fiber reinforced epoxy composite

In this study, a facile hybridization of sisal/coconut palm reinforced epoxy composite, is presented. The fabrication method involved the use of hand lay-up techniques. The results of the fabricated composites were investigated by using the universal testing machine, hardness testing machine, scanning electron microscope, and an impact testing machine. In order to obtain optimize results for the tensile, flexural, and impact strengths of the fabricated samples, the fabrication procedures involved varying the volume fractions of sisal and coconut palm hybrid with different compositions. The maximum tensile, flexural, and impact strengths measured for the fabricated fiber/polymer composite, are: 45 MPa, 90 MPa, and 38.9 kJ/m². The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectrometry (EDS) of the composites showed that the composites with equal volume fractions of sisal and coconut palm fiber exhibited better performance and better mechanical properties. Furthermore, the improved mechanical properties such as hardness, tensile strength, flexural strength and impact strength were obtained with fibers of longer length. By considering the excellent mechanical properties of the fabricated composite, it is envisaged that the composite be suitable for the manufacturing of helmet, automobile and train coach interiors.     

Mechanical property evaluation of sisal–jute–glass fiber reinforced polyester composites

The composite materials are replacing the traditional materials, because of its superior properties such as high tensile strength, low thermal expansion, high strength to weight ratio. The developments of new materials are on the anvil and are growing day by day. Natural fiber composites such as sisal and jute polymer composites became more attractive due to their high specific strength, lightweight and biodegradability. Mixing of natural fiber with Glass-Fiber Reinforced Polymers (GFRPs) are finding increased applications. In this study, sisal–jute–glass fiber reinforced polyester composites is developed and their mechanical properties such as tensile strength, flexural strength and impact strength are evaluated. The interfacial properties, internal cracks and internal structure of the fractured surfaces are evaluated by using Scanning Electron Microscope (SEM). The results indicated that the incorporation of sisal–jute fiber with GFRP can improve the properties and used as a alternate material for glass fiber reinforced polymer composites.     

碳纤维缠绕复合材料NOL环的吸湿过程与性能关系

以碳纤维缠绕复合材料NOL环为研究对象,建立了一种研究碳纤维缠绕复合材料的壳体或压力容器在存贮和使用过程中湿热性能的加速老化方法。将复合材料NOL环分别浸泡在35℃、55℃、65℃和75℃蒸馏水中,研究其吸湿特性、动态力学性能以及静态力学性能的变化。结果表明,根据NOL环的吸湿特性,其吸湿过程可分为3个阶段：固有自由体积控制扩散吸湿阶段;分子链松弛控制吸湿阶段;界面破坏及裂纹扩展控制吸湿阶段。当湿含量达到1wt%左右时,复合材料进入界面破坏吸湿阶段,性能明显下降,剪切强度和弯曲强度保留率约为75%和67%,Tg下降了20℃。该结果可为碳纤维缠绕复合材料壳体或压力容器的存贮寿命的预测与评价提供重要依据。     

化学处理和吸湿水对剑麻纤维及其与树脂界面性能的影响

使用KMnO₄、NaOH、阻燃剂、硅烷对剑麻纤维进行表面处理。采用单丝拉伸和微脱粘方法分别测试了剑麻纤维的拉伸性能及其与改性丙烯酸酯、环氧树脂的界面性能,考察了吸湿水对剑麻纤维表面形貌、拉伸性能及其与树脂界面粘结的影响,分析了相应的破坏模式。结果表明,经过表面化学处理后剑麻纤维的拉伸强度和模量均有不同程度的下降,其中经KMnO₄和硅烷处理后,纤维拉伸强度下降了44%,经NaOH处理后其拉伸强度降低了27%,阻燃剂处理对剑麻性能的影响不明显。表面化学处理还会降低剑麻纤维与改性丙烯酸酯的界面粘结强度,其下降的幅度与纤维拉伸强度下降程度不一致,阻燃剂处理的剑麻/改性丙烯酸酯的界面强度最低,仅为2.0 MPa,较未处理剑麻纤维复合体系下降了80%。经硅烷处理后,剑麻纤维的吸水率下降,吸水后其拉伸性能保留率高于未处理剑麻纤维。湿态条件下未处理剑麻纤维与环氧树脂的界面强度为6.6 MPa,高于硅烷处理剑麻/环氧树脂的界面强度,其断口形貌表明硅烷处理可导致微纤之间的弱粘结,从而降低了剑麻纤维自身及其与树脂的界面性能。