CFRP加固含初始裂纹的RC梁的抗爆性能研究

碳纤维复合材料(CFRP)加固建筑结构是一种新兴的加固技术。国内外鲜有CFRP加固含初始裂纹的结构构件(如RC梁)的抗爆性能的研究报道。基于大型非线性动力学分析软件LS-DYNA,从加固层数和加固宽度两方面对CFRP局部全包裹加固含初始裂纹RC梁(裂纹梁)的抗爆性能进行非线性有限元数值分析。研究表明,采用CFRP对裂纹梁的裂纹处进行局部全包裹加固可提高裂纹梁的整体刚度,减小其在爆炸荷载作用下的损伤和变形程度。当CFRP的加固层数为4层、加固宽度为300mm时,可有效提高裂纹梁的抗爆性能。该研究成果对建筑结构抗爆设计和抗爆加固研究具有一定的指导意义。     

风电叶片用碳纤维拉挤板材国产化树脂性能的研究

随着风电叶片长度的增加,对增强材料的刚度和强度等性能提出了新的要求,使用碳纤维增强已经成为一种发展趋势。选取了国产化的拉挤树脂,对树脂黏度、凝胶时间以及浇筑体性能进行了研究。研究发现:国产化的拉挤树脂具有良好的流动性和浸润性,树脂凝胶时间较长,固化时间较短,非常适于拉挤工艺对树脂的要求;拉挤树脂固化浇筑体的拉伸和弯曲性能均满足拉挤风电复合材料的性能要求。     

单向CFRP横向拉伸与CF径向性能关系的研究

本文通过实验和理论上的定性分析表明:CFRP单向层板的横向拉伸模量E_T和强度σ_(TU),受碳纤维(CF)径向微晶结构的影响较深。因而研究CFRP的横向拉伸性能时需引入纤维的径向参数E_(f2)、v_(f2),以代替沿用的轴向参数E_(f1)和v_(f1)。CF石墨化程度越高,其轴向和径向性能相差越大,这种代替越显必要。     

后处理温度对EP/CF复合材料拉伸性能影响

采用模压成型工艺和拉挤工艺制备了加捻碳纤维增强环氧树脂(EP/CF)复合材料,利用微机控制电液伺服万能试验机和扫描电子显微镜研究了不同后处理温度对EP/CF复合材料的拉伸性能和断面微观形貌的影响。研究表明,相对于高温后处理下的EP/CF复合材料,室温后处理下的EP/CF复合材料的拉伸强度较优,其拉伸强度接近890 MPa;而随着后处理温度的升高,EP/CF复合材料的截面和表面显微硬度值呈先上升后下降趋势,当后处理温度为150℃时,其硬度值最优。随着后处理温度的上升,样品的断面形态由撕拉态变为剪切状态,整个断面转变为脆性断面,EP与CF之间的界面变差。较优后处理工艺为低温后处理;同时,常温固化剂下的EP和CF体系选择后处理工艺优化时,后固化温度应接近固化体系温度进行优化处理。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料镀覆预处理技术探讨

简介了碳纤维复合材料(CFRP)材料表面金属化的工艺过程,采用CrO3-H2SO4溶液对CFRP进行蚀刻处理,通过扫描电镜观测经蚀刻处理后的树脂表面的微观形貌,测试了镀层附着力,分析了蚀刻程度与镀层附着力之间的关系。实验表明,CFRP材料镀覆前的适度蚀刻处理对后续的镀层附着力来说至关重要,蚀刻过度或不足都难以获得满意附着力的镀层。     

CFRP拉挤板材的力阻效应

采用单向拉伸试验考察了碳纤维增强塑料(CFRP)拉挤板的电阻–应变响应规律。结果表明,纵向拉应变引起CFRP拉挤板纵向电阻的增大,其力阻效应的平均灵敏度为1.87,尺寸变化是其电阻变化的主要原因;CFRP拉挤板的力阻响应具有较好的线性,其非线性误差为±1.5%;循环加载过程中,CFRP拉挤板的力阻响应平稳,重复性误差为±4.3%;经过一个周期的加载–卸载试验后,CFRP拉挤板的电阻产生不可逆的增大,其迟滞误差为±4.8%。     

CFRP修复隧道中冻融损伤混凝土层间力学性能研究

为研究CFRP修复黄土隧道的安全性问题,结合西安地铁2号线鱼化寨附近区间隧道与基坑连接处部分混凝土冻融损伤加固工程案例,对CFRP修复不同冻融程度的混凝土结构进行弯剪试验。研究结果表明:随着冻融次数的增加,修复试件的抗弯承载力逐渐下降,延性增加,层间位移加大;混凝土结构的承载力和挠度主要随着CFRP中CF布粘结长度的增加而提高。据此建议增加CFRP中CF布的粘结长度和粘贴层数。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究

本文研究了不同温度下RIM145树脂的粘度和适用期,分析了不同温度下RIM145树脂和碳纤维单丝之间的浸润性;并以碳纤维单向布为增强材料,采用真空辅助灌注成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了复合材料的力学性能,对层间剪切试样剖断面形貌进行了SEM分析,并研究了使用VAP单向透气膜辅助真空灌注成型工艺对CF/EP复合材料厚制件灌注质量的影响。研究结果表明,RIM145树脂基体在50~70℃粘度低、适用期长且树脂与碳纤维单丝之间的浸润性良好,适用于CF/EP复合材料的真空辅助灌注成型工艺;灌注的CF/EP具有良好的力学性能,树脂和纤维具有中等粘结强度界面,采用VAP单向透气膜辅助真空辅助灌注成型工艺可降低CF/EP复合材料的孔隙率。     

基于NSGA-Ⅱ和神经网络的GFRP拉挤工艺优化

根据经实验验证的玻璃钢(GFRP)拉挤工艺过程数学模型,以数值模拟结果为样本数据,建立反向传播(BP)神经网络,得到拉挤工艺参数(固化温度、拉挤速度)与GFRP固化度间非线性相关关系.采用神经网络结合带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)解决拉挤过程中固化炉温度和拉挤速度多目标优化问题,得到了拉挤优化问题的Pareto最优解集.实验结果表明,优化后的工艺参数能有效提高生产率,降低固化炉温度,效果显著.     

碳纤维及其复合材料在主要应用领域的突破方向与技术进展

我国的碳纤维(CF)产业,无论是高性能小丝束还是低成本大丝束,在今后三四年内都将实现产品稳定化、系列化、规模化和降低成本,其新市场推动力来自以下五大领域。目前国产大飞机所用CFRP占比小,国产CF差距在于质量稳定性和CF表面微观结构纳米控制技术,后者决定其CFRP的界面强度和力学性能利用率;在风电方面,今后随着叶片的大型化和海上风电的普及,须进一步解决振动、防盐雾、提高抗冲击和压缩强度;在汽车领域,在满足CF基本性能的前提下,降低成本是关键难题,现国内外都从PAN原丝、CF、CFRP成型技术及其与金属材料复合使用等的全产业链降低成本,另外电动汽车用氢高压容器也是未来的大市场;在新型建材方面,CF防震加固片材、CFRP增强木材、高压缩强度代钢筋CFRP及超高层建筑外墙CF增强混凝土高精度防水材料,都属于未来的大市场;在轨道交通车辆方面,随着城铁、高铁和货车车体逐步选用轻量CFRP材料,有望成为我国未来的最大潜在市场,但降低成本亦是当务之急。     

碳纤维及其复合材料在汽车行业的应用及展望

在汽车行业,碳纤维及其复合材料发挥着越来越重要的作用,从车身到发动机,碳纤维正在逐步取代金属材料,极大地提高了汽车的性能。简要介绍了碳纤维的研发情况,例举了碳纤维复合材料在汽车车身、压缩气罐、制动摩擦片上的应用。     

Low‐velocity impact response and compression after impact assessment of recycled carbon fiber‐reinforced polymer composites for future applications

The influence of recycling on the impact damage resistance of recycled carbon fiber‐reinforced polymer (CFRP) composites was investigated using low‐velocity impact and compression after impact (CAI) tests. The relationships among load, force, and time were analyzed to gain insight into the damage characteristics of three types of composite laminate: virgin CF‐reinforced polymer (V‐CFRP), recycled CF‐reinforced polymer (R‐CFRP), and treated recycled CF‐reinforced polymer (TR‐CFRP). Special emphasis was placed on evaluating the extent of damage and the residual mechanical properties as affected by three different fiber surface states. Substantial differences were noted in the shape, area, and damage mode of impact using ultrasonic c‐scanning, photography, and scanning electron microscopy (SEM). V‐CFRP indicated significant improvement in impact damage resistance in the form of less damage, higher residual strength, and greater shear failure angle. Damage resistance was improved up to 80% of V‐CFRP by surface cleaning while R‐CFRP is 50% of V‐CFRP. Shear failure angle of 16° was attained from R‐CFRP and it was increased to 24° when the recycled fibers were cleaned. The result of SEM showed that there was less delamination of TR‐CFRP compared with R‐CFRP. This work proves that the low‐velocity impact response of recycled composites can rival that of virgin composites, while providing a basis for future applications of recycled carbon in many fields. POLYM. COMPOS., 35:1494–1506, 2014. © 2013 Society of Plastics Engineers     

Improving the interlaminar shear strength and thermal conductivity of carbon fiber/epoxy laminates by utilizing the graphene-coated carbon fiber

The poor interlaminar properties restrict the application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. In this work, a novel method for fabricating a graded interface structure is developed to improve the through-thickness thermal conductivity of CFRP composites. High-strength graphene nano-plates (GnP) and phenolic resin (PF) were selected to deposit on the surface of carbon fiber to design a novel CF/Epoxy laminates, where a simultaneous improvement of interlaminar shear strength (ILSS) and through-thickness thermal conductivity was observed. With addition of 1 wt % of GnP-PF in CF, 37.04% increase of the ILSS, and 16.67% enhancement of thermal conductivity compared to the original CFRP. The mechanism for improvement of both ILSS and thermal conductivity was studied by scanning electron microscopy and nano-indentation, where a better interface formed by GnP-PF has been clearly observed. © 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 47061.     

碳纤维复合材料湿热性能研究进展

对于碳纤维增强树脂基复合材料,湿热环境条件对其力学性能的影响非常明显,可导致其强度和刚度下降.在研究了国内外关于碳纤维增强树脂基复合材料湿热老化性能的基础上,从理论模型和试验方法两方面分析了复合材料吸湿模型和扩散机理,结合实际需求对国内外关于碳纤维复合材料湿热性能的试验方法和测试手段进行了评价,认为目前湿热加速老化性能的研究具有一定的局限性,并提出了研究思路.     

诱导孔对AL–CFRP混合管轴向压缩变形行为影响

为了研究了不同数量、位置和尺寸的诱导孔对铝–碳纤维复合材料混合管(AL–CFRP混合管)压缩变形模式与吸能特性的影响,建立了AL–CFRP混合管的有限元模型,并利用试验对有限元模型进行了验证。结果表明:诱导孔的数量、位置和尺寸均对AL–CFRP混合管压缩变形与吸能特性有较大影响;单排诱导孔时,混合管的变形模式随孔的数量增多逐渐由混合模式变化为手风琴模式,降低了初始峰值载荷,提高了吸能特性,但诱导孔数量不能过多;多排诱导孔时,诱导孔开设在管件端部能够使AL–CFRP混合管吸收更多的碰撞能量;同时,诱导孔尺寸从上往下依次降低能够使AL–CFRP混合管的吸能过程更加稳定,吸能效率更高,吸收的能量也越多;但过大的诱导孔尺寸,将降低管件的吸能能力,同时改变其变形模式。     

碳纤维复合材料加固形式对棱柱体应力应变的影响

为了进一步研究碳纤维加固技术对棱柱体本构关系的影响,利用碳纤维增强复合材料(CFRP)以0、100、200 mm等不同加固间距对素混凝土棱柱体加固后进行轴压,以荷载、位移、环向应变和竖向应变等参数为判定依据,结果表明:未加固的素混凝土柱脚发生脆性破坏;CFRP加固间距为0的包裹试件被压碎,CFRP发生断裂;加固间距分别为100、200 mm时,非加固区混凝土出现比较分散的裂缝;CFRP能够有效约束加固柱的环向应变,且破坏时试件有一定的延性;CFRP加固间距为0的试件能够约束竖向位移,但只要有加固间距,竖向应变就不会发生太大变化。     

短切碳纤维及碳纤维布增强硅橡胶复合材料的制备及力学性能

将短切碳纤维(CF)、白炭黑和甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)共混后,与碳纤维布(CFC)复合制备VMQ复合材料.考察了CFC层数对复合材料的拉伸性能、邵尔A硬度、耐磨性能及动态力学性能的影响.结果表明,随着CFC层数的增加,复合材料的扯断伸长率基本不变,拉伸强度逐渐升高.与仅添加10份(质量,下同)CF的复合材料相比,加入...     

Compression after impact (CAI) strength of concrete cylinders reinforced by non‐adhesive filament wound composites

Concrete cylinders reinforced by filament wound composites were fabricated, and the compressive strength of the composite/concrete cylinders was tested after low‐energy impact. In this study, a glass fiber woven cloth wrapping method and a filament winding technique were adopted to wrap the concrete cylinder. In order to investigate the influence of composite/concrete interfacial bonding on the compression after impact (CAI) strength, aluminum foil was introduced into the composite/concrete interface; thus, the compressive behavior of the composite/concrete system with or without inserting the aluminum foil was compared. The effects of aluminum foil in the curing process were also revealed. Based upon the results of this study, the placement of aluminum foil can significantly enhance the compressive strength of the composite/concrete cylinder. The CAI strength depicts that the winding angle used in the filament winding process can significantly influence the reinforcing effects. Among the tested cylinders, the FWIC (defined in the text) [90₂/±60/90₂] cylinder shows the highest CAI strength—129.4 MPa—which is 4.5 times higher than the impacted concrete cylinder and 4.1 times higher than the pure concrete cylinder. Fracture mode was also investigated on the cylinder reinforced by the composites wound with different winding angles. The placement of aluminum foil reduces shear stress transfer across the composite/concrete interface, which affects not only the impact response but also the compressive strength.     

纤维束丝数对平纹编织C/SiC复合材料力学性能的影响

通过对2种丝束平纹编织碳纤维布增强SiC（C/SiC）复合材料的力学性能实验,研究了纤维束丝数（1 k和3 k）对复合材料性能的影响.实验结果表明：1 k C/SiC复合材料的拉伸模量、拉伸强度、压缩模量、压缩强度、面内剪切强度和弯曲强度分别为90.8 GPa,281.8 MPa,135.8 GPa,452.2 MPa,464.3 MPa和126.8 MPa,分别比3 k C/SiC高39%,15.8%,25%,132%,29.3%和30.2%.纤维束粗细不同是导致纤维束弯曲度和复合材料孔隙率差异的主要原因,对压缩强度的影响最大,对拉伸强度的影响最小.     

整体式碳纤维复合材料纯电动汽车上车体结构件研制

依托某全新开发的纯电动车型,开展碳纤维复合材料上车体结构设计及验证;根据原上车体设计的性能要求及碳纤维复合材料的材料和成型工艺特性进行结构设计,CAE分析验证,零部件及整车验证,成功试制碳纤维复合材料上车体并应用于整车。研究结果表明,碳纤维复合材料经合理的结构设计更适合作为结构件在汽车领域中予以应用,并具有显著轻量化效果,在汽车尤其是纯电动轿车领域具有发展前景。