三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性

将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。     

三维连体织物格栅夹芯材料力学特性实验研究

以三维连体织物格栅夹芯材料为研究对象, 研究其在平压、 剪切载荷作用下的力学特性与破坏模式, 并考察格栅分布密度、 厚度和泡沫填充等对力学性能的影响, 揭示纤维芯柱间的协同作用。结果表明: 三维连体织物格栅复合材料及其夹芯材料平压及剪切性能随芯柱纬向间距的增大而减小; 三维连体织物格栅夹芯材料芯柱之间的协同作用随着芯柱纬向间距的增大而逐渐增大; 大厚度三维连体织物格栅复合材料平压破坏模式主要为芯柱失稳, 最终芯柱断裂破坏, 剪切破坏模式为芯柱受剪根部断裂。     

三维织物间隔复合材料的力学性能

三维织物间隔复合材料是一种由垂向机织物连接两个平行织物平面的三维机织间隔复合材料,具有整体性好、可设计性强等特点。以玻璃纤维、碳纤维为原料,对三维间隔织物的结构进行设计,制备三维织物间隔复合材料,研究材料在平压和三点弯曲载荷作用下的力学特性,并分析纤维种类、夹芯层间距等结构参数对材料压缩、弯曲性能的影响。结果表明:随着夹芯层间距的增加,材料的压缩强度逐渐降低;材料的弯曲强度也逐渐降低,且纬向弯曲强度大于经向;采用碳纤维与玻璃纤维分别作为纬纱进行织造,前者制备的复合材料的压缩和弯曲强度均高于后者。     

全厚度缝合复合材料泡沫芯夹层结构力学性能研究与损伤容限评定

探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。选用3 种夹层结构形式, 即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex 蜂窝夹层结构, 完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/ 损伤容限等7 项实验研究。结果表明, 泡沫芯夹层结构缝合后, 显著提高了弯曲强度/ 质量比、弯曲刚度/ 质量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI) 强度和破坏应变。这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低, 可以在飞机轻质机体结构设计中采用。      

玻璃纤维增强体形式对酚醛泡沫性能的影响

针对酚醛泡沫脆性大、强度低等缺点,采用3种不同增强形式的玻璃纤维增强体,即短切玻璃纤维(SGF)、酚醛树脂浸渍固化的玻璃纤维针(GFN)及三维间隔连体织物,对酚醛泡沫进行增强.研究了纤维含量和纤维长度对酚醛泡沫压缩性能的影响规律,对比了不同增强形式纤维增强酚醛泡沫复合材料的压缩性能与保温性能.结果表明:当SGF长度为3 mm,与基体质量比为5%时,SGF增强酚醛泡沫的比压缩强度最佳,较纯泡沫的提高了21%;GFN(长度5 mm,与基体质量比为25%)增强酚醛泡沫的比强度提高8%;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的比强度虽略有下降,但其压缩强度(0.239 MPa)达到了承重类酚醛泡沫的要求.SGF和GFN增强的酚醛泡沫的热导率与纯酚醛泡沫的相比略有上升,但仍符合高效保温材料的要求;三维间隔连体织物增强酚醛泡沫的热导率上升明显.     

树脂基体配比对三维织物夹芯复合材料力学性能的影响

以玻璃纤维为原料,采用改良的三维织造工艺织制三维夹芯织物。以环氧树脂E-51、固化剂聚醚胺H023组成树脂基体,采用手糊成型工艺制备三维织物夹芯复合材料。对三维织物夹芯复合材料的力学性能进行研究,并分析不同树脂基体配比(环氧树脂∶固化剂)为2∶1、3∶1、4∶1时,对复合材料的压缩与弯曲性能的影响。结果表明:树脂基体配比为3∶1时,材料的压缩强度和弯曲强度最大;随着聚醚胺含量的减少,材料的压缩弹性模量和弯曲弹性模量逐渐增大;对比改良前的三维织造工艺与改良后的织造工艺所制备的材料,后者的力学性能优于前者。     

点阵增强夹芯结构吸声复合材料制备及性能研究

采用连续纤维增强吸声芯层,并利用真空辅助成型工艺整体成型了结构吸声复合材料。采用QT/25试验机测试了结构吸声复合材料的抗平压性能、弯曲刚度;采用脉冲声管测试系统测定了结构吸声复合材料水下吸声性能。试验结果表明,吸声芯层、复合材料面板与增强结构三者复合良好、无缺陷,验证了连续纤维增强吸声芯层以及真空辅助成型工艺整体成型结构吸声复合材料技术可行性。与同类型材料相比,含点阵增强结构的材料的平压性能提高了一个数量级,弯曲刚度提高了一倍,声学性能无明显变化。     

Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料平压性能

设计了一种新型Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料,以复合材料柱作为Z向点阵增强材料,并对不同分布密度Z向点阵增强材料的泡沫夹芯复合材料试验件进行了平压试验,探究了其平压力学性能和破坏方式。研究结果表明,当点阵间距为30 mm时,试样密度增加了2.8%,压缩强度和压缩模量分别提高了6.2倍和7.4倍。基于ABAQUS有限元软件建立了Z向点阵增强泡沫夹芯复合材料平压试验仿真模型,对其平压力学性能和破坏模式进行了模拟与分析。试验件平压强度有限元计算结果与试验结果偏差为10%左右,破坏方式与试验基本相同,验证了有限元模型的合理性和可靠性。     

树脂含量及分布对三维中空复合材料性能的影响

三维中空复合材料是一种新型的结构、功能材料,具有优异的可设计性。研究了树脂含量及分布对三维中空复合材料性能的影响,重点分析了树脂分布引起的复合材料各向异性。结果表明:随树脂含量增加,复合材料下面层与上面层质量比、平压强度和弯曲强度明显增加;树脂质量含量从42.87%增加至51.19%、57.40%和66.92%时,其平压强度分别增加65%、352%和568%;随复合材料下面层与上面层质量比增加,其反向弯曲强度提高幅度更大,树脂质量含量为66.92%的三维中空复合材料反向弯曲强度(39.21MPa)为正向弯曲强度(16.67MPa)的2.35倍。研究结果为该材料的结构优化设计奠定了基础。     

三维夹芯层连织物复合材料真空辅助成型工艺影响因素

三维夹芯层连织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的织物作为增强体制备而成的新型轻质复合材料, 本文中以三维夹芯层连织物复合材料为研究对象, 发展了适用于酚醛树脂的真空辅助成型工艺方法, 重点考察了影响复合材料制造质量的关键因素。结果表明, 芯柱高度对织物的抗压缩能力与厚度回复率影响显著, 热处理有利于织物的厚度回复; 注射过程中, 树脂沿织物平面纬向渗透速率大于经向, 使用高渗透率介质层、 降低树脂黏度有助于提高树脂在层连织物中的分布均匀性。      

选择性激光烧结铝/尼龙复合粉末材料

制备了不同铝粉含量的尼龙12覆膜复合粉末,利用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDX),差示扫描量热分析(DSC),热失重分析(TG)对粉末材料的形貌以及热性能进行了表征。对复合粉末进行激光烧结成形,并研究了不同铝粉含量对烧结件尺寸精度以及力学性能的影响。结果表明:尼龙与铝粉表面粘结良好,烧结过程中尼龙熔融,铝粉均匀分布在尼龙基体中;随着铝粉含量的增多,烧结件的弯曲强度和模量显著提高,冲击强度逐渐降低;铝粉质量分数为50 wt%时,烧结试样的弯曲强度和模量与纯尼龙烧结试样相比分别提高了62. 1%和122.3%;铝粉含量的增多能够有效抑制尼龙基体的收缩,提高烧结件的精度。      

三维机织复合材料力学性能的各向异性

通过一系列的实验、分析, 客观地评价了4 种不同结构碳/ 环氧3D 层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸、压缩、弯曲强度和模量。实验结果表明: 三维机织角联锁复合材料属正交各向异性材料, 各个方向的拉伸、压缩、弯曲强度和模量曲线呈枫叶形, 具有明显的双主轴特性; 4 种不同结构复合材料的各向异性力学性能有差异, 经向力学性能以带衬经的角联锁结构为最佳, 而纬向力学性能以纬密大的角联锁结构为最佳; 三维机织角联锁复合材料具有很强的性能可设计性, 正确选择纤维原料、纤维细度、三维预制件的组织结构和各个纱线组分的排列密度, 即可达到预期的性能指标要求。      

激光烧结尼龙12/ 累托石复合材料的结构与性能

将尼龙12 与有机累托石的混合粉末进行激光烧结成型, 利用X 射线衍射(XRD) 、差示扫描量热分析(DSC) 、扫描电镜(SEM) 等手段对烧结试样的材料结构进行了表征, 并对其力学性能及热性能进行了研究。结果表明: 尼龙12 在激光烧结过程中插入到累托石层间, 形成了尼龙12/ 累托石纳米复合材料。复合材料的力学性能及热稳定性能同尼龙12 烧结试样相比均有不同程度的提高, 有机累托石质量分数为10 %时, 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了10.7 %、15.9 %和38.7 % , 热分解温度提高了27 ℃。      

两种先驱体低温裂解制备石英纤维增强氮化硅复合材料

以全氢聚硅氮烷( PHPS) 和聚甲基硅氮烷( PHMS) 为陶瓷先驱体, 通过循环浸渍和600 ℃低温裂解分别制备了三维石英纤维增强氮化硅复合材料, 对比研究了复合材料的力学性能和微观结构。结果表明: 由PHPS 制备的复合材料密度为1. 83 g/ cm3 , 气孔率10 % , 弯曲强度45. 4 MPa , 材料断口平整, 纤维基体界面结合强; 而由PHMS 制备的复合材料密度仅为1. 66 g/ cm3 , 气孔率16 % , 却具有更高的弯曲强度56. 3 MPa , 材料断面较粗糙,界面结合较弱。先驱体活性不同是导致复合材料界面结合强弱及力学性能不同的主要原因。      

Effect of Structure on the Mechanical Behaviors of Three-Dimensional Spacer Fabric Composites

Three-dimensional (3-D) spacer fabric composite is a newly developed sandwich structure, the reinforcement of which is integrally woven by advanced textile technique. Two facesheets of 3-D spacer fabric are connected by continuous fibers, named pile in the core, providing excellent properties like outstanding integrity, debonding resistance, light weight, good designability and so on. Usually the 3-D spacer fabric composite without extra reinforcement is a kind of core material. In comparison with the facesheet reinforced spacer fabric composite, here the composite without additional weaves is called mono-spacer fabric composite. In this paper, two kinds of mono-spacer fabric composites with integrated hollow cores have been developed, one with 8-shaped piles and the other with corrugated piles. The mechanical characteristics and the damage modes of these mono-spacer fabric composites under different load conditions have been investigated. Besides, effects of pile height, pile distribution density and pile structure on the composites mechanical performances were analyzed. It is shown that the mechanical performances of mono-spacer fabric composites can be widely adapted to the respective requirements through the choice of the structural factors.     

常温可逆温致变色功能水泥基复合材料

在白水泥中掺加常温可逆温致变色微胶囊制备了先进功能水泥基复合材料。该材料的颜色随温度变化可在低温时的蓝、绿、红色和高温时的白色之间可逆变化, 其变色温度约在42～58 ℃。方差分析判断结果表明,掺加10 %蓝温致变色颜料微胶囊对细度、强度有明显影响。细度下降约37 % , 标准稠度用水量增加约13 % , 凝结时间变化不大, 安定性合格; 在同流动度条件下, 硬化水泥浆体3 、7 、28 d 抗折强度均下降20 %左右, 抗压强度下降30 %～40 %。所研究的常温可逆温致变色功能水泥基复合材料具有低温下吸收太阳能、高温下反射太阳能、且能随温度进行可逆转换的吸热绝热功能, 符合建筑物冬暖夏凉的要求。      

Assessment of the mechanical properties of a new 3D woven fibre composite material

Fully interlaced 3D fabric is produced by a new weaving technology, and it is here utilised to produce woven carbon fibre preforms, which are then used as reinforcement in composite materials. The purpose of this study is to assess the mechanical performance of this new type of composite material. A prototype loom was used to weave preforms with a rectangular cross-section where all warp and weft yarns were fully interlaced in plain weave. Tensile, compressive, out-of-plane, shear and flexural properties of the composite flat beam specimens were tested. The in-plane stiffness and strength were found to be lower, while the out-of-plane properties were higher compared to conventional 2D laminates. In terms of strength, it was not possible to quantify the difference, since the specimens with 3D woven material exhibited other failure modes than those tested for.     

二氧化锆梯度复合羟基磷灰石生物材料的制备及其生物相容性

采用干铺2烧结法制备了一种以二氧化锆(ZrO₂ ) 为基体梯度复合羟基磷灰石( HAP) 的新型生物复合材料, 并对其力学性能、微观结构和生物相容性进行了研究。用扫描电镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、透射电镜( TEM) 和EDAX 能谱仪对粉体和复合材料进行分析。用复合材料的浸提液进行小鼠急性毒性试验、细胞毒性试验、体外溶血试验以及兔肌肉和骨内材料植入试验, 评价复合材料的生物相容性。研究结果表明, 复合材料的表面涂层厚度约80μm , 芯部基体组织与表面均匀过渡结合, 结合良好, 没有明显界面, 涂层结合强度为15. 1 MPa ,最大弯曲强度为1112. 24 MPa , KIC为7. 3～11. 4 MPa·m1/2 。其组织相容性好, 具有良好的骨传导作用, 促进骨组织生长, 是一种较理想的新型骨科植入材料。