建筑物加固修复用复合材料技术

叙述了复合材料用于建筑物加固修复的重要性、优越性和应用前景。在分析大量文献资料的基础上,结合作者近期的研究工作,归纳并阐述了建筑物加固修复用复合材料技术的主要内容。较详细地介绍了加固修复用复合材料增强体技术与树脂体系技术,给出了多种纤维片材的特性,提出了相应树脂体系的工艺要求与性能要求。同时,对复合材料-混凝土界面粘结机理作了分析。联系国内情况,提出了该领域亟待开展的研究工作。      

几种碳纤维的表面状态表征与分析

使用扫描电镜、原子力显微镜与X射线光电子能谱仪,对T300,T700,T800,AS4四种碳纤维的表面进行物理与化学表征和分析。用扫描电镜观察得出T300,T800表面物理形态相近,T700表面较光滑但有絮状浆料,AS4表面极光滑且直径较大。原子力显微镜揭示了碳纤维更微观的形貌,T300与T800的形貌差别清晰可见。XPS定量分析技术表明,T300,T700,T800表面的活性基本相同,AS4则较差。纤维表面状态的这些差异体现在其复合材料的界面力学性能上。      

复合材料等厚层板热压成型中树脂流动过程数值模拟

树脂基复合材料热压成型过程中树脂流动在很大程度上决定着层板纤维含量、 孔隙含量以及层板尺寸 , 根据有效应力原理与达西渗流定律建立了描述复合材料等厚层板热压成型过程树脂流动与纤维密实的数学模型 , 采用有限单元方法实现了热压成型中纤维密实均匀状况的预报。分析了温度边界条件、 铺层方式对树脂流动过程的影响。结果表明: 温度边界条件对计算结果影响比较大 ; 铺层方式对层板厚度以及纤维体积分数分布规律影响非常大 ; 边界条件以及材料参数的准确性直接影响计算结果的可靠性。以 T700S/环氧 5228单向层板为例进行了实验验证 , 结果表明计算与实验结果的一致性非常好。      

热固性树脂体系流变特性随贮存条件变化规律

热固性树脂体系在贮存期间会发生物理或化学变化, 这会影响树脂体系的流变特性, 进而影响其成型工艺性。本文中针对几种典型热压工艺用高性能热固性树脂体系, 采用平板流变仪研究了贮存期对树脂体系流变特性的影响, 并利用差示扫描量热法、 红外光谱法和凝胶色谱法分析了流变特性变化的具体原因; 同时以流动度为表征参数, 考察了树脂体系工艺性随贮存期的变化规律。结果表明, 树脂体系的贮存特性主要由其固化反应特性和添加剂的贮存特性决定。该研究结果为热压工艺参数的选择和优化提供了重要实验依据。      

稀释剂对环氧树脂电子束辐射固化性能的影响

对分别加入4 种稀释剂的双酚A 环氧树脂和酚醛环氧树脂的电子束辐射固化性能进行了研究。分析了稀释剂种类及含量对环氧树脂体系辐射产物的固化度、固化均匀性、固化区域大小及其动态力学性能的影响规律。结果表明: 电子束固化环氧树脂体系中加入稀释剂后, 辐射产物的固化度、玻璃化转变温度及储能模量有所下降, 但固化均匀性得到提高; 加入稀释剂的环氧树脂电子束固化区域的厚度均小于未加稀释剂树脂, 而底面直径却大于未加稀释剂树脂; 随着树脂中实际稀释剂含量的增加, 电子束固化环氧树脂固化度逐渐降低, 固化层厚度减小, 固化区域的底面直径先增加后减小。      

复合材料层合板准静态压痕实验研究

采用准静态压痕(QSI) 实验方法针对多种材料对集中准静态压痕力的损伤阻抗进行了测试。选取2 个特征载荷下的试样进行了超声C 扫描探伤和扫描电镜(SEM) 显微观察, 分析了QSI 实验中层合板的损伤过程, 针对初始分层接触力f₁和最大接触力f₂对材料的损伤阻抗特性进行了分析。测试了2 种材料体系层压板的最大接触力, 发现该值具有较好的可重复性。研究了测试条件(试样尺寸和支持条件) 和材料特性(不同纤维、基体种类和铺层方式) 对最大接触力的影响。实验结果表明, 试样尺寸和支持条件对最大接触力的影响较小, 在必要时可以采用非标试样测试最大接触力, 而最大接触力与树脂基体、纤维特性及铺层方式都有关, 最大接触力对应的凹坑深度d₂主要由纤维强度和延伸率决定, 树脂特性对d2有影响但影响程度较小。      

纤维分布均匀性对T300/BMP316复合材料层压板力学性能的影响

采用三点弯曲法和数字化冲击仪, 研究了纤维分布均匀性对T300/BMP316复合材料弯曲和冲击性能的影响, 用有限元方法分析了纤维分布不均匀复合材料弯曲变形时的应力分布, 提出了用纤维分布效应系数R来评价纤维分布不匀复合材料的性能。结果表明, 纤维分布不均使T300/BMP316复合材料的弯曲性能和冲击性能强烈地受到纤维分布方式和载荷方向的影响, 纤维分布效应系数R反映了纤维分布与性能的关系。      

多壁碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂界面粘结特性研究

本文对一种多壁碳纳米管进行表面酸化和胺化改性处理,通过超声波分散制备碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂单丝复合试样,采用单丝断裂法研究碳纳米管对玻璃纤维/环氧树脂界面粘结特性的影响。实验结果表明,加入碳纳米管后环氧树脂弯曲性能提高,单丝复合体系的拉伸应力-应变曲线在屈服点之后产生波动。通过比较纤维断点数-应变曲线、偏光下纤维断点形貌以及断口形貌SEM图像发现,对于玻璃纤维体系,加入硅烷偶联剂KH560后,碳纳米管可明显提高玻璃纤维/环氧界面粘结强度,并以胺化碳管改性体系影响最为显著。     

风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究

本文针对两种自制的风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系EP-1和EP-2,研究了树脂的工艺性和力学性能,并选取单轴向和三轴向玻璃纤维织物,采用真空灌注工艺制备了复合材料层板,考察了复合材料在室温和高低温下的力学性能。结果表明,EP-2体系浸润性、流动性和韧性更好,但强度、模量和耐热温度略低;常温及-45℃下两种树脂基复合材料的力学性能相近,纤维/树脂界面粘结较强;50℃环境下,复合材料的压缩强度降低,受玻璃化转变温度偏低的影响,EP-2复合材料压缩性能降低更为明显;两种环氧树脂的工艺性和力学性能优异,与纤维匹配性好,满足风电叶片对树脂的性能要求。     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法, 利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和, 解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题。分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量, 考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能, 并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较。结果表明: 单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致; 双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能, 且二者得到的变化规律一致; 湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势, 国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系。