上浆量对碳纤维的立体织造损伤及其复合材料拉伸性能的影响

结合立体织造技术和树脂传递模塑(RTM)工艺制备了不同上浆量国产碳纤维的2.5D经向增强复合材料。使用毛羽测试法、复丝拉伸法及SEM分析了不同上浆量预制织物中经纱、衬经纱和纬纱的织造损伤情况。结果表明:碳纤维织造损伤率随着上浆量的增加而减小;2.5D经向增强复合材料中纱线的损伤率大小依次为纬纱、经纱、衬经纱。复合材料拉伸性能测试结果表明:当国产碳纤维上浆量为2.01%时,2.5D经向增强复合材料的性能最佳。     

三维六向编织预制体的摩擦性能研究

采用190 tex石英纤维,编织三维六向长方体织物,并选用布鲁克(Bruker)UMT摩擦磨损试验机进行摩擦试验,分析三维六向编织预制体在不同载荷以及不同摩擦方向下的摩擦性能。结果表明,在摩擦速率为4 mm/s的情况下,随着法向载荷的增加,织物的摩擦系数不断增加;当载荷为3 N和6 N时,平行花节方向摩擦时织物的摩擦系数小于垂直花节方向摩擦时的摩擦系数;当载荷为9 N时,平行花节方向摩擦时织物的摩擦系数大于垂直花节方向摩擦时的摩擦系数。     

损伤形式对三维编织复合材料拉压性能的影响

通过对损伤前后三维编织复合材料试件进行纵向拉伸和压缩实验, 分析了材料的拉、压刚度和强度的变化规律和失效形式。主要讨论了4 种损伤加工方案, 包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割及沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明, 宽度方向损伤对拉伸强度、模量和压缩强度影响不大, 压缩模量下降了20 %左右; 厚度方向损伤对纵向拉伸、压缩强度和模量影响较大。编织角20°时, 拉伸、压缩应力-应变曲线接近于线性, 试件的失效方式趋向于脆性破坏; 编织角35°时, 压缩应力-应变曲线表现出一定的非线性。      

异制件用三维编织复合材料的拉伸性能

通过对具有不同减纱结构参数的三维编织复合材料试件做纵向拉伸实验,分析了该类材料的拉伸性能随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式。结果表明,纤维体积含量相同时,减纱使复合材料的强度有所降低,初始模量变化不大;减纱点缺陷对复合材料拉伸性能影响较小,试件断裂断面位置具有随机性;如出现一段纱线空缺对性能影响较大,试件大都在减纱截面断裂;如必须减纱才能完成制件的外形尺寸,应使减纱点在整个制件内均匀分布,每个截面的减纱数量不超过总数的10%。     

缝合连接三维编织复合材料拉伸性能试验研究

研究了多种缝合方向、 搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响 , 并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明: 缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比 ,拉伸强度下降了 25 %～50 % , 初始模量下降了 35 %～55 %; 搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大 , 拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征 , 当搭接长度与试件宽度的比值在 2. 5 左右时 , 试件的拉伸性能较好 ,与未缝合的三维整体编织试件相比 , 仅下降了 25 %; 相对而言 , 中密度缝合试件的拉伸性能最优 ; 缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。      

三维编织物的缝合连接技术研究

缝合连接三维编织技术有效地解决了制作复杂形状异型件时存在的局限性。它把三维编织工艺和缝合工艺结合起来,从而满足了工程设计和整体性的要求。本文主要探讨了缝合连接形式、缝合连接工艺参数以及它们对缝合连接强度的影响,并且对缝合连接的基本破坏模式进行了分析。本文为缝合连接三维编织复合材料的结构设计、工程应用和力学性能研究提供了基础依据,同时提出了当前研究中应解决的问题以及缝合连接三维编织复合材料的主要研究方向。     

纤维增强树脂基复合材料防弹性能影响因素及破坏机制

以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结构复合材料装甲板;通过装甲板弹道极限速度测试,研究了纤维增强树脂基复合材料装甲板防弹性能的影响因素;通过体视显微镜观察装甲板侵彻破坏形貌,分析了纤维增强树脂基复合材料的破坏机制。结果表明:UHMWPE纤维增强PO树脂基复合材料的防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关,但纤维模量对复合材料防弹性能的影响随着纤维模量的增大而逐渐变弱;在WPU树脂体系下,四种纤维的防弹性能由高到低依次是UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维、S-玻璃纤维;纤维增强树脂基复合材料装甲板中纤维破坏方式有迎弹面纤维被剪切冲塞、中部被纤维拉伸变形后剪切、背弹面纤维被拉伸断裂,中部纤维拉伸变形是消耗子弹动能的主要方式。     

“龟裂”纳米纤维片/玻纤织物复合预制体的层间渗流特性

结合静电纺丝技术和高温煅烧方法制备了“龟裂”TiO₂纳米纤维/玻纤织物复合预制体,使用光学显微镜对TiO₂纳米纤维片的制备工艺进行了优选,采用径向法测量了含有不同厚度TiO₂纳米纤维片复合预制体的渗透率,重点分析了层间“龟裂”纳米纤维片对玻纤织物预制体渗流模式的影响。结果表明,纺丝溶胶液用量为1.0~4.0 mL时可在玻纤织物表面制备出成型良好且附着力强的“龟裂”纳米纤维片;与空白玻纤预制体相比,复合预制体的主渗透率增加了2~3个数量级;复合预制体表现出的各向异性程度随溶胶液用量的增加呈增大的趋势,宏微观流动存在同步性,且随注入时间的延长,同步性更加显著。     

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。     

三维编织材料在骨修复领域中的应用

综述了骨修复材料的发展历史和现在所使用的骨修复材料的一些缺点，介绍了三维编织材料；结构设计灵活，异型件一次编织成型，结构不分层，力学性能优良等特点，分析了其作为一种骨修复材料的优越性，包括和骨的结构相似性，力学相容性，生物相容性以及此种材料在骨修复中的应用等，最后提出了三维编织材料在骨修复应用中要解决的主要问题。