具有应变诊断功能的碳纤维机敏复合材料研究

分别以单向碳纤维带、正交碳纤维布、碳纤维毡为增强材料，乙烯基酯树脂（3201）、柔性树脂为基体，制备出了一类导电复合材料．研究了该类复合材料在拉伸条件下，体积电阻率-应变之间的变化规律。其中，单向碳纤维带复合材料和正交碳纤维布复合材料的体积电阻率-应变曲线存在突变，而碳纤维毡复合材料的体积电阻率-应变曲线能很好的拟合成直线。实验结果表明，碳纤维毡适合制备机敏复合材料传感部件。     

树脂基搭接碳纤维智能层的力阻特性

提出一种具有局部搭接结构的树脂基碳纤维智能层, 将其敷设于结构表面以检测结构受载时的变形, 实现对结构大范围监测。基于该智能层, 采用单轴拉伸和三点弯曲的加载方式, 对构件进行应变和位移检测。实验发现, 碳纤维局部搭接结构是引起力阻效应的主要因素, 其单位应变的电阻率变化的灵敏度达到104, 相当于非搭接连续碳纤维复合材料力阻效应灵敏度的34倍。实验结果还进一步表明, 树脂基搭接碳纤维智能层力阻曲线光滑稳定, 其传感极限约为8500 με。建立了树脂基搭接碳纤维复合材料的电学模型, 揭示了这种力阻效应主要来源于搭接界面处层间电阻的变化, 并从纤维轴向力、搭接面积和层间剪应变三个方面解释了这种层间电阻变化的机制。      

连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性研究

修补和加固的在役混凝土结构需要有效的手段来监测和评定其安全状况。研究了连续碳纤维增强水泥基复合材料三点弯曲梁在不同加载方式下,其电阻与变形之间的变化规律,探究连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性。结果表明,连续碳纤维增强水泥基复合材料试样的应变-电阻敏感度高于电阻应变片,线性度、滞后性较好,蠕变小,稳定性较好。据此,可将连续碳纤维增强水泥基复合材料用来制作感知结构损伤的传感器,实现对大型土木结构的在线健康监测。如果将其用作修补材料,那么在修补加固破损结构的同时,还可利用其应变-电阻敏感性长期在线动态监测结构的损伤及修补质量。     

新型加固用智能碳纤维板及感知性能试验

结合碳纤维增强树脂的强度特性与光纤布拉格光栅的传感特性研制开发出具有变形自感知能力的智能碳纤维复合板。在介绍内嵌光纤传感器的碳纤维复合板制作工艺的基础上,利用自制张拉反力架和钢筋混凝土梁进行智能碳纤维板的感知性能试验,获取包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞性以及准确度等传感性能指标。研究结果表明:智能碳纤维板具有良好的线性度与重复性,测试精度高,是集感知和受力、功能材料和结构材料于一体的新型土木工程智能材料,既可以方便地作为混凝土结构的加固装配件,又可作为其表面的传感器件,具有良好的工程应用前景。     

3D打印用碳纤维/ABS复合材料的制备

设计了一种3D打印用碳纤维/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)复合材料,此材料具有质轻、高强的特点。采用自制碳纤维上浆剂对碳纤维集束性和表面浸润性进行改进,可以使碳纤维与ABS树脂有良好的结合性。选用高流动的ABS树脂,并优选表面相容剂和润滑剂可以降低碳纤维/ABS复合物的表面粗糙性。这种质轻高强的碳纤维/ABS复合材料更适用于连续的3D打印。     

国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展

高强中模碳纤维增强复合材料是当前及未来相当长时期内主要的航空结构复合材料。借鉴国外高强中模碳纤维及其高韧性复合材料发展经验,在国内高强型碳纤维复合材料成熟经验的基础上,实现了高强中模T800级碳纤维规模化生产,系统分析了与国产高强中模碳纤维匹配的树脂基体、预浸料及其复合材料技术现状。国产T800H级碳纤维增强高韧性环氧树脂基和双马树脂基复合材料抗冲击性能达到国外同类复合材料的水平,高韧性环氧树脂基复合材料的耐湿热性能优于国外同等韧性的复合材料。国产T800H级碳纤维增强高韧性复合材料预浸料具有优异的工艺性能,可同时满足手工铺贴、自动铺带和自动铺丝3种铺放工艺要求。在T800级复合材料成熟应用的基础上,未来主要发展高压缩强度、高模量和基于BVID的高冲击韧性高强中模碳纤维复合材料。     

连续纤维增强树脂复合材料纵向压缩强度预测模型的发展及其影响因素

基于高强、高韧、高模和压拉平衡为特征的第三代先进复合材料的需求,综述了连续纤维增强树脂复合材料纵向压缩强度预测模型的发展历程。基于纤维微屈曲、纤维扭结带、联合预测模型及渐进损伤失效模型,分别讨论了连续纤维增强树脂复合材料压缩失效机制,并在联合预测模型基础上,探究了碳纤维（直径、模量、体积分数、初始偏角）、树脂基体（弹性模量、剪切模量）及纤维/树脂界面三要素对连续纤维增强树脂复合材料纵向压缩强度和压缩失效形式的影响。      

碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻效应

以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制成复合材料,考察了该材料在单向拉伸载荷下的力阻响应。实验结果表明,该材料具有正力阻效应(拉应变引起材料的电阻增大)。其中,单层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻灵敏度可达13.9,但在加载过程中其电阻表现出逐渐衰减趋势;多层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻性能更为稳定,但随着层数的增加灵敏度逐渐降低,5层复合材料的力阻灵敏度下降到5.7。多层复合材料的立体导电网络是其稳定性提升和灵敏度下降的主要原因。将碳纤维毡/环氧树脂多层复合材料敷设在梁结构表面形成智能表层,利用其力阻性能实现了梁结构在循环载荷下的变形监测以及在单调载荷作用下损伤监测。     

制备工艺对单向连续碳纤维增强聚醚砜复合材料层间结合强度的影响

采用溶液浸渍和热压成型制备了以聚醚酚为基体的单向连续碳纤维增强复合材料,研究了不同树脂浓度和热压工艺参数下复合材料的层间剪切强度。结果表明:成型温度高的复合材料具有较高的层间剪切强度,适当延长保温时间能够大幅度提高复合材料的性能。扫描电镜和热重分析表明树脂基体与碳纤维之间结合紧密,不同树脂含量的复合材料在热压成型过程中,界面处有不同的作用机理。     

空间反射镜新材料研究进展

传统的反射镜材料已满足不了反射镜大口径超轻量化的发展要求。碳纤维复合材料因其出众的性能优势,必将成为未来反射镜材料领域中的重要一员。综述了碳纤维增强SiC复合材料(C/SiC)、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)、碳纤维增强碳基体复合材料(C/C)这3种具有巨大潜力的反射镜材料,并重点论述了这3种材料的性能特点、应用现状、制备方法及技术瓶颈等问题。最后展望了碳纤维复合材料在反射镜领域的发展前景。