聚乙烯醇纤维增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究

以聚乳酸(PLA)和高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维为原料,通过熔融共混热压成型工艺制备了不同PVA纤维含量的PLA/PVA复合材料,研究了复合材料的相形态、玻璃化转变、结晶和熔融行为以及力学性能。结果表明：低含量的PVA纤维能均匀地分散在PLA基体中,当纤维质量分数达到20%时,纤维发生团聚。差示扫描量热仪测试结果表明PVA纤维在PLA结晶过程中起到了成核作用。随PVA纤维含量增加,PLA的结晶度增加。此外,动态力学行为表明PVA纤维含量的增加有助于提高复合材料储能模量和刚性。复合材料的拉伸和弯曲模量随PVA纤维含量的增加而增加,当PVA纤维质量分数为20%时,拉伸和弯曲模量达到最大,与纯PLA相比,复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高了43.5%和38.6%。但是,PVA纤维的加入并没有使复合材料的拉伸和弯曲强度得到较大改善。     

高延性纤维增强偏高岭土-粉煤灰基地聚合物在不同环境下的自愈合性能

在1%、2%及3%不同程度预加单轴直接拉伸应变破坏下,研究了3天、7天及28天龄期的高延性聚乙烯醇（PVA）纤维增强偏高岭土-粉煤灰基地聚合物（PVA/MK-FA EGC）在空气中和干湿循环条件下的裂缝分布及自愈合性能。结果表明：PVA/MK-FA EGC结合了传统高延性纤维增强水泥基复合材料（ECC）及地聚合物二者的优点,表现出了明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。2~5 mm的裂缝间距、小于25 μm的最大残余裂缝宽度给裂缝的自愈合提供了更加有利的条件。带缝试件在不同环境中自愈合后,裂缝数量大大下降,极限拉伸应变可达3.8%以上,大部分试件的极限拉应变及最终应力均能超过对比试件,空气中的养护环境更加有利于PVA/MK-FA EGC材料的自愈合。裂缝内颗粒表面覆盖有凝胶状的地聚合产物,可能增强了体系中的纤维/基体界面,使力学性能恢复。     

玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的耐久性研究

确定了玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的最优配合比,将玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料与普通C40混凝土在相同条件下进行耐久性对比实验。结果表明,玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料在300次冻融循环后,质量损失不到1.5%,而在不到150次冻融循环中,普通C40混凝土的质量损失已接近5%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的渗透系数为普通C40混凝土的53%和26%,混杂纤维水泥基材料具有较强的抗渗透能力,抗渗性随着龄期增长逐渐增强;碳化时间<28 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度大于普通C40混凝土,但碳化时间56 d时,混杂纤维水泥基材料的碳化深度为普通C40混凝土的90%;混杂纤维水泥基材料28和56 d的电通量分别为普通C40混凝土的65%和49%,混杂纤维水泥基材料的抗氯离子性能明显高于普通C40混凝土。玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维水泥基材料的各项耐久性指标均优于普通C40混凝土。     

镍渣/偏高岭土基地聚合物的制备与表征

以工业固体废弃物镍渣和偏高岭土为原料,以水玻璃为激发剂,在相同稠度下制备镍渣/偏高岭土基地聚合物。研究了镍渣种类和掺量对地聚合物力学性能和体积变化的影响,测定了地聚合物的碱溶出情况,并利用XRD、SEM-EDS对地聚合物的矿物组成和微观形貌进行分析。结果表明:随着水淬镍渣掺量的增大,地聚合物的抗压强度先增大后降低,在镍渣掺量为50%、液固比为0.45时,地聚合物的抗压强度最大,28d达到58.8 MPa;而随着风冷镍渣掺量的增大,地聚合物的强度逐渐降低。此外,水淬镍渣/偏高岭土基地聚合物的体积变化主要表现为膨胀,而风冷镍渣/偏高岭土基地聚合物表现为收缩。     

高岭土增强增韧聚乙烯的研究

采用硅烷类偶联剂 (KH5 70 )和大分子偶联剂来改善高岭土 HDPE的界面粘结 ,以达到增强增韧HDPE的作用。研究结果表明 ,用KH5 70改性的高岭土粒子 (<5 % ,w)填充HDPE ,可起到一定的增韧增强作用 ,其中KH5 70的最佳含量为 2 % (w)。用大分子偶联剂改性的高岭土粒子 (2 0 % ,w)填充HDPE ,可以获得比KH5 70更好的增韧增强效果 ,其中大分子偶联剂的最佳含量为 1 % (w)     

熔纺三叶形聚乙烯醇纤维的制备及增强水泥基材料

采用自主创新的聚乙烯醇(PVA)熔融纺丝新技术,首次制备了三叶形截面PVA异形纤维,为水泥基复合材料提供新型增强纤维。研究了熔融纺丝和热拉伸对纤维截面形状、热性能、结晶性能、取向度和力学性能等的影响。结果表明,熔纺三叶形截面PVA初生纤维内部结构均匀致密,无明显皮芯结构。经热拉伸处理,纤维能较好保持三叶形截面,异形度为58.2%。PVA分子链在拉伸应力下诱导结晶,纤维结晶结构更完善,结晶度和取向度增加,纤维的强度增加,熔点升高。热拉伸8倍后,纤维强度达3.7 cN/dtex。将三叶形纤维用于水泥基复合材料的增强增韧,当其体积掺量为2%时,纤维增强水泥试件的挠度达17.3%,断裂能达10.5 J。     

聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron 落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。      

聚乙烯醇-低分子右旋糖酐纳米纤维的制备及其性能研究

采用静电纺技术,制备了纯聚乙烯醇(PVA)和担载了不同量抗凝血药物低分子右旋糖酐(Dex-40)的载药纳米纤维膜,研究了药量对膜血液相容性的影响。借助扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)观察纤维形貌、分析膜的组分;用电子万能强力仪测试了膜的力学性能;以溶血、动态凝血实验研究了药物和药量对膜血液相容性的影响。结果表明:可纺性较好的纺丝液浓度为PVA10%、药粉1%,PVA和药粉能很好地融合在一起,载药膜的拉伸强度稍高于纯PVA膜,但断裂伸长率有所下降。添加药粉后,载药膜的溶血率低于5%,且内源性凝血因子被激活的程度低,膜的血液相容性显著改善。     

高强度部分脱乙酰甲壳素纳米纤维/聚乙烯醇复合丝线的制备及性能

从废弃蟹壳中提取甲壳素,对其进行部分脱乙酰及纳米化处理得到部分脱乙酰甲壳素纳米纤维（D-ChNFs）。将D-ChNF与聚乙烯醇（PVA）混合,利用湿法纺丝工艺制备D-ChNF/PVA复合丝线,并对其微观形貌、力学性能、表面特性及结晶结构等进行表征与分析。结果表明,在氢氧化钠凝固浴中,D-ChNF与PVA能够经分子间氢键结合实现丝状成型,通过调控两者质量比,所得复合丝线拉伸强度可达251.0 MPa、断裂伸长率约8.14%、弹性模量近13.81 GPa。进一步地,将该复合丝线作为柔性基材组装构建传感器,用于实时监测人体活动。研究结果可为拓展废弃蟹壳的多领域资源化与高值化利用提供理论依据与技术支持。     

聚乙烯醇交联改性对天然纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

采用聚乙烯醇(PVA)交联对洋麻(KF)增强聚丙烯(PP)、棕榈(PF)增强聚丙烯(PP)复合材料进行改性,通过模压成型工艺制备KF/PP和PF/PP复合材料。研究不同交联方法对复合材料的结构和性能的影响,采用SEM、DMA等技术研究了改性对复合材料的界面结合及力学性能影响。结果表明:PVA协同偶联剂交联改性对天然纤维/PP复合材料的综合改性效果最好,当用5%PVA+3%偶联剂对KF/PP改性时,KF/PP复合材料的弯曲强度提升25.2%,弯曲模量提升35.49%,剪切强度提升28%,分别达到了50.90 MPa、5.76 GPa、5.4MPa。当用5%PVA+2%偶联剂对PF/PP改性时,PF/PP复合材料的弯曲强度提升31.46%,弯曲模量提升27.07%,剪切强度提升21.75%,分别达到44.33MPa、2.32GPa、5.18MPa。改性后KF/PP、PF/PP复合材料的含水率分别下降了46.89%、10.63%,吸水率分别下降了8.57%、6.12%。KF/PP改性后储能模量提高20.93%,PF/PP改性后Tg值由90.1℃上升到113.8℃。SEM表明:PVA协同偶联剂交联改性有效改善了纤维与PP间的粘结,纤维与PP间的界面结合得到改善。     

Bond strength between concrete substrate and metakaolin geopolymer repair mortar: Effect of curing regime and PVA fiber reinforcement

The suitability of repairing Portland cement concrete with geopolymer mortars is explored as a viable way to replace Portland cement in concrete repairs and reduce their carbon footprint. Bond tests are performed through non-standard slant shear tests with variable bond plane inclination to assess concrete-geopolymer shear bond strength under different combinations of normal and shear stresses at the concrete-geopolymer interface. Interfacial cohesion and friction coefficients, two inherent mechanical properties of the substrate-repair interface, are extrapolated from experimental data and compared among different types of geopolymer repairs. The adoption of different curing temperatures for the geopolymer repair mortar (20°C and 45°C) and its reinforcement with various contents of Polyvinyl Alcohol fibers (volume fractions V_f = 0%, 0.5%, and 1%) are investigated to optimize the substrate-repair bond. Mechanical tests are supported by statistical analysis and microscope observation.     

PVA纤维增强水泥基复合材料热处理后的力学性能

为了促进聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)在热环境工程领域中的应用,通过狗骨试件拉伸试验,研究了高粉煤灰掺量的PVA-ECC热处理后的力学性能变化;采用单纤维抗拉试验、单纤维拔出试验以及单裂缝拉伸试验研究了PVA-ECC性能提升的机制。结果表明:在不高于200℃的热处理后,PVA-ECC仍能实现多裂缝开裂,相比20℃,50、100、200℃热处理后的PVA-ECC复合材料的拉伸力学性能提高,其幅度为100℃> 50℃> 200℃;纤维强度不是PVA-ECC抗拉性能变化的控制因素,适当的温度处理提高了纤维与基体的化学黏结力和摩擦力,从而提高了纤维的桥接作用和裂缝的余能,进而提高了PVA-ECC的抗拉性能和摩擦耗能能力。PVA-ECC性能变化的机制分析为PVA-ECC工程设计提供了良好的理论基础。      

Analysis of the strain-rate behavior of a basalt fiber reinforced natural hydraulic mortar

Fiber reinforced inorganic materials, such as concrete or mortars are expected to present good mechanical properties under high dynamic loading conditions, such as those induced by earthquakes. Furthermore, basalt fibers, which are being increasingly investigated in structural applications, are also expected to present good performance under high strain-rate conditions.This paper presents the results of a dynamic characterization of a basalt fiber reinforced natural hydraulic mortar, in order to verify its capability to withstand high dynamic loading conditions. In particular, the reinforced mortar was morphologically characterized by SEM and mercury intrusion porosimetry; then, quasi-static flexural and tensile tests were conducted. Finally, dynamic tensile failure tests were carried out at medium and high strain-rates, using a Hydropneumatic machine and a Modified Hopkinson bar apparatus, respectively. The results were elaborated to derive Dynamic Increase Factors for the tensile strength.The fiber addition leads to a bridge action effect, and consequently to a more ductile behavior and higher toughness of the fiber reinforced mortar compared to a plain mortar. In addition, the fiber reinforced mortar appears to be highly strain-rate sensitive, as the tensile strength DIF increased up to 5.1, for a high strain-rate of about 10² s⁻¹.     

玻璃纤维增强气凝胶的动态力学性能及其破坏机理

使用Hopkinson压杆对玻璃纤维增强气凝胶进行动态压缩实验,用扫描电子显微镜研究气凝胶破坏机理.结果表明,气凝胶的动静态应力应变曲线均包括弹性区、屈服区和致密化区,气凝胶在屈服区出现塑性屈服的特征.气凝胶的应变率强化效应明显.气凝胶对入射波的整形作用导致输入杆承载应力的幅值明显降低,承载应力的时间延长.在高应变率条件下,气凝胶中的玻璃纤维几乎全部断裂,与基体分离,气孔急剧收缩.气凝胶在动态压缩下的粉碎破坏是气凝胶轴向压应力和内部横向张应力升高所共同导致的.     

玄武岩纤维-碳纤维混杂平纹织物增强环氧树脂基复合材料的制备与力学性能

对以平纹织物为增强体的混杂纤维复合材料（HFRP）的刚度和强度进行研究。设计热压工艺并制备7组具有不同混杂比的玄武岩纤维-碳纤维（玄-碳）混杂增强环氧树脂基复合材料试样进行拉伸试验。基于平纹织物的结构特征,对传统混合定律加以修正,提出以平纹织物为增强体的HFRP刚度估算模型。基于HFRP层合板的破坏机制,提出材料仅发生一次破坏的临界混杂比,并分成三个混杂比范围给出强度估算模型。最终以体现分散度的混杂效应系数对估算结果加以修正。结果表明：计算值与试验值近似,预估模型计算所得临界混杂比与试样拉伸试验时的应力-应变曲线分析结果相符,模型可为今后的实际应用提供理论依据。本文提出的预估方法可以反应混杂比和分散度对平纹织物为增强体的HFRP强度和刚度的影响,扩展了混合定律的应用范围。     

水灰比对PVA纤维增强水泥基复合材料性能和显微结构的影响

对3种不同水灰比(0.2,0.4,0.65)形成的聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料,通过三点弯曲试验,结合表观裂缝形状和裂缝处PVA纤维形态,研究了水灰比对材料弯曲性能的影响;通过对断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的SEM影像分析,从微观层面研究了水灰比对PVA纤维-基体界面显微结构的影响。弯曲试验结果表明:随着水灰比增加,跨中部位裂缝数量明显增加,裂缝处拔出的纤维数量增多而拉断的数量减少,材料的弯曲韧度和开裂强度到弯曲强度的增强幅度提高。界面显微结构表明:随着水灰比增加,基体结构由致密变疏松,界面粘结力减弱,桥接裂缝的PVA纤维状态由瞬间猝断转变为滑动拔出且表面有轻微刮削,纤维对材料增强增韧的效率显著提高。     

PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响

在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。     

不同测试条件对碳纤维复丝部分力学性能的影响

就国内某企业生产的3K普通高强碳纤维,用相同的制样方法制备出碳纤维样品,在同一材料实验机上,用不同的测试条件对碳纤维力学性能进行测试,得出不同测试条件下碳纤维的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率等主要力学性能表征值。     

基于弯曲性能的黄麻纤维增强聚氨酯复合材料工艺参数研究

针对黄麻纤维增强聚氨酯复合材料的弯曲性能,采用正交实验的方法,研究了纤维质量分数、纤维长度、成型压力和纤维表面处理方法四个因素对其的影响.通过对实验结果进行方差分析和极差分析,对工艺参数进行了优化.研究结果表明:纤维表面处理方法为复合处理、纤维质量分数为15%、成型压力为80t、纤维长度为25mm时,复合材料弯曲性能达到最优.该结果与玻纤、碳纤增强聚氨酯复合材料制品作相应的对比,并为提高实际生产的制品质量提供了理论依据.