CNFs/CDA纳米纤维复合膜装置的制备与性能研究

以二甲基亚砜/三氯甲烷作为新型双组分溶剂体系,利用溶剂置换法将纤维素纳米纤维(Cellulose nanofibers,CNFs)与二醋酸纤维素(Cellulose diacetate,CDA)复合;利用熔融沉积(Fused deposition modeling,FDM)3D打印技术,在平行导电板上直接打印成型蜂窝状的碳纤维(Carbon fiber,CF)/聚乳酸(Polylactic acid,PLA)复合材料支撑体;采用静电纺丝技术使CNFs/CDA复合纳米纤维直接沉积于蜂窝状CF/PLA支撑体上,制备了基于3D打印技术的CNFs/CDA复合纳米纤维膜装置。利用透射电镜(Transmission eletron microscopy,TEM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等测试技术对所制备CNFs/CDA复合纤维膜的形貌与结构进行了表征,并测试了CNFs/CDA复合膜装置对蛋白质的吸附性能。结果表明,当CNFs的质量分数为0.5%时,CNFs/CDA复合纳米纤维平均直径可达(381±116)nm,纤维直径分布更均匀,超过80%的纤维尺寸保持在200～500 nm范围内。而且,基于3D打印技术的CNFs/CDA复合纳米纤维膜装置对牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)具有一定的吸附能力,最高吸附量可达433.89 mg/g。     

GFRP湿致拉伸强度老化的细观力学研究

研究了湿热老化对环氧树脂基复合材料拉伸强度的影响.首先进行了玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber re-inforced polymer,GFRP)的吸水性和湿致拉伸强度退化试验,试验结果显示该GFRP的吸湿行为符合Fick定律,其抗拉强度在湿热老化早期显著降低,然后逐渐平缓.然后,提出了单向纤维增强复合材料细观...     

紫外固化环氧树脂复合材料及其修补性能研究

为了推进紫外固化技术在树脂基复合材料的制备及结构修补中的应用,制备了紫外固化环氧树脂基复合材料并进行力学性能测试和微观组织分析。在此基础上,采用紫外固化复合材料对含人工缺陷的层合板试样进行了修补。结果表明,与热固化复合材料相比,采用紫外固化技术制备的复合材料具有良好的综合力学性能,复合材料中树脂基体与纤维之间结合良好;紫外固化复合材料制成的修补贴片对缺陷试样的修补效果显著,修补后试样的拉伸强度可以达到标准试样的84.1%,是缺陷试样的1.21倍。实验证明采用紫外固化复合材料修补贴片对缺陷进行修补是一种快速、有效的修补方法。     

负压实型铸造法制备金属基复合材料的工艺研究

运用负压实型铸造法（Ｖ－ＥＰＣ）成功地制备了钢纤维增强铝基复合材料,对所制备的试样进行了力学性能测试并观察了微观组织和断口形貌。试验表明,机械固结法可用于制备纤维预制件,最佳浇注工艺参数为浇注温度７３０～７４０℃,浇注速度３～４ ｋｇ／ｓ,铸型负压度－ ０．０２５～－ ０．０４０ ＭＰａ。分析了气化模制备的影响因素以及浇注工艺参数对复合材料性能的影响。     

玄武岩纤维及其格栅布对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律

通过大掺量超细工业废渣及采用普通工艺成功制备了3类超高性能水泥基复合材料,分别测试了其7,28,90 d的抗压强度和抗折强度,并对其进行了分析。讨论了玄武岩纤维及玄武岩纤维格栅布对其力学性能的影响,并对其弯曲荷载-挠度曲线进行了分析。结果表明,玄武岩纤维体积掺量为0.5%~1.5%时可以提高混凝土的抗折强度和抗压强度,但提高幅度有限,而玄武岩纤维格栅布对提高复合材料的力学性能有明显的效果,表现出良好的增强增韧效果。     

均匀化有限元法预测双向纤维增强复合材料力学性能

采用一个3D代表体积单元(RVE)微观模型并结合均匀化有限元的方法预测了双向连续纤维增强复合材料的力学性能。假设纤维和基体在其应力达到抗拉强度之前满足线弹性规律。分别分析了纤维/基体弹性模量比、泊松比及其纤维含量的对复合材料宏观力学性能的影响;以及采用内聚力模型分析界面性能对整体力学性能的影响。结果显示:纤维泊松比对复合材料力学性能影响很小;纤维模量对复合材料抗拉强度及面外方向的弹性模量影响较小,但对面内方向的弹性模量影响较大;随纤维含量的增加,宏观弹性模量及面内抗拉强度随之线性增加,而面外抗拉强度有减小趋势;界面的存在会降低复合材料的抗拉强度。     

复合材料仿生扑翼各铺层的有限元分析

利用有限元法,对具有粘弹性的碳纤维复合材料设置一组铺层角度,以探究扑翼在空气动力和惯性力作用下的结构力学性能表现。在单层板的4个铺设角度(0°,90°,45°和-45°)中,-45°铺层角度可得到最小的等效应力,但对应的最大变形相对最大,45°铺层角度可得到相对最小的变形,但对应的等效应力较大,最大应力和最大变形不能统一在同一铺层角度的单层板仿生翼上。在层合板的铺层角度组合中(-45°/0°、-45°/45°、-45°/90°、0°/45°、0°/90°、45°/90°),45°/90°铺层组合可得到最小的等效应力和最小的结构变形,整体及各分层的最大正应力和剪应力区域产生于前缘梁根部,集中应力分布合理,具有较好的力学性能。最大应力和最大变形可以统一在双层层合板仿生翼上,具有比单层板更优的力学性能,这与昆虫翼的由腹、背两层高承力薄膜构成的翅膜微结构相似。本研究有助于解释昆虫翼的完美结构表现,并为扑翼设计提供借鉴。     

原位聚合热塑性复合材料及其成型工艺研究

热塑性树脂分子量大,熔体黏度高,采用热熔方法制备复合材料存在树脂流动性差、微观尺度上易形成复合缺陷的问题。采用原位聚合方法制备热塑性复合材料,不仅可以避免上述问题,还能够沿用热固性复合材料的成型方法,进而实现热塑性复合材料的高效率、低成本制造,因此原位聚合热塑性复合材料在复合材料应用领域具有广阔的应用前景。围绕几种原位聚合热塑性树脂,本文阐述了其复合材料性能及成型工艺的研究现状,并针对目前存在的问题,提出了4个研究方向：改性工艺与成型工艺的耦合、聚合环境洁净度和聚合反应对杂质的敏感性的控制、聚合反应放热温度的控制、液体成型树脂适用期的调控。     

紫外辅助缠绕玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备和力学性能研究（英文）

本文研究了紫外辅助固化玻璃纤维增强复合材料缠绕成型环形构件的制备过程和力学性能。基于光线追踪法量化了树脂浇注体中的紫外穿透能力,并制备了紫外辅助固化的光-热双重固化典型样件,研究了缠绕速度和热固化引发剂的浓度对缠绕制件的纤维体积分数和力学性能的影响。纤维体积分数和构件的失效分析分别采用图像法、力学性能测试和扫描电镜测试。光线追踪结果表明:紫外光能够穿透一层纤维束的厚度且背光面透过的紫外能量足以快速引发固化;试验结果表明:本文制备的紫外辅助固化复合材料环形样件与热固化试件相比均能满足飞轮转子对性能的要求。     

平面机织复合材料低温力学性能数值分析与试验验证

建立了单向玻璃纤维增强复合材料及酚醛树脂基平面机织复合材料层合板周期性单胞三维(3-D)有限元模型,在两个模型的有限元分析中引入周期性边界条件,保证了周期性单胞边界面的应力和应变的连续性。通过有限元模拟获得单向纤维增强材料的各项力学参数。模拟了常温及低温情况下基体模量改变这两种情况下层合板拉伸、压缩和剪切的渐进损伤过程。引入合适的损伤起始和损伤扩展准则,预测了层合板在两载荷下的破坏过程。在常温和-50℃两种情况下,对平面机织复合材料进行了拉伸、压缩、剪切试验。将有限元模拟结果与层合板在常温和低温下的试验结果进行了对比,进一步讨论了影响酚醛树脂基复合材料层合板低温力学性能的因素,得出了材料在低温情况下力学性能优于常温情况,同时也用试验验证了分析方法的正确性。     

面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。     

复合材料等刚度多钉螺接载荷分配的实验研究

本文详细描述了复合材料等刚度多钉螺接载荷分配的测试过程。着重探讨载荷传递的测试方法以及连接的迭层顺序对载荷分配的影响。4钉螺接试件系纤维增强碳/环氧复合材料制成,各螺栓串联排列并沿钉孔的中心连线方向施加拉伸载荷。本文通过对螺栓位移量的测量,得以确定连接中各钉承载的百分比,发现多钉连接的载荷分配对迭层板中±45°铺层含量相当敏感,±45°纤维含量的增加将加剧多钉螺接载荷分配的不均。受载最严重螺栓的承载百分比亦随迭层板中±45°纤维含量的增加而呈上升趋势。     

固化工艺对碳纤维增强复合材料力学性能影响的正交试验研究

以NOL环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的固化制度进行正交试验设计,研究了固化工艺对碳纤维增强复合材料力学性能的影响.极差分析和方差分析表明: a)通过正交试验设计方法研究固化工艺对复合材料性能的影响,可以大大减少试验次数;b)后固化温度下的保温时间对试件力学性能影响最大;c)目前采用的固化制度不是最优组合,需要进一步寻求最优组合.     

基于节点插值子胞模型的纺织复合材料力学性能预测(英文)

节点插值子胞模型是一种通过虚位移原理和代表性体积单元建立宏观和细观应变之间关系的细观力学方法。采用节点插值子胞模型进行二维纺织纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能预测。分别建立二维平纹和交叉编织复合材料单胞的细观结构分析模型,分别采用三次B样条和正弦曲线来模拟经纱和纬纱的截面和弯曲形式,并根据纤维和基体中的孔隙含量对其模量进行折减,采用节点插值子胞模型进行宏观力学性能预测,并分析了细观结构参数和纤维体积含量对材料力学性能的影响。节点插值子胞模型的预测结果与有限元法比较表明:采用节点插值子胞模型进行二维平纹和交叉编织陶瓷基复合材料力学性能预测的有效性和可行性。     

陶瓷基双层天线罩简化模型隔热试验与仿真

对某纤维增强陶瓷基复合材料双层天线罩结构开展隔热性能分析,将双层天线罩结构简化为三层平板模型,采用石英灯辐射加热方法分别对双层天线罩结构及其简化模型开展隔热试验,对比试验结果并分析差异原因,进一步采用计算方法对简化模型进行隔热性能仿真评估,对比分析热对流效应对内部温度场产生的影响,为纤维增强陶瓷基复合材料双层天线罩的隔...     

搅拌摩擦加工法制备石墨烯/铝基复合材料及其性能研究

利用搅拌摩擦加工(FSP)法制备了石墨烯/铝基复合材料,通过光镜、SEM+EDS、拉曼光谱和XRD等分析手段对复合材料中石墨烯分散、损伤以及石墨烯-铝界面反应等进行了表征,研究了不同石墨烯加入量对复合材料力学性能的影响。结果表明:石墨烯/铝基复合材料的FSP制备能有效降低界面反应并促进石墨烯片层剥离,但同时也会导致石墨烯结构损伤的加剧。石墨烯在基体中的分散与其加入量密切相关,更多的石墨烯加入会导致其团聚和片层堆砌而影响复合材料的延伸率,合适的加入量可实现对铝基的同时增强增韧。     

三维编织复合材料力学性能分析与预估

本文用细观力学的方法对四步法１：１编织复合材料的力学性能进行了详细研究,导出了它的宏观平均力学性能与编织结构参数、基体和纤维性能的关系,并进行了实验验证,可以用它预估编织复合材料的宏观平均力学性能,作为编织复合材料结构分析的依据。     

纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度与渐进损伤分析方法研究

针对纤维增强陶瓷基复合材料热结构力学性能特点,基于Tsai-Wu强度准则,提出了一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料热结构综合强度分析的三维实体型渐进损伤分析方法;基于ANSYS软件APDL语言完成了分析方法的程序开发和实现,并通过与文献经典算例及典型热结构强度试验结果的对比分析,验证了本文方法的合理性和正确性。研究结果表明:本文方法可有效分析和预示纤维增强陶瓷基复合材料热结构的承载能力和损伤失效形式,具有很高仿真分析精度,解决了力热综合条件下复杂热结构强度预示与渐进损伤分析评估技术难题。     

纤维增强树脂基复合材料界面相容性研究现状

纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、轻质以及可设计性强等性能,已成为目前研究的热点。纤维增强相与树脂基体两相间的界面相容性是决定复合材料的性能及加工工艺的关键因素。综述了树脂对纤维的浸润性、界面元素和化学键、界面剪切强度、界面微观形貌等4项评估材料界面相容性的测试方法,实现对材料界面相容性的全面评估。     

再生型木塑复合材料的研究

为了充分利用城市固体废弃物中的各项资源,本项工作将固体废弃物中的高密度聚乙烯(H igh dens itypo lyethy lene,HDPE)回收后与废弃的木纤维进行复合,成功地制备出再生型木塑复合材料。研究了木纤维长度、含量以及相容剂对木塑复合材料热性能和力学性能的影响。通过扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断口形貌,分析了此类复合材料的断裂机制。结果表明:木纤维的加入使HDPE的结晶温度降低,结晶速度减慢;相容剂的加入大大改善了木纤维与基体树脂之间的界面结合。随着木纤维含量的增加,木塑复合材料的弯曲强度升高,冲击强度下降。