三维石英纤维增强氮化物基复合材料的烧蚀性能及显微结构

采用先驱体转化法制备了三维石英纤维增强氮化物基复合材料(3D SiO2f/Si3N4-BN),用等离子射流烧蚀方法研究了复合材料的烧蚀性能,运用扫描电镜及能谱仪对烧蚀表面微观形貌进行了观察和分析。结果表明氮化物基复合材料在高压高热流等离子体烧蚀下线烧蚀率为0.91mm/s,石英纤维熔融并被吹除带走了大量的热量,熔融层抑制了基体的机械剥蚀。基体由于强度高、升华温度高,延缓了熔融层的吹除,表明氮化物基复合材料是一种良好的耐高温烧蚀透波材料。     

纤维织物复合材料组分材料体分比的显微CT实验测定法

针对纤维织物复合材料的组分材料体分比测定问题,提出一种基于显微CT图像的测定方法。该方法可以通过不同尺度的显微CT图像分别测定全局纤维体分比、局部纤维体分比和纤维束体分比参数,还可以为难以用常规物理实验测定体分比的复合材料组分材料体积分数测定提供解决方案。以E-Glass/Epoxy纤维织物复合材料为研究对象,对比ASTM D3171 Procedure G、扫描电镜实验和显微CT实验三种测定法的测量值,结果证明了显微CT实验测定法的可行性和合理性。针对扫描电镜图像和显微CT图像,分别给出了相应的图像处理方法,为获得正确的组分材料分割结果提供了技术保证。显微CT实验测定方法可以广泛应用于复合材料组分材料体分比的测定。     

吸湿环境对石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料吸湿行为的影响

研究了不同温度、湿度环境下,夹层结构石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料及其芯材和面板的吸湿规律。将石英纤维增强环氧树脂面板、PMI泡沫、复合材料面板/PMI泡沫夹层结构试样在不同吸湿环境中进行吸湿处理后,对其吸湿行为进行分析。结果表明:浸水环境下面板、PMI泡沫、PMI泡沫夹层结构复合材料都表现出更为严重的吸湿行为;在潮湿环境中,50℃至70℃范围内,温度越高,试样在吸湿过程中的质量损失越多,最终的饱和吸湿率越小;在60℃以内的潮湿环境中,PMI泡沫夹层结构复合材料的饱和吸湿率可以通过相同环境下面板复合材料和PMI泡沫的吸湿率进行预测。     

我国纤维增强复合材料的发展概况和前景

本文概略论述了我国近年来纤维增强复合材料的发展情况,玻璃纤维增强复合材料、碳纤维复合材料以及有机纤维和碳化硅纤维增强复合材料的进展及应用,并对今后的发展前景做了评述。     

聚碳硅烷先驱体制备SiC基复合材料的性能研究

本文以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,SiC晶须,SiC微粉或C纤维为增强剂,热解转化制得SiC/SiC或C/SiC复合材料,研究其制备工艺过程对材料的力学和热物理性能的影响。结果表明:PCS在1300℃下转化为β-SiC微晶并将未烧结的增强剂网络在一起形成SiC/SiC或C/SiC复合材料。该SiC基复合材料具有较好的常温和高温机械强度,优异的耐热疲劳和抗热震性能,在1300℃空气中具有良好的抗氧化性。     

纤维复合材料加固混凝土柱承载力试验研究

纤维复合材料（FRP）是新型建筑结构材料。以11根外包碳纤维、玻璃纤维、芳纶三种复合材料的混凝土圆柱轴心受压试验为基础，提出了纤维混凝土组合柱承载力计算模型；得出FRP可极大提高混凝土柱的抗压承载力；对三种纤维约束效果进行对比：芳纶效果最好，碳纤维次之，玻纤较差。     

石英纤维增强苯并噁嗪树脂复合材料研究

对苯并(啞心)嗪树脂应用于RTM工艺制备石英纤维增强复合材料进行了研究.系统考察了该树脂的工艺性能及力学性能,制备并测试了石英/苯并(啞心)嗪复合材料的力学性能及耐烧蚀性能,并将相关性能与钡酚醛与石英/钡酚醛进行了比较.结果表明,在85℃～145℃温度区间内苯并(啞心)嗪树脂粘度保持在800mPa·s以下,树脂具有较宽的低粘度温度平台和较长的低粘度保持时间.力学性能及耐烧蚀性能研究表明,石英/苯并(啞心)嗪复合材料的层间剪切强达到了61.5MPa,拉伸强度和弯曲强度显著优于石英,钡酚醛复合材料,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.0510g·s-1和0.032mm·s-1.石英/苯并(啞心)嗪复合材料是一种可采用RTM工艺制备的耐烧蚀材料.     

金属泡沫复合材料夹芯结构的压痕响应实验

金属泡沫夹芯结构是近年来新出现的一种明显具有结构和功能一体化特点的新型轻质材料,它在临近空间飞行器、航海及汽车等领域有着广阔的应用前景。以以纤维增强复合材料面板、闭孔泡沫铝芯子为特征的复合材料夹芯结构为研究对象,对其在球形压头作用下的压痕响应、损伤模式、变形机制和失效机理进行理论分析和实验研究。研究发现,泡沫铝复合材料夹芯结构的压痕响应是夹芯结构的各个组成部分的响应、相互作用以及压头属性的综合作用结果。泡沫铝复合材料夹芯结构在球压头作用下的损伤模式为基体开裂、纤维断裂、层间分层、泡沫铝的屈服及剪切断裂五种失效模式。     

纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的制备及其性能

将无机陶瓷纤维与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料。SiO2气凝胶纤细的骨架颗粒减少了固态热传导,纳米级孔减少了气体热传导和对流传热,同时无机陶瓷纤维减少了辐射传热。SiO2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其200℃和800℃的热导率分别为0.017W/m.K和0.042W/m.K。纤维的加入提供了力学支撑,高温处理增强了气凝胶骨架强度,材料在常温和高温下均具有良好的力学性能,其常温的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.44MPa、1.31MPa和0.98MPa(10%应变),800℃的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.95MPa、1.80MPa和1.42MPa(10%应变)。     

静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维及包覆纱线研究

利用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈（PAN）纳米纤维,考察了PAN溶液质量浓度、纺丝电压和挤出速率等工艺参数对PAN纳米纤维制备及其微观形貌的影响,制备了直径可控的PAN纳米纤维,并将其对纱线进行包覆。结果表明：PAN溶液的质量浓度和挤出速率对纤维成形和直径的影响较大,随着PAN溶液质量浓度升高,溶液可纺性增加;较低的挤出速度能纺出直径细而均匀的纳米纤维;纤维直径随着纺丝电压的增加而减小。PAN纳米纤维与纱线能较好地复合,为纳米纤维的应用、纱线改性和纤维增强增韧复合材料界面设计提供了新方法和技术支撑。     

玻璃纤维增强复合材料的损伤分析

本文对玻璃纤维增强复合材料层合板进行了拉、剪多向应力本构关系的实验研究,成功地用软x射线照相观察到材料内部微裂纹沿纤维方向近似均匀分布,并沿裂纹面扩展至破坏的损伤形貌,同时结合声发射技术等监测其扩展规律。在此基础上建立了基于微观机制的微裂纹损伤模型,预测材料的损伤非线性本构关系和破坏,以及实验观察到的一些复合材料特有的损伤现象,理论预测结果与实验值吻合。     

预应力与非预应力BFRP筋混凝土梁非线性有限元分析

玄武岩纤维筋（BFRP筋）是一种性能优良的新型复合材料。为研究玄武岩纤维筋在预应力结构中的应用，运用混凝土结构非线性有限元的基本理论，利用ANSYS对预应力、非预应力玄武岩纤维筋混凝土梁进行非线性全过程计算。根据荷载挠度曲线、特征荷载值、裂缝情况等结果进行对比分析，结果表明预应力玄武岩纤维筋混凝土梁具有较高的抗裂度和刚度，而变形能力却较差；在等配筋率的情况下，极限承载力与非预应力梁相当。     

偏磷酸铝在Cf/AL 复合材料中的应用

以高模高强石墨纤维Ｍ４０Ｊ增强铝基复合材料为研究对象,研究了真空液相压渗工艺中,偏磷酸铝粘接剂对纤维预制件抗压性能及复合材料力学性能的影响。结果表明：偏磷酸铝的含量、Ａｌ／Ｐ原子比及处理温度对预制件的抗压性能均有显著影响,加入５％偏磷酸铝粘接剂溶液的预制件,经５００°Ｃ处理后的抗压性能满足压渗要求,纤维保持了较好的平直度及分布均匀性,所制备的复合材料抗拉强度大于５００ＭＰａ,抗弯强度大于８００ＭＰａ     

微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。     

超越“凯芙拉”的神奇纤维

说起“凯芙拉”,几乎尽人皆知。这种由美国杜邦公司开发出的具有划时代意义的神奇纤维,已经成为人们心目中防弹材料的代名词,一度被称为“终极防弹材料”。而近年来兴起的超高分子量聚乙烯纤维,由于具有比“凯芙拉”更优异的性能,越来越受到人们的青睐,成为绽放在特种材料园地中的又一朵奇葩。     

UHMWPE纤维混凝土基本力学性能研究

研究了一种由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强的新型纤维混凝土基本力学性能。针对C70等级高强混凝土,设计了四种体积掺量纤维混凝土,通过立方体抗压、劈裂抗拉和四点弯曲抗折试验,分析了纤维掺量对混凝土力学性能的影响。结果表明：UHMWPE纤维对混凝土的抗压强度增强作用不明显,但较大提高了混凝土的抗拉强度和抗折强度,且对混凝土有很好的阻裂、增韧效果。在纤维体积掺量为0.3%~0.5%时,劈裂抗拉强度提高25%以上;掺量0.5%时,弯曲抗折强度提高率超过23%。     

烧结温度对 Cf/SiC 复合材料界面的影响

系统地研究了烧结温度对Cf/SiC复合材料界面和力学性能的影响.结果表明,烧结温度较低(1700℃)时,由于复合材料的烧结性差,纤维与基体间仅仅为一种机械结合,因此纤维与基体间结合很弱,从而导致复合材料力学性能低.烧结温度提高至1800℃后,由于适量的富碳界面相不仅可避免纤维与基体间的直接结合,而且使纤维与基体间的结合强度适中,因而复合材料具有很好的力学性能.进一步提高烧结温度至1850℃或更高温度时,由于界面相与纤维间的反应加重,纤维本身性能大大降低.同时,纤维与基体间结合强度提高,因此复合材料的力学性能大大降低.     

短纤维复合材料的随机微结构力学分析

利用随机介质微观力学方法对纤维大小、方向随机分布的短纤维复合材料弹性模量进行了计算。给出了与微观性能相联系的复合材料弹性模量计算公式。对铝基碳化硅增强短纤维复合材料进行了计算及实验验证。     

用溶胶-凝胶法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝基复合材料的研究

本文研究了溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－ｇｅｌ）法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝（Ａｌ２Ｏ３）基复合材料的成型工艺及其力学性能，研究了两种主要起始物Ａｌ（ＮＯ３）３、ＡｌＣｌ３配制的氧化铝溶胶对复合材料成型工艺和力学性能的影响。分别以Ａｌ（ＮＯ３）３和ＡｌＣｌ３为起始物，制备得到Ⅰ＃、Ｉ＃复合材料。研究表明，以Ａｌ（ＮＯ３）３为起始物配制的溶胶粘度较小，利于材料的致密化。经过溶胶浸渍、凝胶、裂解１３个周期后，Ⅰ＃材料的密度和室温三点弯曲强度分别为１．８６ｇ／ｃｍ３和１４５．２ＭＰａ，而ＩＩ＃材料的密度和室温三点弯曲强度分别为１．６３ｇ／ｃｍ３和１０４．１ＭＰａ，材料均呈典型的韧性断裂模式。用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察试样的断口形貌，发现断口表面有大量的纤维拔出，纤维表现了较好的增韧效果。     

纤维增强混凝土抗侵彻性能分析

本文根据冲击强度等试验结果对多种纤维增强混凝土的抗侵彻性能进行了分析,并提出了今后发展抗侵彻纤维增强混凝土的一些应注意的问题。