嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的力学性能

为了提高复合材料的层间结合性能,满足其三维力学性能可设计性的要求,提出了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,开发了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的制作工艺,其中阻尼材料的硫化温度和时间与预浸料内树脂的固化温度和时间相同。采用改进的锁式缝合方法缝合铺层后的预成型体,使用热压罐制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件。对试件进行了层间剪切试验、自由衰减试验、拉伸破坏试验,结果表明:阻尼性能与最大拉伸力随着针距的增大而增大,层间结合性能随针距的增大而变差。其中,在阻尼层厚度为0.1 mm的情况下,改变针距,缝合后材料的相对阻尼比为2.16%～2.92%,拉伸强度为412.9～427.4 MPa,层间结合强度为6.12～7.91 MPa。该研究可为对三向力学性能有要求的复杂受载大阻尼复合材料构件的广泛应用提供参考。     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析。研究结果表明:衬层-推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑；湿热老化促进了环境水分从衬层–推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低。试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期。      

莫来石/硅酸盐低膨胀率粘接材料固化机理与结构性能

以硅酸钠水溶液、莫来石粉体为原料制备了低膨胀率的莫来石/硅酸盐粘接材料,并通过FT-IR、XRD、NMR等方法对不同温度下热处理的样品进行了表征。结果表明,材料的固化反应发生在室温与400℃之间,为硅酸钠水溶液中的链式或环式聚硅酸、莫来石粉体上的铝羟基间缩合脱水反应,构建了以硅、氧、铝为主的三维体型网状结构;所制备的具有低膨胀系数的莫来石/硅酸盐粘接材料在100～400℃的温度范围,线膨胀系数为(1.2～3.7)×10-6K-1,600℃时线膨胀系数最大为1.45×10-5K-1,套接压缩剪切强度达25MPa。     

超声压紧对低能电子束分层固化复合材料质量的影响

针对低能电子束分层固化复合材料层间孔隙缺陷导致层间剪切强度较低的问题,设计了超声压紧装置。该装置通过压头将超声波作用于预浸带铺层上,配合低能电子束固化系统制作复合材料层合板,并研究了超声压紧参数对复合材料质量的影响。实验结果表明,超声振动在压紧过程中产生的机械效应和热效应可有效减少孔隙,增强纤维与树脂的界面结合性能,提高层间剪切强度,从而改善复合材料试件质量。其中,振幅对复合材料孔隙率及层间剪切强度影响最大,当超声振幅为7.5μm时,试件致密性明显改善,孔隙率降至1.80%,层间剪切强度提高11.7%;压紧力影响相对较小,当压紧力从100 N到220 N变化时,层间剪切强度只有3.64%的提高,孔隙率在2.62%以下。过大的振幅与压紧力都会引起压紧过程中预浸带温度升高,导致树脂固化度提高,渗透性变差,孔隙率增加,使复合材料质量降低。     

蜂窝结构柔性机翼蒙皮变形特性研究

对一种蜂窝结构柔性蒙皮进行了研究,基于Y模型分析了蜂窝结构拉伸变形力学特性。通过MSC.Patran/Nastran有限元仿真获得拉伸变形时蜂窝胞壁应力及应变分布。制备了层合板复合材料蜂窝结构蒙皮试件,进行了拉伸实验。结果表明:蒙皮试件倾斜胞壁靠近三个胞壁粘接处最先受到破坏,脱层位置与仿真结论一致,验证了所建立仿真模型的有效性。     

金属基陶瓷涂层用无机结合剂的制备

采用H3PO4,Al(OH)3为主要原料合成金属基陶瓷涂层用无机胶粘剂,以磷酸盐胶粘剂为基料,添加氧化铜为固化剂,通过设计氧化铜和磷酸盐的配比即调胶比配制而成;并将其刷涂在金属基体表面.研究氧化铜粒度、调胶比、固化温度和时间对胶黏剂粘结强度的影响;利用电子万能试验机测试其拉伸、剪切强度.采用扫描电镜分析粘结机理.结果表明:随着磷酸盐密度增大,调胶比由小到大时,胶粘剂的粘接强度由大变小.随着固化时间的增加,胶粘剂的粘接强度增大;随着固化温度的升高,胶粘剂的粘接强度先增大后减小.胶粘剂Al/P=1:3、氧化铜粉粒径为200~400目、调胶比为4g/ml、固化温度为160℃、固化时间不少于3h时,能达到理想的粘接强度.基体与胶粘剂的界面结合强度源于机械互锁与互扩散.     

海洋环境玻璃纤维增强复合材料自然老化试验

采用海水浸泡-阳光暴晒循环老化的方法来模拟海洋环境中复合材料的实际工作环境,分别评价手糊和真空成型两种玻璃纤维复合材料在海洋环境中的耐久性.通过对老化前后复合材料的质量变化、轴向拉伸强度和面内剪切强度的分析,研究玻璃纤维增强复合材料的老化规律.结果表明:经过湖北武汉和海南三亚70d的自然循环老化,增质量率随时间的增加而增加,干燥试件强度大于湿态试件剩余强度,武汉试件老化剩余强度大于三亚试件剩余强度,手糊和真空成型2种工艺的玻璃纤维增强复合材料表现出不同的老化规律和失效类型.     

光纤光栅传感器高温粘接失效机理实验

随着耐受温度的不断提高, 高温光纤光栅在高温热结构领域的应用潜力愈发明显. 高温粘接是一种实现光纤光栅传感器应用的最简单有效的方法, 但高温环境使得高温粘接存在多种失效的可能. 通过高温拉伸和剪切实验研究了光纤光栅传感器与超高温陶瓷粘接的粘接性能, 结合断口的宏微观形貌观察研究了高温粘接的失效机理. 研究结果表明: 当温度为 500 和 650 ℃ 时, 粘接破坏是包含界面破坏和粘接剂内聚力破坏的混合破坏模式, 并且以粘接剂内聚力破坏为主; 在 800 和 1 000 ℃ 环境下, 粘接失效主要是缘于界面破坏. 在热和力的共同作用下, 粘接剂内部的孔洞逐渐扩展为裂纹, 导致抗拉强度减弱, 而单纯的高温热处理却会提高粘接性能.     

B4C改性酚醛树脂对Si3N4的高温粘接性能

以酚醛树脂为基体,加入B4C作为改性填料制备出高温粘结剂,并对Si3N4陶瓷进行粘接.在300～800 ℃温度范围内对Si3N4陶瓷粘接试样进行热处理,并测试了不同温度热处理后的室温剪切强度.结果表明,经过700～800 ℃热处理后,粘结剂表现出较为理想的粘接性能,剪切强度测试结果为Si3N4陶瓷基体破坏.利用扫描电镜研究了粘接试样的断面形貌及胶层结构特征.研究表明,在高温热处理过程中,B4C改性填料发生了复杂的物理、化学变化,通过B4C与树脂挥发分之间的改性反应,有效提高了酚醛树脂热解后的残炭值,进而改善了粘接胶层结构的高温稳定性;纤维状物质的形成与B2O3颗粒的细化,有助于提高粘接胶层的连接强度.     

微/纳米无机颗粒对聚氨酯-环氧树脂基复合材料性能的影响

通过机械搅拌混合法制备了微/纳米无机颗粒改性的聚氨酯-环氧树脂复合材料,研究了颗粒组成和含量对复合材料力学和热稳定性的影响,进而探讨了所得复合材料的强韧化机理.结果表明:相比微米颗粒,纳米颗粒的加入能显著提高复合材料的层间剪切强度和拉伸强度,降低层间剪切模量,同时改变材料的断裂方式.当纳米SiC颗粒的添加量(质量分数)为2%时,所得复合材料的层间剪切强度和拉伸强度分别为44.7 MPa和56.56MPa,相比添加前提高约88%和74%,所得复合材料不同失重率下对应的温度较添加前提高了4~8℃.纳米颗粒弥散强化和钝化银纹扩展是复合材料主要的强韧化机理.     

胶结层含石英砂的黏钢加固混凝土界面黏结滑移本构关系研究

分别以石英砂掺入量不同的结构胶为黏结剂,制备多组黏钢加固混凝土试件,通过对所制试件进行双面剪切试验,得到各组试件的破坏模式、界面承载力以及不同荷载水平下钢板表面的应变分布。针对试验结果展开理论分析,在考虑钢板、混凝土构件宽度比以及混凝土抗拉强度等因素的基础上,对Nakaba黏结滑移模型进行修正,获得更适用于胶结层含石英砂的钢板-混凝土界面黏结滑移本构关系分析模型。     

外力作用下聚氨酯胶粘剂在NaCl水溶液中的耐久性

用聚氨酯胶粘剂和铝片制备胶接试样并在NaCl溶液中浸泡,考察了NaCl溶液的温度、NaCl的质量分数以及应力对胶粘剂粘结强度的影响。采用拉伸实验法测试胶接试样的拉伸剪切强度,分别用扫描电子显微镜图、红外光谱图分析浸泡前后胶层的表面形貌和胶粘剂分子结构的变化。结果表明,胶粘剂的粘结强度随载荷的增加而急剧下降,失效所需时间从1000N 的150h 快速降至2000N下的30h以下;在恒载荷时,失效所需时间从NaCl的质量分数为5%的60h上升至15%时的160h。温度的作用主要表现为在浸泡初期能加速聚氨酯胶粘剂的降解和粘结强度的下降,粘结强度从35℃的93.5%下降到70℃的65.0%左右;但是在浸泡中后期,则其作用变小,剪切强度维持在35℃时的64.0%、70℃时的63.0%和50℃时的44.0%。     

桥面铺装环氧沥青防水粘结层性能试验与评价

为评价桥面铺装环氧沥青防水粘结层的性能,采用剪切、拉拔等试验,研究分析了环氧沥青对钢板基面和水泥板基面的粘结强度及其强度随温度和养生时间的关系;采用复合板模拟试验,分析比较了几种防水粘结层与不同基面板和沥青铺装层的剪切强度和拉拔强度。试验结果表明:环氧沥青作为桥面结构防水粘结层,其剪切、拉拔强度明显优于其他类型材料,并且对钢板基面的拉拔、剪切强度均高于水泥板基面,说明环氧沥青更适合于钢桥面铺装;在高温下,环氧沥青与其上沥青结构具有良好的粘结强度。     

聚氨酯增韧改性环氧树脂胶黏剂研究

输油管道外防护层腐蚀破坏现象严重,需要高强度复合材料修复技术具有较好的防腐效果,胶粘剂对其防护性能具有至关重要的决定作用。研究表明聚氨酯增韧剂能够提高环氧树脂胶粘剂韧性。在百分数为100的环氧树脂中加入百分数为20的聚氨酯增韧剂,其力学性能得到优化,抗剪切强度达到2.0 N/mm2,剥离强度达到60 N/cm。     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

Fatigue Properties of the Two Composite Geotextiles

In order to make clear the service life of the two composite geotextiles, their fatigue and dynamic creep properties were tested and compared. The experimental results show that the dynamic creep deformations of adhesive bonded composite geotextiles are lower than those of needle -punched composite geotextiles and the former also have longer fatigue lifetime than the latter. As during the making process, the component parts of adhesive bonded composite geotextiles are not damaged by any factors which in case make their tensile strength higher than those of the needle-punched composite geotextiles. At the end of the paper, a proper explanation was given to this phenomenon.     

高低温下复合绝缘子抗拉性能试验

复合绝缘子是由芯体和装配有金属附件的外套构成。芯体多采用环氧树脂浸渍的玻璃纤维增强塑料制成,是一种强度高、非脆性复合材料。但在芯棒与伞套之间的粘结层是薄弱环节,在大温差地区容易受力学破坏。文中采用Instron1186电子万能试验机,通过位移控制进行材料力学性能试验,研究复合绝缘子分别在高低温作用下的抗拉性能。试验表明,复合绝缘子机械破坏负荷取决于金具与芯棒连接强度,其破坏的主要特征为端部金具的滑移。因为端部金具的热膨胀系数与玻璃纤维增强环氧树脂芯棒有较大差异,无论是在高温还是低温,复合绝缘子的力学性能均较常温状态产生下滑,尤其是高温下,金具与芯棒的黏结-滑移性能会降低50%甚至更多。     

温度作用对碳纤维混凝土界面黏结性能的影响

为研究温度作用对碳纤维(CFRP)—混凝土黏结界面剪切性能的影响,首先进行了温度作用下不同固化条件的胶黏剂黏结性能试验,研究了温度作用及固化方式对胶黏剂拉伸剪切性能的影响.试验发现,玻璃化温度是影响胶黏剂高温性能的一个重要指标,温度作用下胶黏剂材料的黏结性能退化大部分发生在其玻璃化转变区域.其次,结合常温下已有的CFRP—混凝土界面黏结应力—滑移关系提出了温度作用下界面黏结应力—滑移关系的计算方法.最后,汇总和分析了目前已有的CFRP—混凝土界面试验研究结果,引入胶黏剂玻璃化温度这一参数,给出了温度作用下CFRP—混凝土界面剪切黏结强度、极限承载力和初始剪切刚度计算模型.     

复合材料层合板双面贴补结构渐进损伤分析

提出了一种分析和预测在拉伸载荷作用下复合材料层合板双面贴补结构的极限承载能力的方法,建立了分析复合材料双面贴补结构渐进损伤的三维有限元模型.胶层用各向同性模型描述,提出了基于3个方向剪切应变描述的二次剪切失效判据来预测胶层的损伤起始,定义了与材料应力应变相关的刚度折减函数来模拟损伤后胶层刚度的连续退化.层合板用正交各向异性三维模型描述,采用基于应变描述的三维Hashin准则和Ye分层准则来预测其损伤起始,引入损伤变量来考虑层合板的损伤扩展.计算结果与试验数据吻合较好,说明该方法和模型可以有效地预测复合材料双面贴补结构的拉伸极限强度.