计及基体刚度的单向复合材料应力集中分析

提出了一种计及基体拉伸刚度效应的修正剪滞模型，用于研究单向纤维增强复合材料中由于纤维或基体破坏所引起的应力重分布问题。文中定量讨论了纤维／基体拉伸刚度比及纤维体积分数对断口邻近的纤维和基体的应力集中的影响。证实了当基体拉伸模量较低（如树脂基复合材料）及纤维体积分数较大时，可以忽略基体刚度对应力集中的影响；而对于其它情形（如陶瓷、金属基复合材料），就不可忽略基体刚度的影响。     

高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

超高性能混凝土（UHPC）具有优异的抗压强度，而超高延性水泥基复合材料（ECC）具有优良的拉伸应变强化能力，二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋（FRP bar）具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用，有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题，同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体（普通混凝土、ECC和UHPC）与2种筋材（钢筋、BFRP筋），在其材料性能试验基础上，对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明，复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度，但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定；高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态，反而降低了体系的延性（拉伸变形能力）。初步证明，基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。     

WC颗粒增强钢基表层复合材料中增强相和组织的演化

运用“复合剂技术”制备了WC颗粒增强钢基表层复合材料，系统研究了颗粒尺寸对WC颗粒在复合材料组织中的存在形态及复合材料组织变化的影响规律．结果表明：WC颗粒溶解于高温钢液，微区内W、C元素的含量显著提高，存在合金元素的相互扩散和迁移；当加入的WC颗粒直径小于100μm时，WC颗粒不再以原有的形态发挥硬质相的作用，而是形成新相（W，Fe）7C3型碳化物来发挥硬质相的作用，最终在铸钢基体的表面形成高碳高钨的白口铸铁组织．     

玄武岩纤维布增强不同树脂基体复合材料的制备与力学性能

利用3种不同的制备工艺,成功制备了相同玄武岩纤维布含量但5种不同树脂基体的玄武岩纤维布增强树脂基复合材料.5种树脂基体包括热固性的环氧树脂、乙烯基酯、热塑性尼龙6、聚碳酸酯及ABS树脂.所制备的5种复合材料组织均匀致密,玄武岩纤维布分布特征相同.研究了玄武岩纤维布增强树脂基复合材料准静态拉伸和3点弯曲力学性能,探讨了树脂基体种类的变化对力学性能的影响规律.在此基础上,通过微观分析研究了玄武岩纤维布增强树脂基复合材料在准静态拉伸和3点弯曲加载条件下的破坏机制,并揭示了树脂基体种类的变化对力学性能影响的机理.      

铁基／SiC颗粒复合材料界面的稳定性

分析了铸造合金颗粒复合材料中的增强相（ＳｉＣ颗粒）与基体（铸铁）界面结合的形态及影响因素，界面结合机制和稳定性，提出了改善界面结合状态的方法。在实验室条件下，采用离心铸造工艺制取铁基／ＳｉＣ颗料复合材料，通过金相分析和电子探针等测试手段，研究了经不同的主温处理后铁基／ＳｉＣ颗粒复合材料界面变化规律。     

短碳纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备与机械性能

研究了单向短切碳纤维增强锂铝硅酸盐（ＬＡＳ）玻璃陶瓷基复合材料的制备工艺及其对复合材料机械性能的影响．结果表明：短切碳纤维增强ＬＡＳ玻璃陶瓷基复合材料的性能与热压温度、热压保温时间、热压压力有关；随纤维体积含量的不同，复合材料性能存在不同的最佳热压工艺；最佳热压工艺受玻璃陶瓷基体中液相的高温粘性流动行为的影响     

氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究

以天然石墨为原料，利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并对其进行X-射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征。之后利用一种新型的有机溶剂三缩水甘油基对氨基苯酚（TGPAP）作为相转移剂和表面活性剂，将氧化石墨烯（GO）从水溶液转移到环氧树脂基体中，去除水分，加入固化剂进而得到混合液，最后利用浇铸法得到复合材料。通过万能测试拉力机对复合材料的拉伸性能和弯曲性能进行测试，结果表明氧化石墨烯的加入能够有效增强复合材料的力学性能：在添加0.1%（质量分数）的氧化石墨烯时，复合材料拉伸强度达到最大值77.29 MPa，与不添加氧化石墨烯相比提高了26.60%；在添加1.0%的氧化石墨烯时，拉伸模量达到最大值2 451.99 MPa，与纯环氧树脂相比提高了21.69%。     

挤压铸造碳纤维增强A356金属基复合材料凝固过程的研究

分析了挤压铸造制备ＣＦ／Ａ３５６复合材料的充填过程，研究了工艺参数对基体合金凝固组织的影响．实验结果表明，当预制件中纤维均匀分布时，存在三角形、正方形、六边形３种排列方式，其充填阻力Ｐ＝４．３２ＭＰａ．挤压铸造ＣＦ／Ａ３５６复合材料时，当浇注温度较高时，其凝固发生在整个浸渗过程结束之后，这是由于模具和纤维的激冷作用，而首先凝固的晶坯在浸渗过程中局部或完全重熔；基体合金初生α－Ａｌ相在纤维间隙中形核并逐渐向纤维表面长大；而共晶Ｓｉ相依附碳纤维表面形核并长大，当预制件预热温度高于基体熔点时，共晶Ｓｉ相包覆碳纤维表面长大．随着凝固冷却速率的降低，共晶Ｓｉ相形态发生从蠕虫状、细针状到片状或块状的转变，其尺寸由小到大变化．     

表面处理对玻纤/碳纤增强橡胶基密封复合材料性能的影响

采用压延成张工艺制备碳纤维和玻璃纤维混杂增强非石棉橡胶基密封复合材料(NAFC),以横向抗拉强度作为表征混杂增强橡胶基密封材料中纤维与橡胶界面粘结性能的指标.通过扫描电镜(SEM)对材料横向拉伸试样断口进行形貌分析,及对材料的耐油、耐酸、耐碱性能进行测试,探讨了不同表面处理工艺对纤维与基体界面粘结效果的影响.研究结果表明,对玻璃纤维采用偶联剂KH550浸渍后涂覆环氧树脂涂层,对碳纤维在空气氧化后涂覆环氧树脂涂层,可有效增强纤维、基体的界面粘结,所制得的混杂纤维增强复合材料具有较好的机械性能和耐介质性能.     

甲壳素纤维增强聚复合材料的相间相互作用

用短切甲壳素纤维增强聚（ε-已内酯）制备出新型生物可吸收复合材料,通过热分析方法（DSC、DMTA）研究了该复合材料的纤维相和基体树脂相之间的相互作用（相间相互作用）。结果表明：复合材料的熔点并不随纤维含量的增加而改变,而结晶温度在纤维含量较高时略有增加,但不明显。动态热机械分析表明,复合材料的储能模量（E’）随纤维含量的增加而增加,表征玻璃化转变温度的损耗因子松弛峰的峰值温度和损耗模量的温度都不随纤维含量的改变而变化。研究表明,纤维和树脂之间的相互作用很弱,是一种两相分离的结构。     

碳纤维/环氧树脂复合材料在爆炸冲击下的微损伤分析

采用光学显微镜和 JEM- 6 30 1F场发射扫描电镜 ,观察了多向编织碳纤维 /环氧树脂复合材料在不同载荷下的断口和微损伤形貌 ,并分析其破坏形式和损伤过程。目的是为复合材料的结构设计和制造提供依据。实验结果表明 :低速加载下断裂过程依赖于应力的传递特性 ,表现为脆断 ,纤维断裂主要是由纤维表面缺陷引起的。在爆炸冲击下 ,试件碎裂区纤维呈现出剪切断裂和脱粘拔出 ,纤维间树脂呈层状或河流状花样 ;爆炸产生的复杂应力将首先择优作用于编织束界面上 ,形成沿束界面扩展的裂纹     

反应性聚碳酸酯增韧改性环氧树脂的相结构与性能

研究了反应性聚碳酸酯 /环氧树脂体系中胺化聚碳酸酯的用量对固化体系的形态结构、玻璃化转变温度 Tg 和力学性能的影响 .用 SEM和 AFM对固化体系的形态进行了表征 .结果表明 ,固化体系的相容性良好 ,形成一个均相网络结构 .对胺化聚碳酸酯改性环氧树脂的体系与纯环氧树脂体系的力学性能进行了比较 ,发现前者断裂韧性和冲击韧性分别提高了 50 %和 4 4% ,而弯曲性能变化不大 ,拉伸性能有所下降 .DSC的测试结果表明增韧体系的 Tg 下降 .     

稀土处理对F-12纤维/环氧复合材料拉伸性能的影响

分别采用稀土改性剂（RES）、环氧氯丙烷（ECP）接枝改性方法对F-12芳纶纤维表面进行改性处理，研究这两种表面改性方法对F-12纤维的单丝拉伸强度及其环氧复合材料拉伸性能的影响．探讨了改性剂中稀土元素质量分数对复合材料拉伸性能的影响，并应用扫描电子显微镜（SEM）对复合材料拉伸试件的断口进行分析．结果表明，RES能很好地提高F-12纤维和环氧基体的界面结合力，从而明显地提高复合材料的拉伸性能，并且对纤维的单丝拉伸强度几乎没有影响．     

纳米蒙脱土钢纤维树脂基复合材料的制备

以钢纤维、有机处理蒙脱土、天然花岗岩及环氧树脂为原料,采用不同制备工艺及固化工艺,制备钢纤维有机蒙脱土协同增强树脂基复合材料,并对其进行抗压强度实验及断口分析。结果表明,采用钢纤维有机蒙脱土协同增强环氧树脂,固化条件为120℃4 h后室温固化10 d,抗压强度可达89.8MPa,通过断口发现,裂纹沿钢纤维与树脂基体界面扩展,树脂基体通过蒙脱土强化,协同增强作用明显。     

生物医用聚乳酸纤维增强壳聚糖棒材

利用原位沉析法制备了聚乳酸纤维/壳聚糖复合棒材,对复合棒材的微观形貌、力学性能进行了表征.有机聚乳酸纤维和有机壳聚糖基体具有良好的相容性,纤维表面还会因氢键等作用和基体产生物理吸附及一定的分子链缠结,SEM结果表明,纤维与基体间形成了良好的界面作用.复合棒材因聚乳酸纤维的加入有效地提高了弯曲强度和模量.当添加8%(质量分数)11 mm长的纤维时,复合材料弯曲强度达到108.9 MPa,比壳聚糖提高了54.9%,复合棒材弯曲模量达到4.74 GPa,比壳聚糖提高了170.9%.聚乳酸纤维和壳聚糖均具有良好的生物相容性和可降解性,这种复合材料在可吸收内固定材料方面将具有广阔的用途.     

纤维再生微粉水泥基复合材料断裂性能分析

基于三点弯曲试验,研究水胶比、再生微粉取代率、纤维种类对纤维再生微粉水泥基复合材料(FRPCC)断裂性能的影响.根据双K断裂参数分析各因素对FRPCC的增韧效果,并结合微观形貌分析各因素对FRPCC韧性的改善机制.结果表明：水胶比增大使纤维再生微粉水泥基复合材料失稳韧度先升高后降低;断裂韧度随着再生微粉取代率提升呈现先增后减的趋势;单掺玄武岩纤维(BF)会使FRPCC脆性增加,聚乙烯醇纤维(PVA纤维)占比增大能够明显提升FRPCC的断裂韧度;当水胶比为0.28、再生微粉取代率为45%、复掺0.2%玄武岩纤维和1.7%PVA纤维时,微观结构紧密,断裂韧度最优.     

Adhesion of PBO Fiber in Epoxy Composites

The high mechanical and thermal performance of poly p-phenylene- 2, 6-benzobisoxazole ( PBO ) fiber provides great potential applications as reinforcement fibers for composites. A composite of PBO fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties, therefore, it is considered to be the best choice for the reinforcement in high magnetic field coils for pulsed magnetic fields up to 100 T.However, poor adhesion between PBO fiber and matrix is found because of the chemically inactive and/or relatively smooth surface of the reinforcement fiber preventing efficient chemical bonding in the interface, which is a challenging issue to improve mechanical properties. Here, we report the surface modification of PBO fibers by ultraviolet (UV)irradiation, O2 and NH3 plasma, as well as acidic treatments. The interfacial adhesion strength values of all the treatments show the similar level as determined for aramid fibers by pull-out tests, a significant impact on fibermatrix-adhesion was not achieved. The surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish.For the extracted fiber, different surface treatments either show no apparent effect or cause reduction in adhesion strength. Atomic force microscopy (AFM) topography analysis of the fracture surfaces proved adhesive failure at the fiber surface. The fiber surface roughness is increased and more surface flaws are induced, which could result in coarse interface structures when the treated fiber surface has no adequate wetting and functional groups. The adhesion failure is further confirmed by similar adhesion strength and compression shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior. The tensile strength of fiber is sensitive to surface treatment conditions as revealed by a bimodal Weibull statistical distribution analysis. Considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic and plasma treatments, while UV irradiation shows the better ability to retain fiber strength.     

Acoustic Performance of Green Composites for Chinese Traditional Percussion Drums

Flax and jute fabrics are adopted to reinforce epoxy matrix composites in order to explore the feasibility of replacing wood in percussion instruments. The fabrics are treated with alkaline solutions to improve interfacial adhesion between fibers and epoxy. The composites are fabricated using the hand-lay and vacuum assisted resin infusion process. Acoustic dynamic moduli, acoustic radiation damping coefficients, and acoustic impedances of the composites are tested and compared with those of the wood regularly used to make the percussion instruments. It is found that the acoustic properties of the composites are within the range of those of the wood, indicating that it could be feasible to replace the wood with natural cellulose fiber reinforced composites in percussion instrument production.     

Surface Treatment of UHMWPE Fibers for Adhesion Promotion in Epoxy Polymers

Surface of Ultra-high molecular weight polyethylene （UHMWPE） fiber were treated by chromic acid chemical etching, pyrrole chemical vapour phase deposition and the complex of these two methods, respectively. The change of surface properties and structure of fibers were discussed by Fiour Transform Infrared Spectroscope （FTIR）, Dynamic Mechanical Analysis （DMA） and Scanning Electron Microscope （SEM）. The results show that some new oxygenous groups could be found on surface of UHMWPE fiber after chromic acid chemical etching, which enhanced intemolecular interaction with polypyrrcle. The adhesion of the fiber and resin natrix increased after pyrrole chemical vapour deposition. When chromic acid etching combined with pyrrole chemical vapor deposition, the treated fiber not only has the same properties as original fiber bat also outstanding adhesion to epoxy resin matrix, and its composites have better mechanic properties shear strength）, resulting from intemolecular interaction treated fiber and polypyrrole.     

碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

通过对多壁碳纳米管进行表面处理,用超声分散和模具浇注成型法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。研究了碳纳米管含量和表面处理对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了碳纳米管对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度及模量先增加后减小;当碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到最大值69.8MPa、136.9MPa和3.72GPa,比纯环氧树脂提高了33.9%、29.3%和4.8%;当碳纳米管的质量分数为1.5%时,拉伸模量达到最大值2050.5MPa,比纯环氧树脂提高了7.3%。