短纤维复合材料

短纤维复合材料（精选12篇）

短纤维复合材料 第1篇

材料是人类赖以生存和发展的物质基础。人类的任何一次造型活动的突破和创新都离不开材料的发展, 丰富多元的材料使人们的创造活动具有更大的灵活性和主动性。然而, 随着环境和材料资源问题的严峻化, 具有纯天然、可持续、有害物质少等独特的环境友好特性的麻类纤维备受材料研究者们的青睐, 被广泛用于复合材料生产。

亚麻极短纤维树脂复合材料是以亚麻生产过程中产生的长度小于20mm以下的废料为主要增强材料的一种全新的天然亚麻复合材料。这种新型复合材料的研究和使用是对工业废弃物的深入开发和利用, 进一步提高了天然材料的利用率, 体现了可持续发展理念, 是对于天然材料资源的合理化、最大化和最优化利用。亚麻极短纤维树脂复合材料作为一种新兴材料, 其除具备基本的材料物理化学性能外, 还具有极强的可设计性。通过不同工艺和加工方法的处理可使亚麻极短纤维树脂复合材料呈现不同的色彩、光泽、肌理等各种装饰艺术效果, 形成丰富多变的材料质感, 能充分满足设计工作中多元化的材料使用要求。

2 亚麻极短纤维树脂复合材料的装饰性效果

2.1 材料色彩的艺术效果

亚麻极短纤维树脂复合材料在色彩表现和塑造方面具有极大的优势, 可根据设计者或设计目的的需要灵活的选择色彩类型和成色工艺, 从而形成丰富多变的天然色彩和人工色彩。亚麻极短纤维复合材料的天然材色呈咖啡色或浅褐色的木本色, 有着宛如藤材、深色系木材、纤维板材等木质材料一般的色彩属性 (图1) 。其色调感觉质朴、深沉、沉稳, 能让人从心理上感觉到温和、亲切、自然。这种亲和自然的天然色彩属性使得亚麻极短纤维树脂复合材料可以较好的模仿天然材料的色泽。

亚麻极短纤维树脂复合材料的人工色彩则非常丰富。它有透明和不透明两种着色效果。不透明着色剂处理过的复合材料完全掩盖材料纹理的美感, 使材料视觉变得密实、细致、厚重, 具有稳重、踏实感 (图2) 。亚麻极短纤维树脂复合材料的人工色彩效果不仅赋予了亚麻极短纤维树脂复合材料不同的材料色彩效果和视觉质感, 形成多元化的艺术美感, 而且还能扩大该材料的应用领域。

2.2 材料肌理的艺术效果

亚麻极短纤维树脂复合材料具有极为独特和视觉和触觉材料质感, 可比拟传统材料或人工材料。未经装饰的亚麻极短纤维树脂复合材料具有平滑、光洁、细腻的表面肌理效果, 堪比树脂材料。它看似平淡无华, 但其却有着独特的纹理效果。随意分布其间的亚麻纤维赋予了复合材料一种独一无二的纹理效果, 有着恣意、随性、天然的美感, 使复合材料肌理美感增色不少。

亚麻极短纤维树脂复合材料还具有多样的人工肌理效果。通过对模具进行所需的设计, 可以使亚麻极短纤维树脂复合材料在生产制作时直接形成各种各样的表面肌理效果。它操作方便简单, 一次成型, 加工出来的的材料肌理不仅细致、精细、浑然天成, 而且牢固、稳定, 能形成强烈的整体美感 (图3) 。此外, 材料二次加工也可使材料表面形成新的肌理效果, 比如腐蚀、雕刻可使亚麻极短纤维复合材料表面呈现凹凸的肌理;而手工切削则使材料表面肌理变得粗糙、随意, 机械切削却会呈现规整、细致的手感等等。丰富的肌理变化使亚麻极短纤维复合材料的表现性和装饰性得以提高, 极大地增强了其艺术造型美的塑造能力。

2.3 材料表面处理的艺术效果

2.3.1涂饰工艺的艺术美感。表面喷涂能弥补亚麻极短纤维复合材料在制备过程中形成的表面缺陷, 还可随意设计改造复合材料表面质感, 使其具有多样斑斓的表面美感 (图4) 。其次, 亚麻极短纤维树脂复合材料还可以通过涂饰处理逼真的模仿各种肌理效果, 如仿皮革、仿织物、仿木纹、仿金属、仿石材等, 从而使亚麻极短纤维复合材料表面获得多样的视觉和触觉美感, 材料的装饰性和可塑性得以提高。2.3.2贴面工艺的艺术美感。亚麻极短纤维树脂复合材料通过贴面工艺可以呈现不同的表面艺术效果, 而且还能赋予各异的功能。它既可以模仿木材的天然纹理和色泽, 也可以惟妙惟肖的展示天然石材的纹理美感, 同时也可以模仿金属材料的光泽和手感 (图5) 。经贴面处理后亚麻极短纤维树脂复合材料能比拟多种传统材料, 有着极大地优越性。2.3.3雕刻工艺的艺术美感。亚麻极短纤维树脂复合材料具有良好的材料加工性能, 可以像木材或人造板材那样锯切刨钻。其材质较为细腻, 极易于雕刻成型。可以根据需要选择手工雕刻或者机械雕刻, 如加以涂色, 则可使其雕刻出的色彩与亚麻极短纤维树脂复合材料形成鲜明对比。其雕刻的图案线条整齐流畅, 手感光滑细腻, 色彩鲜明跳跃, 有着极好的视觉和触觉感受 (图6) 。

3 亚麻极短纤维树脂复合材料的应用前景

亚麻极短纤维树脂复合材料具备优良的材料性能和装饰美感, 是一种具有多种环境材料特征的新型麻纤维复合材料。它具有多样设计可能性和丰富的艺术美感。可将其作为装饰材料应用于家居设计当中。既可以采用亚麻极短纤维树脂复合材料作为主体材料进行设计, 使设计产生整体统一的效果, 也可作为辅助材料, 通过与其他材料的对比产生别样的艺术美感。另外, 它还可以作为家具生产中的饰面材料或者装饰材料。此外, 亚麻极短纤维树脂复合材料有着成型工艺多样, 成型方法简单的优点。其能制成形态各异、变化繁多的品种形体和制品。其材料可塑性极其艺术设计生产的需求。利用亚麻极短纤维树脂复合材料可以塑造多种不规则、复杂多变的装饰产品。

4 结论

亚麻极短纤维树脂复合材料是一种新型的造型艺术材料。亚麻极短纤维树脂复合材料具有较好的材料装饰性, 材料的色彩设计、肌理设计和表面处理设计都可形成不同的视觉效果, 产生不同的审美感受, 满足不同的使用需求。亚麻极短纤维树脂复合材料既具有造型材料可加工、易于设计、装饰性强的优良性能, 又具有原材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等特点, 开发应用前景广阔。作为一种新型复合材料, 对其材质材性的把握还需要在不断的艺术实践创作中逐渐建立, 显示出该种材料的艺术发展潜力。

参考文献

[1]宗明明.亚麻极短纤维复合材料成型工艺与造型研究[D].哈尔滨:东北林业大学, 2007, 6.

[2]何宇声.复合材料 (玻璃钢) 与工业设计[M].化学工业出版社.2005, 1.

碳纤维复合材料论文 第2篇

摘要

一、碳纤维复合材料的概况

二、碳纤维复合材料的结构

三、碳纤维复合材料的用途

四、碳纤维复合材料的优势

五、碳纤维的产业

六、结论

1、概况

在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。

2、结构

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。

3、用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。

现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度

碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

4、优势

1、高强度（是钢铁的5倍）

2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)

3、出色的抗热冲击性

4、低热膨胀系数(变形量小)

5、热容量小（节能）

6、比重小（钢的1/5）

7、优秀的抗腐蚀与辐射性能

5、碳纤维的产业

5.1 碳纤维的取材形式及比例

预浸布：51.6%，编织布：20%（其中有12.4%要经过预浸进入后段），短切纱：19%，纤维丝束通过缠绕等方式直接使用：9.9%.5.2 碳纤维产业链关联度非常紧密，上游帮扶下游就是帮自己碳纤维产业链。碳纤维制造企业因为资金和技术的优势，要成为引领整个产业链的生力军！市场培育任重道远！只有不断推进从碳纤维向纤维材料以及复合材料制品的纵深发展，完善产业链，扩大碳纤维的应用范围，才能使整个碳纤维行业实现跨越式的发展。5.3 碳纤维产业链中的价值链我们常听到关于碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤维，增值关系是1 到3，而把碳纤维做成复合材料，增值可以到10。而国际上还有一个类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占25%，把碳纤维转成预浸料或编织布（我们称之为纤维材料），转化成本为15%，而把纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。当很多人抱怨：碳纤维因为价格太高而影响其应用面时，我们必须重视除了25%～30%的碳纤维成本之外的其它70%～75%的纤维和构件成型的巨大成本。否则，即使碳纤维成本降得再低，做出的复合材料成本还是惊人！

6、结论

中国碳纤维“平民化”发展之路探讨

碳纤维复合材料在自行车上的应用 第3篇

摘 要：自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具，深受世界各国人民喜爱，形成了巨大的自行车消费市场。随着现代社会的飞快发展，自行车已不仅仅是交通和运输工具，已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。因此迫切需要有新形态、新材料的自行车出现，以使自行车外观更具美感，更具轻量化，骑乘舒适性更好。

关键词：碳纤维；自行车；应用

碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，碳纤维在自行车领域的应用，被称为自行车行业的“黑色革命”。碳纤维自行车具有以下优点：

精：塑性变形小，回弹性好，尺寸稳定性高。刚：弹性模量高，变形量小，骑行中不泄力。轻：材料密度小，用料量少，产品净质量轻。巧：流线型设计，骑行风阻小，骑行速度更快。

碳纤维自行车的创新之处在于：①采用高强、高模的碳纤维材料替代金属材料，减轻车身重量，制造出更适合选手使用的比赛用车。②采用人机工程学进行计算机模拟设计，使碳纤维自行车安全性更高，满足客户要求。③特殊的叠层技术，使其能制造出质量更轻，强度更高的碳纤维自行车车架及其部件。④利用碳纤维预浸料的可设计性，制造出特定造型的自行车或其部件，满足整车组装工序的特殊需求。⑤模压成型工艺，实现碳纤维自行车一体成型，无缝隙，结构强度高，产品造型美观。⑥采用高强度粘合剂进行连接和胶合固化工艺控制技术。

碳纤维自行车的制作流程：设计、裁剪、卷料、预型、成型、加工、胶合、补磨、涂装、组装等。按照碳纤维自行车主部件结构设计要求，将预浸料裁切成各种尺寸、各种角度；将裁切好的各种尺寸、各种角度的预浸料卷制到芯模上，卷制到规定尺寸后，取出芯模；将卷制好的碳纤维复合材料零部件对接，并穿入气袋。将预型好的部件半成品按工艺要求装入模具，在电热炉台上充气加压，加温固化；将成型好的部件经过加工处理，上胶插接后送到烤箱中固化；将胶合后的粗坯进行补土、喷漆、打磨。去除表面缺陷，达到表面平整光滑；贴上水标，喷漆、打蜡，然后组装成整车。

1 结构设计与材料裁剪工艺

为了确保自行车的安全性，轻量化。设计工程师依据力学原理在结构设计上采用碳纤维单向预浸布，进行合理裁剪形成0°、30°、45°、90°等纤维走向，将复杂的构件分解为每一片层逐一卷制叠成为预制件。单向预浸布的优点是强度高且稳定，叠层角度可设计，适合做碳纤维自行车的主结构，单向预浸布的叠层角度设计如图1所示。

单向预浸布经过不同的裁剪方式，可以得到不同的角度料。依据自行车各部分受力状况的不同，所使用的角度料就不一样。在车架座管端口、中变固定座处，需要用90度料来补强，增加抗压系数。

碳纤维编织预浸布，用做碳纤维自行车的外观，不仅增加了自行车结构件的强度，同时美化了碳纤维自行车的外观，显现了碳纤维织物的材料效果。

2 材料界面性能的研究

围绕碳纤维的表面改性以及配套树脂的设计和合成展开研究工作，目的是促进碳纤维与聚合物树脂基材的界面相容性，重点研究碳纤维及其改性产物与聚合物树脂复合后界面结构对材料使用性能的影响，归纳出碳纤维表面性质、碳纤维/树脂界面特性与复合材料性能三者之间的可控关系，实现碳纤维复合材料的优异性能。

3 外固内扩成型工艺

依据碳纤维预浸布树脂系统的特定要求，设计人员针对性地制定了外固内扩成型工艺，工艺控制主要是针对气压、温度和时间三个要素。在成型的过程中，随着温度和粘度的变化，物料胶化、软化、硬化。成型过程中还有一个很重要的技术要点，就是加压时间的控制。碳纤维复合材料主部件采用袋压成型法，即利用耐高温尼龙袋注入高压气体，将复合材料内的空气挤出，带动树脂的流动，使材料之间达到一定的密度，然后高温固化。因为产品的不规则性，在耐高温尼龙袋的选用时，一般会选用大于产品最大内径的规格，这样就造成在产品内径小于尼龙袋的情况下，尼龙袋会有一定的折叠。因而树脂在高温流动时，会在尼龙袋折叠的地方堆积，产生不规则的树脂块或造成纤维的不平整性。而过多的树脂堆积，不仅会增加产品的重量，而且会产生一定的应力，从而影响到产品的使用性能，我们使用EPS成型新工艺解决这一问题。利用EPS高可塑性，能制造比传统硅胶更加合理的内芯，利于产品造型的成型。预先固化的内芯，使产品内壁更加光滑、平整，减轻产品的重量，提高产品品质。在应用EPS工艺后，能利用其预先固定好的内芯型状，在贴料的过程中能保证材料的平整性，卷制的产品不易变形，从而减少因为产品变形带来的品质问题；利用预先固化好的外形，在树脂固化期间，完全避免了因为尼龙带的重叠而带来的树脂堆积，保证了产品内壁的平整性，降低了产品重量，提高了产品的品质。

4 技术措施

采用国产碳纤维，应用CAD，Pro/Engineer技术设计，ABS材料芯模，预型补料采用连续性碳纱，以保证更好的强度与刚性；使用轻克重FAW050和FAW075预浸料，结构采用图文并茂的方式，给予保证每片碳纱所贴位置更精准，从而发挥碳纱在结构中的更大优势，以节省出更多的重量空间，以达到车架等主部件更加轻量化目的。

短纤维复合材料 第4篇

关键词：短纤维,ABS树脂,复合材料,导电性,导热性

ABS作为通用塑料,因其资源丰富,性能好、价格低、产量大等优点得到广泛应用[1]。但ABS的体积电阻率较高,为不良热导体,常在ABS中添加导电、导热填料以改善其电导率及热导率。如用纳米炭黑(CB)作填料制备的CB/ABS纳米复合材料的电阻率可下降到102Ωm以下[2]。用石墨作填料制备的石墨/ABS树脂导电复合材料渗逾值约为35%(wt,下同),相应的电阻率约为104Ωm,当石墨含量为65%时,电阻率下降为103Ωm[3]。用氮化铝(AlN)作填料制备的AlN/ABS复合材料,当AlN体积分数为15%时,复合材料的热导率达到0.56 W/mK,但AlN的加入几乎没有改变复合材料的电绝缘性能[4]。

由于碳纤维不仅具有炭素材料的基本特性,又具有金属材料的导电和导热性能,以短纤维为填料,均匀分散到树脂基体中制备出的复合材料,其综合性能具有很大的提高,通过改变纤维添加量和长度,可以在较大范围内调节复合材料的导热、导电以及力学性能[5],这是一类具有重要研究价值和广阔应用前景的新型功能材料。如梁晓怿等[6,7]以通用级沥青基和聚丙烯腈基(PAN)短纤维为原料制备了ABS树脂导电复合材料,结果表明,填充相同含量PAN短纤维的复合材料电阻率低于填充通用级沥青基碳纤维的复合材料,当纤维含量为40% 时,PAN短纤维复合材料的电阻率下降到1.810-4Ωm。

本研究以ABS树脂为基体,高温石墨化后的中间相沥青基短纤维为导电、导热填料,采用热压成型工艺制备短纤维/ABS树脂复合材料。 通过偏光显微镜(PLM)和扫描电镜(SEM)对复合材料的微观形貌进行了表征,并对其导电、导热及抗冲击性能进行测定,研究短纤维含量和长度对复合材料性能的影响及其在复合材料中所起的作用。

1 实验部分

1.1 原料

实验所用原料为ABS树脂(台湾奇美实业股份有限公司,PA757,密度为1.05g/cm3)和2900℃石墨化后的中间相沥青炭纤维,其平均直径约为20μm,室温轴向电阻率为1.9810-6Ωm。将炭纤维分别短切和磨碎,得到长度约为6mm、3mm和0.5mm的样品。

1.2 复合材料的制备

将短纤维分别按不同的比例加入到用丙酮溶解为均匀糊状的ABS树脂中,机械搅拌使两者混合均匀,再在真空下干燥,然后放入模具中热压(185℃,0.2MPa,1h)成型,即得复合材料块体样品。

1.3 测试方法

将短纤维/ABS树脂复合材料镶嵌在聚酯树脂内,用MoPao1000型金相磨抛机抛光后在Carl Zeiss AX10 型偏光显微镜上观察其光学结构。

采用TESCAN VEGA3型钨丝灯扫描电子显微镜(电压为20kV)观察试样的微观形貌。

采用Blackstar BS407微欧姆仪测定复合材料样品沿垂直热压方向上的电阻。其电阻率由公式 算得,式中r为电阻,由电阻测试仪测得,s为复合材料样品的横截面积,l为两探针之间的距离。

采用LFA457 Nanoflash TM激光热导仪(德国NETZSCH Instruments公司)测定材料沿垂直热压方向上的热扩散系数,根据公式 λ=αρCp计算得到复合材料的热导率。式中α为热扩散系数,ρ为体积密度,Cp为比热容(按文献[8]取值)。

采用ZWJ-0350简支梁冲击试验机(江都市新真威试验机有限责任公司)测试样品平行热压方向上的抗冲击性能,按GB/T1043-93进行实验。

2 结果与讨论

2.1 复合材料的微观形貌

图1为中间相沥青基不同长度(0.5mm、3 mm、6mm)短纤维/ABS树脂复合材料垂直热压方向的光学照片,短纤维的含量分别为5%、11%、33%。从图1可知,纤维均匀地分散在树脂中,其分布呈无序状态,部分纤维在热压作用下发生取向。当短纤维含量较低时(如5%),纤维彼此没有接触,其间距较大,如图a1、图b1、图c1所示。随纤维含量的增加,纤维之间的距离逐渐减小,其接触明显增多,形成了网络结构,见图a2、图b2、图c2。当纤维用量继续增大时,纤维间出现明显的搭接,形成了高密度网络结构,见图a3、图b3、图c3。短纤维在树脂中形成的网络结构有利于材料导电、导热性能的提高。

2.2 复合材料的导电性能

图2为短纤维/ABS树脂复合材料的电阻率随短纤维含量和长度的变化曲线图。从图2可知,复合材料的电阻率随短纤维添加量的增加而减小。当短纤维含量较低时(~9%),短纤维在树脂基体中尚未搭接形成导电通路,因此电阻率较高(~10Ωm),但是较ABS纯树脂的电阻率(1013Ωm)[7]下降了10个数量级;当短纤维含量为11%~13%时,复合材料电阻率急剧减小;当短纤维添加量继续增加时,电阻率减小趋势趋向平缓。短纤维添加量的增多,一方面增大了复合材料中导电通路的数量,然而,更为重要的是,纤维添加量的增大减小了纤维之间的距离,降低了纤维间的接触电阻,从而导致复合材料电阻率的降低。

当短纤维添加量较低时(~9%),短纤维均匀地分散在基体材料中,彼此被树脂隔离而不搭接,对导电的贡献较小,复合材料的电导率主要由基体材料决定。继续增加短纤维用量(11%~13%),复合材料的电阻率出现“渗逾”现象,短纤维开始在树脂基体中形成导电通路网络,见图3。其渗逾值较石墨/ABS树脂复合材料大幅度减小[3]。渗逾阈值之后,继续增加短纤维用量,将进一步增加导电通路或增大接触面积,大量的短纤维相互接触,在复合体系中形成了稳定的导电通路网络,其电阻率进一步降低,但降低幅度不大。

对于3种长度短纤维制得的复合材料,其电阻率随纤维填充量增大而变化的趋势相似,但开始形成导电通路网络的临界点有一定差异。填充0.5mm长的纤维粉的复合材料在纤维含量约为13% 时达到临界阈值,其电阻率为0.6Ωm,而填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料的渗逾值约为11%,相应电阻率降低至9.010-3Ωm和1.010-3Ωm。6mm短纤维在复合材料中更易于形成导电通路,使复合材料中具有更多的导电通路,而且每一条导电通路的电阻更低,从而导致相同纤维填充量下,填充6mm长的短纤维的复合材料具有更低的电阻率。当短纤维含量达到33%时,填充3种不同长度短纤维的复合材料电阻率分别下降到1.7810-3Ωm、1.5210-4Ωm、7.6810-5Ωm,与CB/ABS纳米复合材料、石墨/ABS树脂复合材料和PAN短纤维/ABS树脂复合材料相比,其电阻率减小了几个数量级[2,3,6,7]。根据导电通路学说及隧道跃迁理论[9],导电粒子相互接触构成的导电网络是复合材料能够导电的重要原因。而且,只要导电粒子之间的距离接近到载流子(电子或空穴)能够发生隧道跃迁效应,就可以认为导电粒子是相互接触的。由于纤维长度的增加有利于复合材料中导电网络的形成,因此,纤维长度越长,复合材料的电阻率越低。

(a为0.5mm,13%;b为3mm,11%;c为6mm,11%)

2.3 复合材料的导热性能

图4为中间相沥青基短纤维/ABS树脂复合材料的热导率随短纤维含量和长度的变化曲线图。从图4可知,复合材料的热导率随短纤维含量的增加呈升高趋势,受纤维长度的影响较大。对于填充0.5mm长的纤维粉的复合材料,当纤维粉用量达到17% 后,其热导率才明显提高,此时的热导率为1.05W/mK,比ABS纯树脂(0.17W/mK)提高了5 倍。对于填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料,当纤维含量为2%时,其热导率明显升高至2.58W/mK和3.53W/mK,较ABS纯树脂的热导率提高了14~20倍。由于长度为3mm和6mm短纤维的长度相对较大,当其含量较低时,短纤维之间已经形成接触和相互作用,体系内形成了少量的导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时,材料的导热性能提高很快[10]。继续增加纤维含量时,基体中形成导热通路的几率增大,故热导率增加很快。当3种长度短纤维含量为29%时,复合材料的热导率分别增至3.20W/mK、23.34W/mK和21.25W/mK。

对纤维树脂基复合材料来说,由于基体树脂的导热性能很低,故复合材料的热导率大小主要取决于材料内部纤维形成的导热通路的完善程度或导热网络的多少,特别是纤维自身热导率的高低。由图5 复合材料平行热压方向上断面的SEM图可知,短纤维在复合材料中产生取向(见图5a),从图5b可以观察到辐射状形貌的中间相沥青基炭纤维,其石墨微晶发育完整,石墨层片取向程度较高,这对复合材料沿该方向热导率的提高非常有利。短纤维的长度对复合材料热导率的影响较大,原因是:纤维长度较短时,容易被树脂基体包覆,纤维不能互相接触而导致热阻[11]增加,复合材料热导率增加较小;纤维长度较长时,不易被树脂基体包覆,在基体中容易形成网络和通路,从而提高复合材料的热导率。但是,纤维长度过长时,当其含量增加至一定程度后会导致纤维的分布不均匀,致使基体中导热网络不完善,不利于复合材料热导率的提高。当填充量大于23%后,6mm长的短纤维复合材料的热导率反而较3mm长的复合材料低,这正好说明了此观点。

2.4 复合材料的抗冲击性能

图6为中间相沥青基短纤维/ABS树脂复合材料的抗冲击性能随短纤维含量和长度的变化曲线图。从图6 可知,相对于纯ABS树脂材料,短纤维的加入总体上降低了材料的抗冲击性能。这与短纤维在复合材料中的分散性以及与ABS树脂界面结合情况有关。由图7 复合材料冲击断面的SEM图观察到纤维分布不均匀,部分有团聚现象(图7a),复合材料断裂时,纤维有的被拔出形成孔洞(图7b),有的表面仍然光滑没有树脂粘附(图7c),这些团聚部位和孔洞会造成应力集中,使得复合材料在较低的能量下就发生破坏。

短纤维含量和长度对复合材料的抗冲击性能影响较大。对于填充0.5mm长的纤维粉的复合材料,其抗冲击性能随短纤维含量的增加而减小,主要原因是纤维粉的加入破坏了树脂的均一性,形成了应力集中区,当复合材料受到冲击时,此应力集中区首先破坏,随纤维含量增加,这种应力集中区增多,导致复合材料的冲击强度下降。对于填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料,其抗冲击强度随短纤维含量的增加先降低后有不同程度的增加,主要原因与短纤维在复合材料中的分散情况以及形成的搭接网络结构有关。如进一步改善纤维分布的均匀性以及改进碳纤维的表面处理工艺,在增加炭纤维表面含氧量的同时,使碳纤维的表面粗糙度适当增加,则短纤维/ABS树脂复合材料的力学性能必将进一步提高。

3 结论

(1)以ABS树脂为基体,高温石墨化中间相沥青基短纤维为填料,通过热压成型工艺制备了导电、导热性能优良的短纤维/ABS树脂复合材料,其抗冲击强度略微降低。

(2)复合材料的电阻率随材料中纤维添加量和长度的增加而降低。填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料在短纤维含量约为11%时达到导电临界阈值,其电阻率急剧减小,填充0.5mm长的纤维粉的复合材料渗逾值约为13%,继续增加纤维的添加量,复合材料的电阻率继续减小,但减小趋势趋向平缓。当短纤维含量达到33%时,填充6mm长的短纤维复合材料电阻率下降为7.6810-5Ωm。

短纤维复合材料 第5篇

贾继红

【1】，许爱芬

【1】，路学成【2】，谢霞

【2】

摘要：碳纤维增强型复合材料由于其高温下仍保持高硬度、高强度，质量轻等性能被广泛应用于军事工业，但复杂的制造过程使得缺陷不可避免并影响使用。本文采用正交小波对碳纤维复合材料的探伤信号进行多尺度分析，通过对小波基、分解层数地选取以及对细节信息地处理和分析，总结出判定分层缺陷的损伤程度的方法，使得材料在失效前被提早发现。实验表明该方法有效。

关键词：碳纤维；复合材料；小波分析；无损检测

Tisting Study On Lamination Of Carbon fibrerein forced

composite material Jia Ji Hong[1],Xu Ai Fen[1],Lu Xue Cheng[2],Xie Xia[2]

Abstract: Carbon fibrerein Composite materials was widely used in war industry for keeping high-hardness、high-strength,and light weight etc,but the defect could not be helped after complicated manufacturing,and influenced use.Applied the orthogonal wavelet to explore carbon fibre reinforced composite material for the multiple-dimensioned analysis, put forward a method for estimating damaging degree by selecting basic wavelet、decomposing layer-number and detail signal processing.It’s advantage is that prevent the materal from invalidating,，and this method was proved effective.Key words: Carbon fibrerein ；Composite materials；Wavelet analys；nondestructive test

1.引言

近年来，碳纤维增强型复合材料在工业甚至国防建设中有了长足发展，特别是在飞机制造上，机体结构的复合材料化程度是衡量飞机先进性的一个重要指标。然而，碳纤维复合材料是复杂的各项异性多相体系，其质量存在离散性，成型过程与服役条件极其复杂，环境控制、制造工艺、运输以及操，作等都可能造成材料缺陷【2】使得结构失效。因此，结构材料的无损检测（NDT）无论是在制造上还是在实时应用上都显得尤为重要。

分层缺陷是碳纤维复合材料中最常见的缺陷形式，复合材料层合板在压缩载荷作用下将依次发生脱粘分层、分层扩展、再屈曲、最后压缩破坏。含分层损伤的复合材料层合板在面内压缩载荷作用下，其圆形分层缺陷上下端点的局部区域内材料受横向拉应力作用为主；分层缺陷大小对复合材料层合板的抗压强度和屈曲临界载荷影响显著；分层缺陷大小对复合材料层合板的压缩弹性模量影响不显著；对于4.40 mm厚复合材料层合板，当分层缺陷尺寸达到孔隙30 %就要考虑修补【3】。

超声检测是目前无损检测中应用最广泛的一种。在超声缺陷检测中，回波信号通常是一种被探头中心频率调制的宽带信号，该信号是属于时频有限的非平稳信号，因此选用具有时频局部放大能力的小波变换技术对信号进行处理和分析非常适宜。2.小波变换基本原理

2-1小波变换的特点

小波（wavelet）有两个特点：一是“小”，即在时域和频域都具有紧支集或近似紧支集；二是正负交替的“波动性”，也就是直流分量为零。小波分析是将信号分解成一系列小波函数的叠加，而这些小波函数都是由一个母小波函数经过平移与尺度伸缩得来的。相比傅里叶变换：用不规则的小波函数来逼近尖锐变化的信号显然要比光滑的正弦曲线好得多。由于所研究的信号为复合材料的超声检测信号，采样取得，故选用一维离散小波变换。

2-2离散小波变换

在实际应用中，为了方便使用计算机进行分析、处理，信号f(t)都要离散化为离散序列，伸缩因子a 和平移因子τ也必须离散化，成为离散小波变换，记为DWT。

离散小波变换定义为：

*WTf(a0j,k0)f(t)a(t)dt

j0,1,2,...,kZ j,k00为了减小小波变换系数冗余度，将小波基的α、τ离散化，而待分析信号f(t)和分析小波j,k(t)中的时间变量t并没有离散化。

002-2-1 小波基的选择

主要通过用小波分析方法处理信号的结果与理论结果的误差来判定小波基的好坏，由此决定小波基。虽然依据的标准不同，但总的来说，具有对称性的小波不产生相位畸变；具有好的正则性的小波易于获得光滑的重构曲线，从而可以减少误差。综上考虑，选用Daubechies(dbN)小波作为小波基。

Daubechies(dbN)小波： dbN 是简写，N 为小波的阶数。小波ψ(t)和尺度函数φ(t)中的支撑域为2N-1，ψ(t)的消失矩为N。除N＝1 外，dbN 不具有对称性（即非线性相位）。dbN 没有明确的表达式（除了N＝1 外），但转换函数h 的平方模是很明确的。Daubechies 小波具有以下特点：

ⅰ 在时域上是有限支撑的，即ψ(t)长度有限。而且其高阶原点矩tp(t)dt0，p=0~N；N值越大，ψ(t)的长度就越长。ⅱ 在频域上ψ(ω)在ω＝0 处由N 阶零点。

ⅲ ψ(t)和它的整数位移正交归一，即：(t)(tk)dtk。ⅳ 小波函数ψ(t)可以由所谓“尺度函数”φ(t)求出来。尺度函数φ(t)为低通函数，长度有限，支撑域在t=0~(2N-1)范围内。如图2.1 和2.2 所示，此为 Daubechies 小波(N=1、2、3、4、5、10)的ψ(t)及φ(t)的波形。

图2.1 db1-db10 的小波函数 Fig 2.1 Function of wavelet db1-10

图2.2 db1-10 的尺度函数

Fig 2.2Scale function of wavelet db1-10 2-2-2 小波分解层数的确定

根据小波分析理论，因为小波分解过程是迭代的，理论上它能无限进行下去。小波分解层数越多，信号的高低频部分就分解的越彻底；同时，分解层数越多，计算量也就越大，由于在小波分解过程中每次分解都会对所得到的系数进行“二次采样”，这样就使得系数的长度变为上一层系数长度的一半。本实验研究使用的信号长度为128，如果按定义进行分解，当分解了7 次以后，系数的长度值就会变为1，如果再分解下去就失去了实际意义。因此，分解层数要小于等于7。

借鉴熵的标准可以完成分解层数的选择。

⑴ 信息熵的定义：对于给定信号s ={s(k)},信息熵定义为：

E(s)p(k)logk

1p(k)

p(k)其中，s(k)2s2是信号的第k 个元素的规范化能量，此处将信号归

1plog()limxlogx0p的值定义为0； 一化处理。根据：x0，将p=0 时 ⑵ 信息熵的物理意义：反映了信源输出消息之前平均不确定性程度的大小，熵越大，信息的不确定性越大；

⑶ 信息熵表示信源输出每个符号所提供的平均信息量，它是一种信息的测度。分别对原始信号和低N（N＝1，2，3，4，5）级细节系数求信息熵，分解层数越多，得到的细节系数的熵越小，表明信息的确定性越大，若细节系数的熵与原始信号的熵之比小于5%，则认为此时细节系数已确定，分解层数已满足要求，不需要进一步分解。本实验选择db5 小波函数对信号进行分解，按信息熵的定义公式进行计算，当进行第五层小波分解时，第五层细节的系数信息熵与原始信号的信息熵之比恰好小于5%，故分解层数选择5。3.材料损伤程度的判定

将超声检测的原始信号进行去噪处理，去噪后的信号如图3.1 所示：

图3.1去噪后的原始信号

Fig 3.1 Original signal of obliterated noise 原始信号即使是去除了噪声也很难从中分辨带有损伤特征的重要部分，更不可能判断材料的损伤情况。因此，需要将原始信号（s）进行细节提取，即小波变换：选用db5 为小波基对原始信号进行5层分解，分解后的近似系数和细节系数如图3.2所示：

图3.2 损伤信号的5 层分解

Fig 5.8 Decompose of 5 layers of damaged signal 由图可知，5层分解能够清楚地显示信号所有细节特征，可从中提取显示缺陷特征的细节进行分析。以此方法分别对三个原始去噪信号（采自三个损伤程度不同而材料相同的复合板）进行5层小波分解，提取三个信号的第5层细节系数进行分析和比较，如图3.3～图3.5所示：

图3.3 损伤信号1的第5 层细节系数

Fig 3.3 Detal information of No.5 layer of damaged signal 1 5

图3.4 损伤信号2的第5 层细节系数

Fig 3.4 Detal information of No.5 layer of damaged signal 2

图3.5 损伤信号3的第5 层细节系数

Fig 3.5 Detal information of No.5 layer of damaged signal 3

先从三个复合板的细节信息中找出每个板的各次底面回波和缺陷处回波：相邻两个底面回波出现的时间间隔是相同的；由于回波能量越来越小，故底面回波幅值依次减小；缺陷处回波介于两次底面回波之间，幅值介于首次回波和残余噪声之间。缺陷信号在每个频率上的值都是对称分布，幅值分布比较均匀，且大部分都在一定区域之内，幅值大小描述了损伤程度。通过比较三个信号的细节系数可知：试件3 受损最严重，试件2 次之，试件1 最轻，但试件1 较其它两个板受损数量多。分析结果与实际损伤情况相同，证明该判定方法有效。4.结论与展望

论文通过分析小波理论和信息熵概念，结合分析信号的特点，对小波基和分解层数进行了选择；对三个材料、结构相同，损伤不同的复合板的原始去噪信号进行小波分解，通过分析、对比最高层细节系数，判定了三个复合板的损伤程度，并总结出判定方法。

参考文献

短纤维复合材料 第6篇

一、碳纤维复合材料的优势

碳纤维与其他复合型材料相比较，自身重量更小，并且可以根据不同的使用需求对材料进行成型处理。在对航空航天领域的成品重量进行计算时，发现使用碳纤维复合材料后与同等体积的零件相比较，自重降低了500公斤。这更加验证了碳纤维材料的发展优势，飞机等航天设备自重减轻后，能够减少运行期间的油耗，对飞机外部机构也能起到保护作用。虽然碳纤维自身重量很小，但在使用过程中能够承受高温带来的影响，材料自身性质不会轻易变化，为飞机等航空航天设备的运行提供了稳定保障。

除上述优点外，碳纤维材料还具有优异的承载性能，其强度可以达到钢材料的5倍以上。这一点是其他材料很难达到的。飞机在起飞期间，需要较大的初始速度，达到一定速度后才能够顺利起飞。飞机在行驶期间也会承受空气摩擦带来的压力，因此对外层材料耐高温性能的要求极高。经过测试了解到，碳素纤维能够在2000℃的高温环境中保持性质不变，结构形状也不会发生改变。并且碳纤维化学性质稳定，不容易被氧化，应用在航天设备的外部结构中，也不会被轻易的腐蚀，这种性质也是传统复合材料中不具备的。这样能够保护飞机安全，使用解读阶段外层结构不会变形，制造成本方面也有明显的降低。

二、碳纤维的发展

大型飞行设备的自重问题一直是航空航天领域研究的重点内容，减轻飞机的自重能够更准确的控制制造成本，飞机飞行的速度也会有明显提升。因此在大型飞机制造领域中最先提出了碳纤维复合材料的理念。但此类材料技术最早研发的领域并不是航空航天，随着技术逐渐进步完善才被应用到高科技生产环节中。

制作碳纤维混合材料时，要考虑材料使用后复合的部分。最常见的是将碳纤维与树脂材料进行符合，这样成本的化学性质更稳定，并且在优点上能够互相结合，在航天飞行设备中应用广泛。碳纤维只是应用在飞机制造的部分结构中，完整的制造流程还需要金属复合材料的应用，如果的碳纤维复合材料已经能够实现与金属材料完美衔接，不对使用阶段造成影响。

三、碳纤维复合材料在航空领域的具体应用

作为一种新型的复合材料，碳纤维强度高自重小，在航空领域中以不同种形式被应用。大型客机与直升机应用最广泛，根据调查结果显示，目前应用在民用飞机中的碳纤维复合材料已经得到了80%。即使是在军事领域中也高达40%。这一数据结果表示新型材料已经得到了很好的落实，下面将针对材料应用过程中存在的不同形式进行分析。

1、碳纤维复合材料

首先是纤维复合型。自重非常小，火箭制造方面常常会使用到，能够满足高速运行状态下对材料耐高温的需求。用碳纤维复合材料制作的火箭，可以将推动力转化为运用动力，并且不会产生过大噪音。与同体积的复合材料相比较，能够减少大量的动能损耗。在飞机制造过程中应用这一技术，材料密度最大能够提升23%，对飞行速度的促进作用也不容小视。速度得到了提升，但对油品的消耗量并没有因此而增大，甚至还有明显的减少。在飞机的最外层结构中应用广泛，军用飞行设备要求体积小，飞行速度快，并且外层材料要牢固耐用。针对这一需求，碳纤维复合材料在高温成型技术帮助下完成了目标，设计制造的设备应用成本更少，整体体积也有明显的减少，能够在短时间内提升速度，外形材料在高温状态下不会受到影响。

2、碳/碳复合材料

碳/碳复合材料中加入了纤维物质，属于碳纤维材料的增强版，继承了石墨材料的优点，化学性质更稳定，使用过程中也不会受到其他物质的污染，根据不同使用方向，可以在原料中添加一些化学成分。将其制作成需要的部件形式，通常也是在热处理条件下来实现的，具有极强的可控性，一次成型后坚固耐用。机翼部分在使用中需要承受大量摩擦，一旦材料耐高温性能差便会发生形变，飞机不能正常行驶在空中，引发严重的安全事故。因此在制造过程中都会对材料高温环境中的变化进行观察，选定自重合理的材料。经过多次测试实验，发现碳/碳复合材料能够符合这一要求，并且制造成本也不会有明显的增多。

四、我国碳纤维复合材料发展现状

航空航天领域是世界碳纤维的传统市场，航空器中碳纤维复合材料的使用量未来几年将以年均12%的速度继续增长，估计将从2008年的8200吨增加至2010年的1万吨以上，2012年可达1.3万吨。碳纤维复合材料约占空客A380飞机35吨结构材料中的20%以上，包括中央翼盒、机尾组件以及压舱壁。波音787中结构材料有近50%需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料，包括主机翼和机身。金属结构材料采用碳纤维复合材料后不仅可以减轻机身质量，而且还可以保证不损失强度或刚度，大大提高了燃油经济性。新一代的客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。

现阶段我国的国际竞争力在不断地增强，但是现实中存在的问题是，我国的碳纤维复合材料的发展并不能满足现实生活中的需求，作为航天航空领域的重要支柱，碳纤维复合材料的生产和研究直接关系到我国高新技术产业尤其是航天航空产业能否占领世界的科技技术前沿，因此国家的大力扶持起着相当重要的作用，不仅仅是要在资金上给予帮助，更要创造良好的环境来促进发展。在政策上给予支持，在资金上给予帮助，培育一批具有超强竞争力的企业，只有这样我国的碳纤维复合材料才能在国际上占有重要地位，才能在日后的国际竞争中处于优势。这对于我国航天航空事业的发展有着重要的作用。

小结：在全球化经济不断加速的今天，国与国之间的联系Et益紧密，相互之间的技术交流和技术竞争也在不断加强。我国在碳纤维复合材料上的发展确定了举世瞩目的成就，但是在发展中也存在着一些问题，产品质量处于低层次，生产成本过高，能耗较大，环境污染大等，因此在Et后的发展中一定要高瞻远瞩，制定好长期的发展规划，才能更好促进产业的更新研究。

短纤维复合材料 第7篇

关键词：纤维含量,纤维增强,性能

0前言

粉末冶金制备的金属陶瓷复合材料广泛用于制造摩擦制动器件和金刚石工具,但粉末冶金法决定了制品的强度,特别是抗拉强度低,冲击韧性差,致使制品的使用性能和使用寿命降低[1]。利用金属纤维的高强度,高模量对金属陶瓷复合材料进行强韧化,可大大提高其强度,改善基体的导热性能,对阻止表面裂纹的产生与扩展也能起到很好的作用,是对金属陶瓷复合材料进行强韧化的一种行之有效的措施[2]。

在用粉末冶金法制备316L不锈钢纤维增强的Sn-Cu- Fe-WC基复合材料的过程中,纤维含量是其中重要的一环。在一定纤维含量内,纤维含量愈高,对材料的增强效果越明显,但同时复合材料的混匀就越困难,采用短纤维更有利于粉末冶金工艺的实施。

1试验过程及结果

试验采用的是不同的纤维含量对Sn - Cu - Fe - WC纤维增强复合材料性能的影响,纤维含量分别为9%、15%和20%烧结温度都采用940 ℃,保温时间均为1 h,试验结果如下:

1) 纤维含量对密度的影响( 图1 ) ,随着纤维含量的增加,试样密度在逐渐下降,当纤维含量达到了20% 时, 试样密度达到了最低值。Sn - Cu - Fe - WC基体随纤维含量的升高,试样密度下降得很快。

2) 纤维含量对抗拉强度的影响。材料试样的抗拉强度随纤维量变化曲线( 图2) 。Sn - Cu - Fe - WC基体随纤维含量的增加抗拉强度不断升高,在纤维含量达到15% 时抗拉强度最大,随后开始降低。

3) 纤维含量对单位体积吸收能量值和断裂伸长率的影响。单位体积吸收能量值和断裂伸长率随着纤维含量变化分别如图3和图4所示,从( 图3、图4) 中可知,随着纤维量的升高,两者均呈现出下降的趋势,20%纤维量为最低值。

4) 纤维含量对硬度的影响( 图5) 。从图5中可看出明显的趋势: Sn - Cu - Fe - WC基体复合材料随纤维含量的增加,硬度值也在不断升高,在纤维含量15% 处达到最高值,随后硬度开始下降。

5) 纤维含量对弹性模量的影响,如图6所示。随着纤维含量增加复合材料的弹性模量逐渐降低。但下降趋势比较平缓。

2分析与讨论

在纤维增强的复合材料中纤维的含量是一个很重要的参数,纤维含量的不同将影响到增韧机理和复合材料的断裂模式。含量过低,不能充分发挥复合材料中增强材料的作用,反而成为多余夹杂甚至成为缺陷源。但是含量过高,易形成团聚,在基体中分散不均匀,纤维和基体之间不能形成一定厚度的过度层,既无法承担对纤维力的传递也不利于复合材料抗拉强度和断裂韧性值的提高。故合理的纤维体积含量是复合材料设计中重要的一环。基体材料在烧结中,异相材料的结合总会比同相材料结合差,纤维的加入等于添加了新的组元,这样就破坏了原有基体材料的结合性。而且, 短纤维的加入必然会对基体产生割裂作用[3]。所以,材料的孔隙会随着纤维的增加而增多,这样又引起密度的下降,拉伸时更加容易产生应力集中,烧结材料的塑性和韧性也会因此降低。但是,由于纤维另一方面起着强韧化效果,所以塑性和韧性的降低不是很明显。

试验中材料的抗拉强度、弹性模量和硬度都随纤维的增加而呈现先增大后减小的现象,这是因为随着纤维量的提高,有更多的纤维与基体紧密结合,高模量纤维的强化效果得以体现。而过多的纤维会对基体割裂作用增强,使得孔洞增加,所以在纤维达到一定值后性能随纤维增加反而下降[4]。图7和图8为940 ℃ 、保温时间都为1 h,基体添加9% 短纤维和基体添加20% 短纤维的SEM照片。从图8上可以明显看到,基体添加20% 短纤维后复合材料的孔隙率较多,而且纤维与基体的结合情况也不是很理想,结合面多处出现脱落; 相反,基体添加9% 短纤维孔隙率较少,纤维与基体的结合也比较紧密。

3结语

通过试验,对Sn - Cu - Fe - WC基体及其添加不同含量的纤维后的复合材料可以得到以下几点结论:

1) 材料的抗拉强度随着纤维含量的增加先升高,然后又快速降低; 密度、塑性和韧性都随着纤维含量的升高而下降,但下降的幅度并不大。硬度和弹性模量都随纤维含量升高先增加后减小,且增减幅度较大。

2) 纤维含量从9% 到15% 过程中,材料的抗拉强度明显增高,在15% 处达到最高值362 MPa; 纤维含量从15% 增加到20% 的过程中,复合材料的所有性能都在下降,说明20% 的纤维含量对烧结试样性能起到弱化作用。

3) 可以推断出烧结试样最佳的纤维含量为15% ,最高强度为362 MPa。

短纤维复合材料 第8篇

关键词：碳纤维,kevlar纤维,混杂复合材料,进展

纤维混杂复合材料是由两种或两种以上纤维混杂增强同种基体的材料。与传统的材料相比,纤维混杂复合材料极大地拓展了复合材料的性能和使用范围,充分发挥了各种纤维的优点,集多种材料的优点于一身,克服了单种材料无法满足多性能的缺点[1]。同时纤维混杂复合材料增加了其可设计性[2],合理的调整每种纤维的含量、纤维的编织方式、纤维层的铺层方式等可以调整复合材料的性能和降低成本,从而可以依据设计要求,寻找最优化的方案。

1 混杂纤维复合材料的发展

混杂纤维复合材料自开发以来得到了很大的发展。早期研究者用短碳纤维添加到玻璃纤维层中制造了混杂复合材料结构,这种结构被成功地应用于福特GT-40型赛车上[3]。1970年以来,随着连续碳纤维和织物的广泛运用,使越来越多的学者对混杂复合材料发生了浓厚的兴趣。Bunsell等[4]研究了碳纤维和玻纤层间混杂复合材料,发现混杂后的复合材料同时兼备两种纤维的优点。到20世纪80年代,对混杂复合材料研究在全球得到广泛重视,研究主要集中在碳纤维/玻璃纤维混杂、碳纤维/石墨纤维混杂、玻璃纤维/芳纶纤维混杂等。对混杂复合材料性能的研究主要集中在力学性能方面。张佐光等[5]通过Charpy冲击实验,讨论了混杂比和界面层数对复合材料的冲击强度和冲击韧性指数的影响,且建立了冲击强度估算模型。随着科技的不断发展,对材料的性能要求也越来越苛刻。各种纤维之间的混杂层出不穷,对混杂复合材料的性能研究也不仅仅局限于力学性能,对摩擦性能、热性能、阻尼性能等的研究报告也越来越多。另外随着人们环保意识的提高,天然纤维之间的混杂也得到重大推进。Idicula等[6]用短香蕉纤维与剑麻混杂增强聚酯,研究了其动态和静态力学性能。

由于纤维复合材料的各向异性以及纤维混杂方式的不同,使得纤维复合材料结构的研究极其复杂。在纤维混杂复合材料设计时,计算机辅助技术运用的非常广泛。有限元模拟可比较直观的分析设计复合材料,大大缩短了研制周期,节约了大量的研究费用。杨洁等[7]以有限元方法为基础,借助ANSYS分析工具,考虑到铺层角度、铺层顺序等对层和结构的影响,对层合板含孔结构的孔边应力进行分析。Abu Talib等[8]用有限元分析了纤维方向和铺层顺序对轴力学性能的影响。

2 纤维混杂方式与混杂效应

目前碳纤维与kevlar纤维的混杂方式采用较多的主要有以下几种方式:(1)层内混杂,两种纤维在同一层内混杂排列,共同组成铺层。(2)层间混杂,两种纤维分别在不同的层,层与层之间进行铺层,包括夹心结构和插入混杂。(3)织物混杂,两种纤维通过编织进行混杂,编织方式可以是二维的也可以是三维的。除上面三种主要方式外,还有束内混杂以及上述三种方式的相互混杂方式等,但这些在研究论文中出现的比较少。

混杂复合材料有别于单种材料的一个特性是混杂效应。混杂效应自发现以来,受到复合材料界的普遍关注。混杂效应可定义为混杂复合材料力学性能与混合定律估算值之间的偏差。向有利于性能方向偏离为正混杂效应,向不利于性能方向偏离为负混杂效应[9]。纤维混杂效应受许多因素的影响,如受载方式,纤维编织角度,混杂比,铺层方式,界面强度等[10]。混杂效应大小可用混杂效应系数Re表示,依据定义,可表达Re=(X测-X混)/X混,式中X测为性能实测值;X混为由混合定律计算出的值。

3 碳纤维/Kevlar纤维混杂复合材料的性能

碳纤维与Kevlar纤维复合材料作为特种材料,在航空航天、导弹、防护装置、运动器材等领域得到广泛的应用。碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量等优点,但其性脆。而Kevlar纤维韧性好,通过碳纤维与Kevlar纤维混杂,可以得到性能更优异的纤维混杂复合材料。合理的设计混杂复合材料,可以大大提高复合材料的性能。

3.1 拉伸性能

由于碳纤维与Kevlar纤维的断裂应变不同,所以在拉伸载荷作用下,碳纤维先于Kevlar纤维断裂,只有Kevlar纤维断裂时,整个混杂材料才失去承载能力。混杂复合材料的拉伸性能受许多因素的影响,比如纤维混杂比、纤维铺层方式、纤维铺放密度等。在制备纤维混杂复合材料时,往往为了增加纤维与树脂之间的粘结力,通常对纤维表面进行处理。Duvis等[11]报道了对碳纤维表面进行涂覆,碳纤维与Kevlar纤维混杂复合材料的拉伸性能存在明显正的混杂效应。Jones等[12]研究了拉伸载荷下不同复合材料纤维破坏的协同性与层间纤维间隔之间关系。在不同的混杂体系下,AS-4/Kevlar49混杂复合材料表现出最低的协同破坏。同时研究指出混杂效应可归因于混杂复合材料中低模量纤维与高模量纤维共同承受载荷。Kostar等[13]比较了Kevlar/环氧复合材料和碳纤/Kevlar混杂复合材料的弹性性能。拉伸结果表明两种复合材料呈线性的应力应变关系。此外,由于不同的纤维增强,混杂复合材料横向应变的差异很明显。曾金芳等[14]发现混杂材料的断裂形式呈现出多级断裂的情况,且混杂复合材料发生断裂时存在一临界混杂比。当碳纤维相对体积分数高于临界体积分数时,拉伸强度随着碳纤维体积分数的增大而升高,低于该体积分数后,拉伸强度随着碳纤维体积分数的增大而减少。

3.2 冲击性能

混杂复合材料的冲击破坏方式有很多,如分层,纤维破坏,界面剥离和基材断裂等。宏观上,材料的抗冲击能力可通过材料的变形和破坏辨别。材料的抗冲击能力可以用材料失效前吸收的总能量表示。混杂复合材料中混杂比以及纤维铺层方式对复合材料的冲击强度影响很大。Marom等[15]研究了铺层顺序对碳纤维Kevlar纤维混杂复合材料的影响,对于一层碳纤维夹在两层Kevlar纤维之间的混杂复合材料,观察到正的混杂效应。Karbhari等[16]也发现类似的结论。通过研究二维编织的玻璃纤维与Kevlar纤维混杂复合材料的抗冲击能力指出,纯Kevlar纤维结构吸收的能量最多,而纯剥离纤维织物吸收的最少。混杂复合材料的冲击能力与纤维的铺层方式及其相关。Gustin等[17]研究了碳纤维/Kevlar纤维组合的三明治复合材料的冲击性能。研究发现,与表面层为碳纤维复合材料相比,在表面层加入Kevlar纤维可以提高最大吸收能量,平均最大冲击力可以提高10%。而表面层加入混杂复合材料的样品的最大吸收能量比表面层加入Kevlar纤维的还高5%,平均最大冲击力比表面层为碳纤维复合材料高14%。Grujicic等[18]研究了纤维增强复合材料层合板盔甲抗冲击能力。研究发现,当厚度固定时,层合板的铺层顺序和数目对盔甲的抗冲击能力影响很大。尤其是层合板内含一层Kevlar纤维增强复合材料和一层碳纤维增强复合材料,且Kevlar纤维层在外表面的盔甲,抗冲击破坏最强。Wan等[19]发现纯Kevlar纤维复合材料吸收最多的能量,纯碳纤维复合材料冲击后发生断裂。对于混杂复合材料,随着碳纤维相对含量的增加,吸收的能量下降。与其它混杂方式相比,三维编织的混杂复合材料能量吸收能力更低。

3.3 压缩性能

Kevlar纤维复合材料的一大缺点就是其压缩强度低,通过与碳纤维混杂后可以提高其刚度。而碳纤维复合材料太脆,有了Kevlar纤维可以增加其韧性。张佐光等[20]揭示了C/K,G/K混杂复合材料纵向压缩特性,认为随着Kevlar纤维含量的增加压缩强度降低。压缩强度受混杂结构影响,层间混杂尤其明显。此外压缩模量与铺层方式关系不大。曾金芳等[21]也发现铺层顺序对纵向模量没有显著影响。Min等[22]用短切Kevlar纤维来增强碳纤维复合材料,制备了分别含有0、1、3、5层Kevlar纤维层的复合材料层合板。由于Kevlar纤维的增强,压缩强度的减少可以控制在15%,同时剥离韧性增加100%。通过改变加工压力,可以控制Kevlar纤维层的厚度,从而可以调整复合材料的压缩强度。SEM观察压缩破坏表面,发现Kevlar纤维发生弯曲。Chiu等[23]采用静态压缩研究了6种不同纤维混杂类型的二维三轴碳纤维/Kevlar编织复合材料管的压碎失效方式和能量吸收能力。研究发现混杂类型对压缩失效的影响很大,失效方式主要有扩展失效,折叠失效和扭曲失效3种。全用碳纤维为编织纱的管破碎吸能最高,但压缩后完整性差。相反,全用Kevlar纤维为编织纱的管破碎吸能最低,但压缩后完整性好。当Kevlar纤维和碳纤维为编织纱,碳纤维为轴纱时,混杂复合材料有更好的抗压能力,因为其压碎吸收能量高,且压缩后能保持完整性。

3.4 摩擦性能

混杂复合材料有时要在磨损条件下工作,这样就要求复合材料具有良好的耐磨性。开发未润滑条件下也能保持低摩擦系数的混杂复合材料,可以拓展复合材料在不能用油润滑的条件下的应用。Wan等[24]研究了三维编织的碳纤维/Kevlar增强环氧复合材料在干燥和润滑条件下的比磨损率和摩擦系数。研究表明,在干燥和润滑条件下,随着滑行距离的增加,摩擦系数和比磨损率下降,最终趋于平稳。混杂复合材料的抗磨损和摩擦系数存在负的混杂效应。通过调整碳纤维与Kevlar纤维的比例,发现碳纤维与Kevlar纤维比为3∶2时,复合材料有最低的磨损率和摩擦。Larsen等[25]在室温下,让混杂复合材料在光滑的钢面上滑移,得到了9种不同接触压力和滑移速度组合下的摩擦数据。研究表明,通过用碳纤维/Kevlar纤维编织物替代玻纤织物,摩擦系数平均减少35%。此外,摩擦系数基本上不依赖于接触压力和滑移速度。

3.5 吸湿性能

碳纤维与Kevlar纤维混杂复合材料在使用过程中,常常受到大气湿度的影响,而湿度影响复合材料很多性能,从而限制纤维混杂复合材料的应用范围,所以研究其吸湿性能相当必要。Ying等[26]通过把复合材料分别置于空气和水中,在循环载荷下进行拉伸失效测试,发现在水中复合材料的失效寿命更短。Wan等[27]研究了碳纤维与Kevlar纤维三维编织增强环氧复合材料于37℃下浸在Hank溶液中1700h观察其吸湿行为。实验表明碳纤维与Kevlar纤维混杂后并没有改变复合材料的吸湿趋势,吸湿曲线符合Fichian行为,且复合材料的扩散系数,吸收率以及饱和吸湿量不存在混杂效应。碳纤维复合材料与Kevlar纤维混杂后,吸湿性和力学降解都改善了,尽管弯曲强度会有所下降,但还是保持在一个相当高的值。乔海霞等[28]高温高湿条件下对玻璃纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料电缆芯进行加速湿热老化试验,湿热老化后的玻纤/碳纤混杂增强环氧树脂复合材料电缆芯层间剪切强度降低,弯曲模量几乎不变,弯曲强度的总体趋势是降低的。

3.6 阻尼性能

材料的阻尼性能在减振降噪方面发挥了重要作用。纤维增强复合材料在保证阻尼性能的同时还具有很好的力学强度,且纤维与基材界面的存在可增加复合材料的阻尼性能。纤维增强复合材料的阻尼性能受基体树脂类型,纤维编织方式等影响。Crema等[29]测试了Kevlar纤维复合材料织物和层合板的阻尼系数,发现阻尼系数不依赖于复合材料的杨氏模量,且跟复合材料是织物增强还是层合板增强无关。Kevlar复合材料的阻尼系数比碳纤维或玻璃纤维复合材料的大,这归因于Kevlar纤维是一种粘弹性材料,它的阻尼系数与基材具有同样的顺序。廖英强等[30]研究了树脂、纤维及其纤维增强复合材料的阻尼性质,指出在复合材料的阻尼设计过程中树脂及其纤维的阻尼是影响其阻尼性质的主要因素。证实利用体积混合率法则对混杂纤维增强复合材料的阻尼性质进行分析是一种有效的方法。李典森等[31]采用悬臂梁自由振动衰减实验方法研究不同编织角,不同纤维体积含量,不同编织结构的三维编织复合材料的振动阻尼特性,得到这些编织复合材料的一阶振动固有频率、阻尼衰减系数、阻尼率、损耗因子等主要参数。分析指出,四向编织结构材料的阻尼性能比五向编织结构材料差,且编织结构相同的复合材料的阻尼性能随着纤维体积含量的降低、编织角的增大而提高。

3.7 热性能

混杂纤维复合材料由于组成纤维的热膨胀系数不同,受热的影响大,对于精密仪器,要求材料必须具有良好的尺寸稳定性,因此有必要研究混杂复合材料的热性能。混杂复合材料的热膨胀系数受纤维编织方式,纤维含量以及基材等因数影响。

孙志杰等[32]通过研究混杂复合材料的混杂结构、混杂方式以及界面状态对热膨胀性能的影响,给出了混杂效应系数的估算值。由于不同纤维之间热膨胀系数的差异,使得热效应对复合材料的混杂效应有很大影响。此外,随碳纤维相对含量的增加,层间和夹心混杂复合材料的热膨胀量减小,且经表面处理后的纤维层间混杂复合材料的热膨胀量增大。王燕杰等[33]用有限元模拟了碳纤维与Kevlar纤维混杂头盔的热变形,针对不同的铺层方式分析了头盔热变形位置。根据头盔变形发生位置和小变量的要求,对于CF/ KF/ CF夹芯混杂头盔选择[ 02C/ 904 K/ 02C]的铺层方式得到较小的变形量,这可归因为碳纤维和Kevlar纤维的横向热膨胀系数远远大于纵向,两侧碳纤维的铺层角度0°与Kevlar 纤维90°铺层,在高温固化时,Kevlar 纤维的热膨胀被削弱,变形量减小。

4 结语

短纤维复合材料 第9篇

1 混杂纤维复合材料性能优势及其存在的问题

1.1 混杂纤维复合材料的性能优势

混杂纤维复合材料相较传统单一纤维增强的复合材料具有其明显的优势, 尤其是在力学性能方面尤为突出, 国内外学者对混杂纤维复合材料的力学性能进行研究时发现:不同纤维之间混杂后产生的混杂效应可让纤维之间扬长补短。以玻璃纤维和碳纤维混杂为例:玻纤与碳纤体积比为2的混杂纤维复合材料 (HFRP) 的断裂应变比CFRP高30%~50%;玻璃纤维复合材料的模量一般较低, 但如引入50%的碳纤维作为表层, 复合成夹芯形式, 其模量可达到碳纤维复合材料的90%;玻璃纤维复合材料疲劳寿命为非线性递减, 如引入50%的碳纤维, 其疲劳寿命将转变为线性递减, 其循环应力也有较大的提高[5,6,7]。

此外, HFRP还会改善构件的抗冲击性能、蠕变性能、疲劳性能等。Park等[8]在研究4层芳纶纤维/玻璃纤维混杂复合材料的冲击性能时, 发现当芳纶纤维在底层时, 表现出较单一玻璃纤维增强复合材料更高的冲击能。Maksimov等[9]研究了不同体积含量的芳纶/玻璃纤维混杂复合材料的蠕变性能, 在保持700MPa连续的力蠕变5.7年后, 复合材料中玻璃纤维的应力增加了1.85倍, 芳纶纤维的应力下降了10%, 表明在芳纶纤维中混入玻璃纤维, 可以有效地抑制蠕变。Cavatorta[10]对玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料疲劳性能进行研究表明, 混杂纤维复合材料的抗疲劳性能较单一纤维增强复合材料更优。

混杂纤维不仅可以混杂传统意义中的有机无机合成纤维, 同时可以混杂植物纤维, 既可以弥补植物纤维强度低、吸湿率高的劣势, 还可以使复合材料获得意想不到优异特性, 如Rout等[11]用7%的玻纤与13%的椰子壳纤维增强聚酯树脂, 不仅提高了构件的弯曲强度, 而且使构件的吸湿性降低。

1.2 混杂纤维复合材料存在的不足

混杂纤维复合材料能够有效地弥补单一纤维增强复合材料所存在的缺点, 是复合材料将来的发展趋势之一。但是混杂纤维增强复合材料同时也存在相应的问题, 如混杂区域、混杂均匀性等, 不均匀的混杂区域或者局部的单一纤维堆积, 往往会导致复合材料整体性能不一, 容易出现局部的层间破坏或局部微裂纹;混杂纤维比例的不恰当也会导致构件在增加某一项性能时, 过多地降低了其他的性能, 导致构件顾此失彼;混杂比例的不当还会导致过高的成本而使构件在实际使用过程中受到限制。因此控制混杂纤维复合材料的工艺和合适的混杂比例是混杂纤维复合材料保持优异性能的前提, 其中尤为突出的便是混杂比例, 如何确定一个最优的纤维混杂比例, 不仅关系到构件的力学性能, 同时关乎成本, 在实际工程应用中, 往往是兼顾两者之间的关系, 择优选择, 即最优纤维混杂比例的确定。

2 最佳混杂比例研究

2.1 最佳性能混合比例研究

混杂纤维复合材料的研究早期主要集中于玻璃纤维与碳纤维的混杂, 以提供复合材料更强的力学性能, 并弥补碳纤维断裂延伸率低和价格昂贵的缺点。性能研究的基础是混杂纤维的混杂效应, Manders[12,13]对CFRP/GRPF混杂复合材料试样进行拉伸试验研究, 概括出如图1所示的强度与混杂比的关系。图1 (a) 中AD线对应相关混杂比例下的HFRP理论拉伸强度, A点、D点分别代表纯GFRP和纯CFRP的拉伸强度。CFRP体积含量在C点以前时, 由于碳纤维的延伸率低, 其先断裂, 碳纤维断裂后载荷传给玻璃纤维, 由玻璃纤维承载直到整体失效。即在C点以前, 材料呈多级破坏模式, 典型拉伸应力-应变曲线会出现线性段和曲线段;CFRP体积含量在C点以后, 碳纤维首先断裂后, 玻璃纤维的体积分数相对较少, 承载能力较低, 混杂纤维复合材料呈现单级破坏模式, 典型拉伸应力-应变曲线只包含线性段, 如图1 (b) 所示。即混杂纤维复合材料存在“混杂效应”。

图1混杂纤维复合材料的混杂效应 (a) 混杂纤维复合材料理论强度; (b) C点前后的典型应力-应变曲线Fig.1 Hybrid effect of hybrid composites (a) theoretical strength of HFRP; (b) typical stress-strain curves before and after point C

Marom等[14]对CFRP/GFRP混杂复合材料进行了研究表明, 混杂效应发生的前提条件是两种纤维不仅在力学性能上要有差异, 而且它们各自与基体形成的界面性能也要不同。在此基础之上, 混杂纤维复合材料的性能延伸出了很多理论模型来预测混杂纤维复合材料的力学性能。最典型的就是断裂力学模型[12,13]、微观力学模型[15]、断裂能模型[16]和随即临界核模型[17]。基于这一系列的理论, 学者们展开了最优混杂比例的理论研究和实验研究。

在理论研究方面, Nordin等[18]研究了混凝土板和混杂纤维工字梁组合结构的强度理论, 其中工字梁为拉挤工艺成型, 增强体为碳纤/玻纤混杂纤维, 碳纤维主要分布在梁的上下面板区域。针对碳纤维和玻璃纤维混杂区域, 定义了一个转化因数α:

其中, EC表示混凝土的弯曲模量;EGFRP和ECFRP分别表示玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料的弯曲模量。

使用平行轴定理和转化因数可得到惯性矩I:

其中EIflex表示混合结构风度, 推导可得到理论刚度:

其中:

其中, δ代表位移;p为加载在梁上的总载荷;L为两支点之间的距离;a为加载点到支点之间的距离, Aweb代表横截面积;kδV为制造商提供的常数。通过碳纤维与玻璃纤维混杂构件的理论刚度值以及对刚度值和构件尺寸的设定, 可以推导出碳纤维的最佳含量。

陈汝训[19]研究了碳纤维与玻璃纤维层间混杂复合材料拉伸性能, 得到了纤维临界体积分数的计算公式, 当存在刚度要求时:

当存在压缩强度要求时:

其中, E1, E2和E0分别表示纤维1, 2和基体的拉伸模量;Vf为纤维的总体积含量。通过两个公式的综合使用, 可以得到满足所需性能的最低碳纤维含量。

在实验研究方面, 汕头大学[20]对CF/GFHFRP的合理混杂比进行了实验研究, 采用大试件测得了HFRP试件的应力-应变曲线, 对于实验所选用的材料 (CF与高强GF) 而言, CF体积分数为0.198和0.247的两种HFRP强度高, 延性好, 且价格低, 仅刚度略低, 匹配相对合理。邓宗才[21]在研究玻璃纤维与有机纤维混杂增强混凝土的弯曲疲劳特性时发现, 玻璃纤维掺量2.7kgm-3与有机纤维掺量1.3kgm-3混掺时, 混杂纤维混凝土疲劳强度比素混凝土提高35.0%, 即混杂纤维能充分发挥各种纤维的优势, 对改善混凝土的疲劳性能比单掺玻璃纤维和有机纤维的作用都显著。此外, 张小东[22]、赵洪凯[23]、Hayes[24]、Barjasteh等[25]分别对混杂纤维复合材料在拉伸状态、弯曲状态、受热状态下的最佳混杂比例进行了研究, 得出了相应的最佳混杂比例。

目前对于满足最佳力学性能的混杂比例的研究, 多是先通过理论计算, 再通过实验验证的方式得到。通过对混杂纤维复合材料的刚度、强度等性能进行理论计算和实验, 可灵活搭配出满足工程应用的构件。

2.2 最佳成本混合比例研究

最优性能混杂比例的控制主要是为了获得优异的构件性能, 并没有过多地考虑成本。但是在混杂过程中, 过多地引入性能好的纤维虽然会大幅提升构件的力学性能, 但同时也会增加成本, 得不偿失。最优的混杂比例, 同时也是构件力学性能与成本之间的博弈, 使其不仅能够保证复合材料构件优异的力学性能, 满足工程应用要求, 同时最有效的控制成本, 达到成本与性能的双赢。

对于成本与性能的研究, 往往在实验的基础上加入相应的有限元模拟, 来减少实验的工作量, 节约成本。Deskovic等[26]在此领域起步较早, 他们测试了一个盒形GFRP梁与CFRP和混凝土结构组合使用, CFRP粘接在GFRP下翼板, 混凝土固定在梁上翼板。通过实验、理论分析和有限元分析的方法, 证明了混杂纤维复合材料和混凝土结构共同使用时, 可以达到性能和价格的充分有效利用。

此后, Pedro等[27]针对相同的结构, 设计研究了一个12m长的单跨桥, 其中梁结构采用拉挤工艺生产的玻纤增强复合材料工字梁。考虑在工字梁底部粘贴碳纤维复合材料来增加构件的刚度, 通过实验和有限元模拟, 分析计算了不同厚度的碳纤维片材和不同厚度的GFRP工字梁制件相互组合, 当使其达到相同的性能时, 在玻璃纤维底面粘贴预应力碳纤维片层复合材料, 获得同等性能时制品的总成本较纯玻璃纤维复合材料制品成本降低40%, 见示意图2 (a) 和成本图2 (b) , 图2 (b) 中 (Ⅰ) 为纯GFRP制件的成本, (Ⅱ) 为GFRP粘接GFRP板的成本, (Ⅲ) 为GFRP粘接CFRP板的成本。最终Pedro等确立了使用450mm200mm80mm GFRP工字梁粘接0.4mm预应力CFRP来作为桥梁结构。

Sorina等[28]也对此结构进行了相应的研究, 但并没有使用粘贴的方式, 而是使用拉挤工艺将玻璃纤维和碳纤维混杂在一起, 其中, 碳纤维主要分散区域为上下翼板。最终结果表明, 混入20%的碳纤维, 使构件的整体刚度提升了近40%, 同时可以有效控制成本。在此基础上, Sorina还发展了相应的理论来均衡性能与成本的关系, 定义了一个参数Km来表示制品性能提升与材料价格提升之间的关系。

(a) 混杂区域及形式; (b) 不同混杂形式成本对比 (a) costs of different hybrid forms; (b) hybrid area and form

式中:Δp为加入碳纤维导致的价格增加;ΔKxx为加入碳纤维导致的刚度增加;φ为任意参量 (体积含量、性能等) 。

当φ为体积含量时可以得到:

式中:Kca为加入碳纤维后的刚度;Pca为碳纤维加入后的价格;E为模量;I为惯性矩;ρ为密度;p为一公斤纤维价格;S为纤维面积。下标ca, gl分别代表加入碳纤维和纯玻璃纤维复合材料。

当Km>1时, 认为是最佳的性能与价格比, 依此可以计算出相应的碳纤维的体积含量。这种方法是一种简单的数值计算法, 其存在很多不足和值得商榷推敲的地方, 因此, 还有待提出更好的权衡价格与性能的计算公式。

3 混杂纤维复合材料应用

目前, 国内外混杂纤维复合材料的应用形式主要由以下四种:

(1) 不同纤维以铺层方式混杂; (2) 一种纤维拉挤型材与另一种纤维铺层共固化; (3) 两种纤维通过拉挤工艺混合; (4) 一种纤维拉挤型材与另一种纤维型材胶接。其混杂的区域位置包括夹芯混杂型、层间混杂型、层内混杂型、层间并层内混杂型和肋条增强型。

混杂纤维复合材料最早主要是应用于航空航天领域, 如卫星导弹等, 要求复合材料低的热膨胀系数, 多采用玻纤/碳纤混杂, 如20世纪70年代中期美国在Sprint导弹发动机壳体上采用了Kevlar249、碳纤维混杂复合材料, 使发动机的刚度和抗弯、抗压能力明显得到提高;美国海军F-14机翼表面的整流装置使用CF/GF织物混杂复合材料制作, 使飞机减重25%, 节约费用40%。目前, 俄罗斯等国家也已经开始对米格-29等机型所使用的碳纤维复合材料进行改进, 通过混杂的方式, 以期降低成本。商用飞机更是大量使用混杂纤维复合材料, 如下图3为商用航空飞机机翼蒙皮使用混杂纤维复合材料[29]。

20世纪80年代开始, 伴随着复合材料型材在土木建筑领域的大量使用, 混杂纤维复合材料也开始广泛应用于土木建筑。混杂纤维复合材料最早在桥梁中使用是2001年施工的日本冲绳岛大桥, 使用玻纤/碳纤混杂纤维作为桥体的横梁结构[29];此后, 美国的Tom’s Creek大桥使用混杂纤维;Arvid等[30]在2005年进行欧洲ASSET项目研究时, 设计并建造了一座全FRP桥梁, 桥梁尺寸7m10m。桥梁使用四个方形GFRP拉挤型材黏结在一起, 在上下表面使用真空辅助工艺将45层单向碳纤维混合7层玻璃纤维 (铺层:1G/6C/1G/6C/1G/6C/1G/6C/1G/7C/1G/7C/1G/7C) 与GFRP拉挤桁共固化在一起, 使其刚度提升了近50%;Mendes等设计研究了一个12m长的单跨桥, 其中梁结构采用拉挤工艺生产的玻璃纤维复合材料工字梁, 并在底面板粘贴碳纤维片材。

除此之外, 混杂纤维复合材料在其他领域也有着很广泛的应用, 如美军士兵使用的未来部队勇士 (Future Force Warrior, 简称FFW) 帽子[31], 见图4。采用碳纤维和芳纶纤维混杂, 不仅强度高, 而且耐冲击性能优异;碳纤维还可与记忆性金属纤维等组合成新型具有记忆性的形状记忆复合材料;玻纤/碳纤混杂复合材料在风力发电领域也有着广泛的应用;在汽车领域, GEC阿尔斯通公司/SNCF (法国铁路) 使用CF/GF强化环氧树脂包覆发泡蜂窝材料芯制造双层大容量高速客车, 并将轴重保持在17t, 与单层高速客车水平相同。

4 结束语

混杂纤维复合材料较单一纤维增强复合材料具有明显的优势, 是目前发展的重点方向之一。尤其是在土木建筑领域, 不仅需求量大, 而且强度、刚度的提高对建筑物的使用具有重要影响, 可以显著增加建筑物的使用寿命和承载性能。对于混杂纤维最佳混合比例的研究目前也主要集中于这一领域。在其他领域如汽车、船舶、电子电器等, 合理的搭配纤维的混杂比例可以有效地降低成本, 可以有效地统筹协调制品的价格与性能。对于混杂纤维复合材料的发展, 还存在一些可以研究和改进的空间, 其存在的问题主要有:

(1) 目前对于混杂纤维的研究和混杂效应的研究多集中于两种纤维混杂, 国内外鲜有3种或3种以上的连续纤维增强树脂基复合材料的研究报道。

(2) 对于混杂纤维价格和性能的综合考虑研究目前相对较少, 现存理论模型简单, 不能精准地确定最优混杂比例, 需要对理论模型进行进一步的开发。

(3) 连续型材的生产多依赖于拉挤成型工艺, 但对于拉挤成型工艺中纤维的混杂区域位置和混杂分散性的好坏对于构件性能的影响的相关研究较少, 需要对其进行进一步的系统研究, 以期获得可广泛使用的生产和混杂工艺。

(4) 国内对于混杂纤维的研究较多, 但是实际应用较少, 还存在很多可以借鉴学习的地方, 此外, 开拓混杂纤维在民用基础领域的应用, 可以降低成本, 提高性能。

摘要：混杂纤维复合材料以其性能和低成本等优势近期取得了快速发展和应用。纤维混杂比例不仅影响构件的性能, 同时关乎成本。本文介绍了混杂纤维复合材料的性能优势, 分别对复合材料最佳性能和最佳成本时的纤维混杂比例的研究进展进行了综述, 并介绍了混杂纤维复合材料的应用近况, 提出了混杂纤维复合材料目前在发展中的不足, 对其发展方向进行了展望。

短纤维复合材料 第10篇

近年来, 中国碳纤维产业得到了长足的发展[6], 目前我国已有超过30家企业和科研院所涉足碳纤维生产及研发领域, 估计到2015年国内碳纤维需求量将超过18000t。河南永煤碳纤维有限公司是目前河南省唯一能生产碳纤维制品的企业, 生产的牌号为MH300的碳纤维, 主要技术指标已达到甚至超过国际上通用的T300产品标准。本研究主要通过对国产永煤碳纤维及日本东丽碳纤维对增强聚丙烯 (PP) 复合材料性能的对比研究, 为国产碳纤维企业的进一步发展提供参考依据。

1 实验部分

1.1 主要原材料

本实验使用的主要原料为CF和PP。CF:T300 (6K) , 日本东丽公司 (如图1) ;MH300 (3K) , 河南能源化工集团河南永煤碳纤维有限公司 (如图2) 。PP (T30S, MW=3.99105g/mol, 分子量分布4.6) , 中国新疆独山子石化公司。

1.2 CF/PP复合材料的制备

CF的表面处理:将CF放入锥形瓶中, 加入65%的浓硝酸。然后将锥形瓶放入100℃的水浴锅中处理2h, 得到所需要的经过强酸表面处理的CF。

将短切CF (长度约为5mm) 与PP在Haake密炼机中混炼10min, 混炼温度200℃。混炼后得到的块状料破碎后在80℃的烘箱中干燥8h备用。CF所占复合材料质量分数分别为3%、8%和20%。

复合材料加工采用注塑成型, 注塑压力为15 MPa, 保压时间2min, 制得的复合材料尺寸为80mm5mm2.5mm。

1.3 CF/PP复合材料的性能测试

为了观察复合材料中微观结构, 将制好的试样在液氮中冷却后脆断, 利用扫描电子显微镜 (SEM, 7500FJEOL) 进行观察。拉伸强度及模量采用深圳三思纵横科技股份有限公司生产的Suns-UTM2203电子拉力试验机进行测试, 测试标准采用GB/T 1040.2-2006。

2 日本东丽及国产永煤碳纤维性能比较

表1为日本东丽CF与国产永煤CF主要性能比较, 可以看出永煤碳纤维在力学性能上完全可以媲美东丽CF。

3 结果与讨论

3.1 CF/PP:Haake混炼-注射成型 (CF未表面处理)

表2为未经过表面处理的东丽及永煤CF和PP经混炼-注射后复合材料的力学性能比较。由表2可以看出, 填充东丽及永煤碳纤维的聚丙烯复合材料力学性能随碳纤维含量的增加而都得到了提高;尤其是使用永煤CF, 在CF含量较低时 (3%、8%) , 复合材料的力学性能有了很大的改善。

图3及图4用扫描电镜研究了CF/PP复合材料的界面以寻找原因, 发现未经处理的东丽CF和基体PP树脂间界面沟槽清晰 (如图3 (b) ) , 这导致复合材料的力学性能较差。相比较而言, 所使用的永煤CF和基体PP树脂间的界面结合要好一些 (图4) , 这可能和国产碳纤维表面较粗糙、沟槽较多有关。

3.2 CF/PP:Haake混炼-注射成型 (CF表面强酸处理)

由表3可以看出, 填充酸处理过的东丽及永煤碳纤维的聚丙烯复合材料力学性能有了很大的不同;酸处理的东丽CF/PP复合材料较之前未处理过的复合材料在力学性能上有了很大的提高, 相反酸处理的永煤CF/PP复合材料较之前未处理过的CF复合材料力学性能上却有了下降。这表明永煤生产的碳纤维并不适合用强酸处理, 这可能是由于酸处理后表面的活性虽然有所增加, 有利于层间剪切强度的上升, 但由于纤维自身强度的下降, 从而其复合材料的力学性能下降。若要想得到更完善的性能, 需要尝试其它表面处理办法处理永煤碳纤维。

SEM观察发现酸处理过的东丽CF和PP之间界面强度明显较之前有很大的提高 (如图5所示) , 这主要是因为CF表面经浓硝酸酸处理后产生了大量的极性官能团, 这些极性较强的官能团在很大程度上改善了碳纤维表面与基体的结合性能, 使得导电复合材料的强度和模量均有显著上升。

图5酸表面处理东丽CF/PP导电复合材料的SEM断面形态, 碳纤维含量为15wt% (逾渗区) , 界面结合良好

4结论

(1) 加入碳纤维后, CF/PP复合材料的力学性能有所提高;尤其是加入少量未处理过的国产永煤碳纤维时效果显著。

(2) 国产永煤碳纤维增强PP树脂时, 不适合先用强酸处理碳纤维表面。

(3) 对日本东丽碳纤维进行硝酸表面处理后可显著改善基体与碳纤维的界面粘结性能, 进而提高CF/PP复合材料的力学性能。

参考文献

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短纤维复合材料 第11篇

【关键词】高新材料；混凝土结构；复合纤维；特性；加固

在科学技术飞速发展发展的情况下，涌现出了越来越多新兴建筑材料，而高强复合纤维材料就是其中一种，并且该材料目前已经成为了国内外建筑行业深入研究的热点。高强复合纤维材料在金国多年的深入研究之后，累积了大量的实践经验，其复合纤维材料的应用技术已经在许多建筑工程中得到了实际应用。高强复合纤维材料是人造的一种新型材料，其自身有着较强的稳定性能，合理的应用高强纤维自身所具有的性能，能够极大的提升结构自身所具有的强度等，尤其是将其应用在混凝土结构的加固、维修等环节。下文主要针对该技术的应用进行了全面详细的阐述。

1.复合纤维的特性

高强复合纤维材料自身是一种纤维状态的复合型材料，该材料是在温度高达几千度的高温环境之下采用特殊的工艺做制作出来的具有极强性能的高科技材料。高强复合纤维自身有着质量轻、耐磨、耐腐蚀、强度高、寿命长、物理性能稳定等大量的优点。高强复合纤维自身的拉伸强度超过钢材7-10倍左右，但是与钢材的重量相比较而言，仅仅只有钢材的25%左右。高强复合纤维的表面呈现细丝状，其直径极细，单独使用极易折断，不能够单独进行使用。该纤维只有和树脂相结合之后，利用一定的工艺来将其制造成为定向排列的复合材料才能够应用到建筑工程中。其复合材料的组成形态通常有两种，分别是复合纤维布以及复合纤维板，相比较而言，复合纤维布所具有的随意性要远远高于复合纤维板。

2.复合纤维材料加固技术的特点和优越性

（1）该材料能够极大的提升建筑结构对于外部自然环境的适应能力，并且能够对结构起到良好的保护作用，有效的提升了建筑结构自身的使用寿命。

（2）复合纤维材料的物理力学性能优异。该材料的優异的物理力学性能使它可以有效应用于结构物的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的补强工程，并且可以取得优异的加固补强效果。

（3）复合纤维材料的质量轻、强度高，用它加固的结构体可通过装饰后，不留加固痕迹，不影响结构体外观。它质量轻、强度高的特点使它可以在基本不增加结构体积和不改变结构外形的情况下加固结构体。这是其它维修加固方法无法相比的特点。

3.粘贴复合纤维布加固法

大量能够良好应用到建筑工程施工中的材料涌现出来，对于现代工程来说，这就是工程在现代社会发展过程中所具有的动力。而高强复合纤维材料的出现，被广泛的应用在了现代建筑工的维护、加固项目中，这对于现代建筑工程的加固维修技术来说，有着极其重要的作用。

3.1复合纤维材料的要求

3.1.1复合纤维复合材料

高强复合纤维材料的符合材料主要是由纤维以及材料基体所组成。在对混凝土结构进行加固的过程中，主要使用的纤维材料并不止一种，而不同的材料品种就有着不同的性能，这对于建筑结构所带来的影响也有所不同。

在使用高强复合纤维布材料来对混凝土结构进行加固的过程中，首先要对结构自身的受力状况以及具体结构特性进行检测，在有完善数据的情况下，再使用适合的高强复合纤维布粘黏材料粘贴在建筑结构的表面上，使用高强复合纤维布来对当前结构所发生的所有变形行为进行约束，极大的提升混凝土结构自身的荷载力。

3.1.2粘结材料

能否保证复合纤维布与混凝土共同工作的重点是粘结材料性能的好坏程度。粘结材料也是它们两者之间传力途径的关键所在。我们选用的粘结材料必须要有足够的韧性，它不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏，同时必须有足够的强度与刚度，才可以保证复合纤维与混凝土间剪力的传递。由于混凝土结构加固工程的施工环境不受限制，所以粘结材料必须能和复合纤维材料一样，可以适应恶劣的自然环境。

3.2复合纤维布加固混凝土结构施工工艺与要求

3.2.1施工前的准备作业、基面处理要求

把高强符合纤维布直接粘贴在混凝土的作业面，但在进行粘贴之前，还应当使用砂轮来对混凝土结构的表面疏松层进行打磨；混凝土结构中的基面所出现的错位以及凸出部分，都必须要完全打磨平，其结构的转交部分也要磨平，同时还要对其进行倒角处理；如果混凝土结构的表面出现了裂缝，那么就需要使用环氧树脂来对其进行修复。

混凝土基面的清理：先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气清除粉尘；再用丙酮或无水酒精擦拭表面，也可用清水冲洗，但必须保证混凝土基面充分干燥后才能进行下一道工序的施工。

3.2.2粘贴施工要求

A、对需要加固的混凝土结构基面要求：复合纤维布加固混凝土结构技术是依赖复合纤维布与结构表面的粘贴有效率，所以要求基面的混凝土强度等级不得低于C15。同时要求被加固混凝土结构具有良好的保护层，并且基面要求平整。对于结构有起皮、剥落、腐蚀、裂缝及严重复合化等表面缺损，必须先进行修复施工处理。

B、复合纤维布的粘贴：复合纤维布加固混凝土构件时，要求采用薄布多层的粘贴方法，从而确保与粘结材料充分浸润。对于受弯构件，最好在受拉区沿轴向粘贴复合纤维布进行加固，并且在主纤维方向的断面端部附近进行必要的锚固处理措施。

3.3粘贴法加固材料质量控制

在施工中应严格控制的要点：

3.3.1粘贴结材料的配合比控制

粘贴用胶结材料的配合比必须严格控制，它是粘贴加固质量和效果能否得到保证的关键环节，在配料时要求严格按使用配合比备料。

3.3.2施工温度控制

环氧树脂在低温条件下固化比较缓慢，一般直选择在15℃—28℃的温度条件下进行施工。如果遇到在气温较低时施工，必须采取加温养护措施。

3.3.3应保持成型所需要的压力

混凝土梁板加固时，大多数都是在梁的底面进行，由下而上进行粘贴。如果成型时施加的压力不足，就会造成与混凝土之间粘合不够紧密，导致补强层材料发生脱落，会影响加固的效果。

4.结束语

综上所述，在现代科技飞速发展的过程中，高强复合纤维敬爱故混凝土的技术会越发的成熟，并且其应用领域也必然不会越发广泛，大量工程实践证明了高强复合纤维施工法能够良好的解决混凝土结构强度不足等各方面的质量问题。因此，大力发展高强复合纤维技术对于混凝土结构的加固和维修技术的发展来说，打下了坚实的基础。 [科]

【参考文献】

[1]吴启祥.建筑结构加固新技术一混凝土结构复合纤维加固技术，2005.

[2]姜艳霞.浅谈复合纤维加固钢筋混凝土的应用实践，2002.

短纤维复合材料 第12篇

模具在现代社会中具有十分重要的作用,为了满足模具表面高寿命、高耐磨性和高耐腐蚀性等新要求,表面激光强化技术在模具行业得到了广泛的应用。然而,表面激光强化技术在大幅度提高模具表面性能的同时,也使加工难度增加。在对自由曲面的光整加工时,由于一般的刚性研磨工具难以与工件曲面形成良好的面接触;也难以把握各局部的加工力度和加工时间,因此,不但加工质量不稳定且加工效率低。针对这一现状,浙江工业大学计时鸣等人提出了一种适用于激光强化后具有高硬度自由曲面的模具表面光整加工技术:软固结磨粒气压砂轮(Softness Consolidation Abrasives Pneumatic Wheel,简称为SCAPW)加工方法[1,2]。

软固结气压砂轮主要由气压砂轮基体、高聚物粘接剂和磨粒组成,其中粘接剂和磨粒均匀附着在气压砂轮基体上,如图1所示。

在对模具的自由曲面进行加工时,气压砂轮应当与自由曲面有较好的仿形接触,以便尽可能地加大与曲面的接触面积,使更多的磨粒参与到加工中去,这就要求气压砂轮基体具有良好的粘弹性。高聚物材料同时具有良好的粘性和弹性,而橡胶是一种典型的高聚物材料,因此选用橡胶作为气压砂轮基体的材料。

天丝纤维是一种绿色无毒的纤维,其横截面一般为圆形或椭圆形,线密度大部分为0.17tex,并具有悬垂性好,无毒环保、舒适柔软等优点,目前广泛应用于纺织工业与医学业。本文选用1.4 D×38 mm的A100型非原纤化天丝纤维。

1短纤维增强气压砂轮基体理论基础

短纤维与橡胶混合常用的理论模型有三种:

(1)串联———并联混合模型;

(2)随机混合模型;

(3)纤维单向分布模型。

短纤维增强橡胶基体的原理是:当复合材料承受外载荷时,外力通常先作用在橡胶基体上,由于短纤维的弹性模量远大于橡胶材料的弹性模量,因此橡胶产生的变形将远大于短纤维产生的变形。较小弹性模量橡胶的变形受到了较大弹性模量的短纤维的制约,于是在两者结合的界面上形成了剪切应力,就这样,通过界面的应力传递,把作用在橡胶基体上的力传递到具有高模量、高强度的短纤维上[3]。Cox[4]提出的剪滞模型就是针对短纤维增强中纤维与橡胶基体的应力传递分析最重要的理论模型,如图2所示。

2复合气压砂轮力学性能分析

利用密炼机制备气压砂轮所需的复合材料,利用一个专用的模具制备气压砂轮基体。本文选用邵氏硬度40 HA的橡胶作为复合材料的基体,参照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》中的规定制成哑铃状试样,在Instron试验机上进行拉伸实验。研究表明,当短纤维质量分数未超过10%时,复合材料与橡胶材料相比,其邵氏硬度基本未发生变化[5]。

图3为添加不同质量分数的纤维后,复合材料的应变—应力关系曲线图。图3(a)所示为未添加任何短纤维时,橡胶材料的应变—应力曲线图,其曲线光滑,几乎未见波动,直到应变量达到800%以上时材料才发生断裂;图3(b)所示为添加8%质量分数的天丝纤维后,复合材料发生断裂时应变量急剧下降。

图3(b)和图3(c)所示为,在同等硬度条件下,不同的天丝纤维质量分数对应的复合材料断裂应变量和应变力。对比图3(b)和图3(c)可以发现:随着天丝纤维质量分数的增加,复合材料的断裂应力呈现增长的趋势,而断裂应变量则呈现出减小的趋势。断裂应力的增加,表明随着短纤维质量分数的增加,短纤维在改善复合材料柔韧性的同时,也提高了仿形能力,使其更加不容易断裂。断裂应变量减小则是因为在添加了短纤维后,短纤维和橡胶的接触界面产生了剪切应力,改变了橡胶原来的力学状态,使其更容易发生断裂。

由短纤维增强复合材料的应变—应力关系曲线图可以发现:在初始阶段,短纤维增强复合材料的应力随着应变的提高而快速增长。拉伸曲线在初始阶段可以近似地看成线性关系。

3短纤维增强气压砂轮加工仿真分析

软固结磨粒气压砂轮主要是通过磨粒与工件接触并发生相对运动来实现材料的去除,其工作时的受力情况比较复杂。气压砂轮最后加工的效率主要受气压砂轮下压量及其内部充气压力,气压砂轮基体材质以及与工件接触的夹角等因素的影响。通过有限元仿真软件ANSYS模拟不同气压砂轮基体在激光强化表面模具光整加工时的仿形能力以及接触应力的分布情况,可以指导以后的光整加工试验。

仿真选用外径35 mm、厚度2.5 mm的气压砂轮,砂轮充气压力0.1 MPa,气压砂轮下压量为1.5 mm,气压砂轮基体的短纤维质量分数分别为0、2.5%、5%,对应编号分别为1、2、3。气压砂轮磨粒层弹性模量取4 MPa,泊松比取0.49[6]。被加工材料为高碳钢,其弹性模量E为210 GPa,泊松比μ为0.3[7]。仿真结果如图4所示。

图4为气压砂轮压应力云图,从图中可见气压砂轮工作时在砂轮基体和工件的接触区受力明显;压力值的大小随着短纤维质量分数的增加而增加。由修正后的Preston方程[8]可知,随着纤维质量分数的增加,气压砂轮基体的仿形能力得到改善的同时,其材料去除的能力也得到了增强,进而提高了光整加工效率,验证了短纤维增强气压砂轮基体的理论构想。

4结论

(1)介绍了短纤维与橡胶混合的理论模型及短纤维增强气压砂轮基体理论基础。利用短纤维增强理论,分析了添加天丝短纤维的复合气压砂轮力学性能。

(2)基于有限元的方法,仿真分析了不同纤维质量分数的气压砂轮对模具表面光整加工时的应力及应变变化情况,验证了随着短纤维质量分数的增大,气压砂轮基体的仿形能力越好,其材料去除能力也越强。

摘要：为了提高自由曲面高效光整加工效率,将软固结气压砂轮光整技术应用到模具加工中。提出了一种通过添加天丝短纤维,提高气压砂轮基体力学性能的新方法。运用有限元软件,仿真分析了不同纤维质量分数的气压砂轮对模具表面光整加工时的应力及应变变化情况,验证了随着短纤维质量分数增大,气压砂轮基体的仿形能力越好,其材料去除能力也越强。

关键词：剪切滞后理论,短纤维增强,复合气压砂轮基体,力学性能,仿形能力,有限元

参考文献

[1]计时鸣,金明生,张宪,等.应用于模具自由曲面的新型气囊抛光技术[J].机械工程学报,2007,43(8)∶2-6.

[2]许亚敏.软固结磨粒气压砂轮的光整加工技术与实验研究[D].杭州:浙江工业大学,2009∶12-14.

[3]宋华.短纤维增强PVC复合材料力学性能研究[D].上海:东华大学,2003∶9-12.

[4]Cox H L.The elasticity and strength of paper and other fibrous materials[J].Britsh Journal of.Applied Physics,1952(3)∶72-79.

[5]计时鸣,郑孟翔.Lyocell纤维增强气压砂轮基体的力学性能[J].复合材料学报,2014,31(5)∶1321-1329.

[6]丁洁瑾.软固结磨粒气压砂轮的优化设计及性能实验[D].杭州:浙江工业大学,2012∶36-38.

[7]计时鸣,厉志安,金明生,等.随机短纤维增强气压砂轮基体性能的研究[J].应用基础与工程科学学报,2015(2)∶369-379.