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面向AI时代的纤维增强树脂基复合材料工艺仿真
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作者 周钰博 李敏 +4 位作者 王绍凯 顾轶卓 陶飞 陈祥宝 张佐光 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期17-36,共20页
纤维增强树脂基复合材料制造工艺是保证其产品结构效率和应用可靠性的关键,通过计算机进行工艺仿真是提高复合材料制造质量与降低制造成本的重要手段。传统工艺仿真依赖于制造过程中的物理化学机理,通过有限元/有限体积等数值计算方法,... 纤维增强树脂基复合材料制造工艺是保证其产品结构效率和应用可靠性的关键,通过计算机进行工艺仿真是提高复合材料制造质量与降低制造成本的重要手段。传统工艺仿真依赖于制造过程中的物理化学机理,通过有限元/有限体积等数值计算方法,以及计算机图形学等辅助设计方法来求解相关机理模型的数学方程,目前已在增强体/预浸料的铺覆、树脂的渗透流动、热固性树脂的固化行为、热传导与热交换、非线性力学及残余应力与固化变形预测等方面得到广泛应用。近年来,人工智能(AI)的迅猛发展,其技术基础机器学习(ML)与人工神经网络(ANN)相结合,已用于增强体铺覆、液体成型工艺和热压罐工艺领域,主要目的是数据挖掘和建立降阶模型。前者可以建立工艺条件与制件固化质量、力学性能等之间的关系,后者则可以提高工艺仿真的计算效率。然而受限于纤维增强树脂基复合材料制造过程复杂、不可测、成本高的特点,在AI时代的起点,仅依赖实验获得的数据量难以满足ML的要求,同时数据驱动AI还面临模型代表性、普适性、可解释性不确定的问题。因此,基于物理化学机理的传统工艺仿真可为数据驱动ML仿真提供大量可靠数据,进而通过AI建立更多描述复合材料工艺的定量模型,扩展工艺仿真可计算的过程;同时,通过AI技术提高计算效率后,满足实时性要求的工艺仿真可进化为制造过程的数字孪生(DT),从而可为复合材料降低成本、提高全寿命周期管理的科学性提供新的技术支撑。 展开更多
关键词 复合材料 工艺仿真 人工智能 机器学习 固化仿真 固化变形
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单向纤维集束的树脂浸润影响因素 被引量:26
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作者 张佐光 李敏 +1 位作者 孙志杰 陈亮 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第10期934-938,共5页
运用自行研制的浸润特性测试系统 ,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为 ,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律 .研究表明 ,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加... 运用自行研制的浸润特性测试系统 ,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为 ,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律 .研究表明 ,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率 .研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计。 展开更多
关键词 复合材料 纤维束 环氧树脂 浸润 毛细作用
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防弹芳纶复合材料实验研究 被引量:28
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作者 张佐光 李岩 +1 位作者 殷立新 梁志勇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第3期1-5,共5页
研究以Twaron纤维织物为增强材料的复合材料的防弹特性.通过大量实弹试验,初步优化了树脂基体体系,并着重分析了不同树脂基体,不同树脂含量,不同团化压力等对其芳纶复合材料弹道性能的影响,揭示出了一定的规律.所得结果对... 研究以Twaron纤维织物为增强材料的复合材料的防弹特性.通过大量实弹试验,初步优化了树脂基体体系,并着重分析了不同树脂基体,不同树脂含量,不同团化压力等对其芳纶复合材料弹道性能的影响,揭示出了一定的规律.所得结果对防弹芳纶复合材料的进一步研究与开发应用有参考价值. 展开更多
关键词 聚酰胺纤维 复合材料 弹道性能 合成树脂
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纤维/树脂浸润测试仪的研制与应用 被引量:4
4
作者 张佐光 陈亮 +1 位作者 李敏 孙志杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期359-362,共4页
针对复合材料成型工艺的特点 ,依据毛细原理 ,研制了浸润性能测试仪 .该测试仪包括浸润质量测试系统与温度控制系统 ,能够定量测试在较宽的温度范围内发生浸润的速率和浸润程度 .对该测试仪的准确性与稳定性进行了校准与标定 ,并运用该... 针对复合材料成型工艺的特点 ,依据毛细原理 ,研制了浸润性能测试仪 .该测试仪包括浸润质量测试系统与温度控制系统 ,能够定量测试在较宽的温度范围内发生浸润的速率和浸润程度 .对该测试仪的准确性与稳定性进行了校准与标定 ,并运用该仪器研究了纤维种类、树脂粘度和纤维体积含量对树脂 /纤维浸润性能的影响规律 .研究结果表明该设备为研究各类复合材料中增强材料与基体间的浸润性能提供了方便的测试手段 。 展开更多
关键词 复合材料 浸润 纤维 测试装置 树脂基体
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电子束辐射固化环氧树脂的反应过程分析 被引量:4
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作者 张佐光 隋刚 仲伟虹 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2003年第8期1506-1510,共5页
对双酚 A型环氧树脂的电子束辐射固化反应过程进行了分析 .考察了引发剂、稀释剂对树脂体系辐射反应的影响 ,以环氧丙烷作为模型化合物 ,研究了环氧丙烷 -碘盐体系的电子束辐射反应机理 ,证实了在电子束辐射下 ,碘盐分解产生质子酸 ... 对双酚 A型环氧树脂的电子束辐射固化反应过程进行了分析 .考察了引发剂、稀释剂对树脂体系辐射反应的影响 ,以环氧丙烷作为模型化合物 ,研究了环氧丙烷 -碘盐体系的电子束辐射反应机理 ,证实了在电子束辐射下 ,碘盐分解产生质子酸 ,引发环氧树脂阳离子开环聚合的反应过程 .观测环氧树脂辐射固化区域发现 ,电子束穿过样品时发生强烈的散射 ,在辐射方向以及周围一定区域内引发固化反应 ,固化反应从活性中心开始向体系内部层层扩展 ,整个固化区域由很多的层状结构组成 . 展开更多
关键词 电子束 辐射固化 环氧树脂 反应过程 微观结构 复合材料
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复合材料防弹板性能小样本分析 被引量:3
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作者 张佐光 沈建明 +1 位作者 李敏 孙志杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期561-564,共4页
二维配对升降法小样本统计分析方法可在较少的试验量下 ,获得高可靠度的结果 .在靶试数据基础上运用该统计方法 ,推导出三种复合材料防弹板在确定置信度和一定穿透率下的临界穿透速度、最小全穿透速度和最大不穿透速度 ,以及一定未穿透... 二维配对升降法小样本统计分析方法可在较少的试验量下 ,获得高可靠度的结果 .在靶试数据基础上运用该统计方法 ,推导出三种复合材料防弹板在确定置信度和一定穿透率下的临界穿透速度、最小全穿透速度和最大不穿透速度 ,以及一定未穿透概率下的临界面密度 . 展开更多
关键词 装甲 复合材料 置信水平 临界穿透速度 小样本二维配对升降法
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不等径纤维混杂复合材料混杂原理 被引量:4
7
作者 张佐光 仲伟虹 +1 位作者 张大兴 史卫华 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期499-501,共3页
对碳化硅碳(SiCFCF)环氧和硼碳(BFCF)环氧2 种不等径纤维混杂复合材料的混杂模型和机理进行了初步研究.建立了三角形和四边形阵列的混杂模型;分析了材料制备工艺对混杂阵列。
关键词 纤维增强 复合材料 碳纤维 混杂纤维 混杂模型
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复合材料弹道性能的实验与估算 被引量:3
8
作者 张佐光 宋焕成 +2 位作者 梁志勇 李岩 白长河 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第6期28-31,共4页
通过玻璃纤维/双马树脂、芳纶/缩丁醛复合材料靶板的实弹实验,获得了不同面密度复合材料靶板的抗弹性能数据,在分析实验数据的基础上建立了复合材料靶板弹击后能量吸收E_v和弹道极限速度V_50的理论估算式,并求得单位面密度... 通过玻璃纤维/双马树脂、芳纶/缩丁醛复合材料靶板的实弹实验,获得了不同面密度复合材料靶板的抗弹性能数据,在分析实验数据的基础上建立了复合材料靶板弹击后能量吸收E_v和弹道极限速度V_50的理论估算式,并求得单位面密度上的能量吸收值BPI。文中所得结果对防弹复合材料的进一步研究和复合材料靶板设计有参考价值。 展开更多
关键词 复合材料 弹道 性能 靶板
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碳纤维增强聚苯硫酸的断裂韧性研究 被引量:5
9
作者 张佐光 宋国玺 +1 位作者 梁志勇 仲伟虹 《中国塑料》 CAS CSCD 1995年第6期34-39,共6页
本文通过双悬臂梁(BCB)实验和末端缺口三点弯曲(ENF)实验,研究了碳纤维增强国产聚苯硫醚复合材料的断裂韧性,着重考察TCF/PPS的GⅠc、GⅡc在不同热处理条件下的变化情况,并对其机理作了分析。研究结果,对合理... 本文通过双悬臂梁(BCB)实验和末端缺口三点弯曲(ENF)实验,研究了碳纤维增强国产聚苯硫醚复合材料的断裂韧性,着重考察TCF/PPS的GⅠc、GⅡc在不同热处理条件下的变化情况,并对其机理作了分析。研究结果,对合理使用CF/PPS复合材料和充分发挥其作用是很有实际意义的。 展开更多
关键词 断裂 韧性 聚苯硫醚 碳纤维 增强
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多向混杂纤维复合材料压缩及弯曲行为 被引量:2
10
作者 张佐光 张晓宏 +1 位作者 梁志勇 宋焕成 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第11期22-25,共4页
本文采用工程上常用的铺层角,保持铺层角度序列不变,通过改变混杂结构对多向混杂复合材料的压缩、弯曲力学行为进行了实验分析研究。发现了多向混杂复合材料的弯曲混杂效应,提出了多向混杂纤维复合材料的弯曲混杂数的概念,为混杂纤... 本文采用工程上常用的铺层角,保持铺层角度序列不变,通过改变混杂结构对多向混杂复合材料的压缩、弯曲力学行为进行了实验分析研究。发现了多向混杂复合材料的弯曲混杂效应,提出了多向混杂纤维复合材料的弯曲混杂数的概念,为混杂纤维复合材料准确地进行选材和材料设计,为混杂复合材料更广泛运用提供了理论基础。 展开更多
关键词 混杂纤维 复合材料 多向 压缩行为 弯曲行为
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环氧树脂辐射固化反应速率及速率常数的研究 被引量:2
11
作者 张佐光 隋刚 +1 位作者 袁宇慧 李凤梅 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第8期686-690,共5页
研究了环氧树脂溶液的电子束辐射固化反应速率常数以及树脂特性对反应速率的影响 .研究结果显示 ,辐射反应增长速率常数kp 和终止速率常数kt在反应进行的不同阶段表现出不同的控制机制 .环氧树脂的分子量及其分布 ,分子化学结构对辐射... 研究了环氧树脂溶液的电子束辐射固化反应速率常数以及树脂特性对反应速率的影响 .研究结果显示 ,辐射反应增长速率常数kp 和终止速率常数kt在反应进行的不同阶段表现出不同的控制机制 .环氧树脂的分子量及其分布 ,分子化学结构对辐射反应速率都有很大影响 。 展开更多
关键词 环氧树脂 电子束 固化 动力学常数 反应速率
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炭纤维混杂复合材料研究与应用状况 被引量:3
12
作者 张佐光 宋焕成 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 1991年第3期48-55,共8页
前言以碳纤维为增强材料的聚合物基复合材料-碳纤维复合材料(CFRP),以其高比模量、高比强度的优点,率先在航空航天等领域得到较多的应用,与铝合金材料及玻璃纤维复合材料相比,显示出先进复合材料的特点.但是,碳纤维复合材料性脆,断裂伸... 前言以碳纤维为增强材料的聚合物基复合材料-碳纤维复合材料(CFRP),以其高比模量、高比强度的优点,率先在航空航天等领域得到较多的应用,与铝合金材料及玻璃纤维复合材料相比,显示出先进复合材料的特点.但是,碳纤维复合材料性脆,断裂伸长小,这一弱点使其应用范围受到限制.人们发现,用玻璃纤维或芳纶代替部分碳纤维,所得到的碳纤维混杂复合材料,可在其他性能基本保持不变的情况下,韧性有大幅度改善. 展开更多
关键词 增强塑料 碳纤维 增强
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混杂化是改善CFRP韧性的有效途径 被引量:2
13
作者 张佐光 宋焕成 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1990年第4期71-77,共7页
碳纤维复合材料(CFRP)虽然以模量高、强度高而作为受力构件材料越来越多地被应用。但CFRP性脆,韧性差,其应用在很大程度上受到了限制。若将玻璃纤维(G_纤)或Kevlar纤维(K_纤)代替部分碳纤维,即制成C/G,C/K混杂复合材料,在不太损失其它... 碳纤维复合材料(CFRP)虽然以模量高、强度高而作为受力构件材料越来越多地被应用。但CFRP性脆,韧性差,其应用在很大程度上受到了限制。若将玻璃纤维(G_纤)或Kevlar纤维(K_纤)代替部分碳纤维,即制成C/G,C/K混杂复合材料,在不太损失其它性能的前提下可以大大提高CFRP的冲击韧性[1][2]。实验证明,混杂化是改善CFRP韧性的一个切实可行的途径。 展开更多
关键词 混杂复合材料 冲击韧性 碳纤维
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混杂纤维复合材料的剪切特性(一)——夹芯结构
14
作者 张佐光 宋焕成 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1991年第1期30-34,共5页
对三种类型的混杂纤维复合材料层压板的层间剪切特性进行了试验与研究,从理论上描述了层间剪切应力分布状态。与此同时,对层间剪切强度和破坏位置分别进行了估算和预测,其结果与实验较为吻合。
关键词 复合材料 混杂纤维 剪切 夹芯结构
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PE微观结构的红外光谱实用表征 被引量:42
15
作者 谢侃 陈冬梅 +2 位作者 蔡霞 侯斌 张佐光 《合成树脂及塑料》 EI CAS 北大核心 2005年第1期48-52,共5页
利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了多种类型以及与不同α-烯烃共聚合的聚乙烯(PE),发现采用FTIR差谱技术可对共聚PE的结构类型定性分析。通过比较甲基1378cm-1处和亚甲基1369cm-1处的峰强以及比较不饱和基团在908cm-1和888cm-1处的峰... 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了多种类型以及与不同α-烯烃共聚合的聚乙烯(PE),发现采用FTIR差谱技术可对共聚PE的结构类型定性分析。通过比较甲基1378cm-1处和亚甲基1369cm-1处的峰强以及比较不饱和基团在908cm-1和888cm-1处的峰强,并分析700-900cm-1的支链吸收峰,可分别获得判断PE类型及共聚PE结构的信息。此外,通过测算1378cm-1处的峰强,建立了共聚PE支化度的定量分析曲线。 展开更多
关键词 共聚合 PE Α-烯烃 表征 支化度 红外光谱 微观结构 亚甲基 FTIR 基团
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连续玄武岩纤维及其复合材料耐腐蚀特性 被引量:63
16
作者 王明超 张佐光 +1 位作者 孙志杰 李敏 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1255-1258,共4页
通过考察玄武岩纤维在蒸馏水、氢氧化钠溶液及盐酸中煮沸3 h后的强度与质量变化,及其复合材料在8种化学介质中分别浸泡15 d、30 d和90 d后的力学性能与表面形态变化,对一种国产连续玄武岩纤维及其复合材料的耐化学介质腐蚀性能进行了实... 通过考察玄武岩纤维在蒸馏水、氢氧化钠溶液及盐酸中煮沸3 h后的强度与质量变化,及其复合材料在8种化学介质中分别浸泡15 d、30 d和90 d后的力学性能与表面形态变化,对一种国产连续玄武岩纤维及其复合材料的耐化学介质腐蚀性能进行了实验研究.结果表明,该玄武岩纤维及其复合材料都有很好的耐水及耐碱性能,且纤维的耐碱性能优于其耐酸性能.由于玄武岩纤维的耐酸碱性能差异,使复合材料具有如下腐蚀特性:酸性介质中,复合材料弯曲强度和弯曲模量同步降低;碱性介质中,复合材料弯曲强度降低,而弯曲模量几乎保持不变. 展开更多
关键词 复合材料 玄武岩纤维 耐腐蚀性能 力学性能
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防弹陶瓷的研究现状与发展趋势 被引量:33
17
作者 孙志杰 吴燕 +2 位作者 张佐光 仲伟虹 沈建明 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2000年第5期10-14,23,共6页
综述了防弹陶瓷的研究现状 ,介绍了两种典型的防弹陶瓷。对于Al2 O3防弹陶瓷着重于复相结构的分析 ;对于B4 C着重于烧结工艺及陶瓷性能方面的概述。并对防弹陶瓷今后的发展进行了预测 ,列举了几种较新的防弹陶瓷材料并提出了将纳米复相... 综述了防弹陶瓷的研究现状 ,介绍了两种典型的防弹陶瓷。对于Al2 O3防弹陶瓷着重于复相结构的分析 ;对于B4 C着重于烧结工艺及陶瓷性能方面的概述。并对防弹陶瓷今后的发展进行了预测 ,列举了几种较新的防弹陶瓷材料并提出了将纳米复相陶瓷用于防弹方面的设想。 展开更多
关键词 防弹陶瓷 纳米陶瓷 氧化铝 碳化硅 防弹材料
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不同上浆剂的国产碳纤维复合材料湿热性能研究 被引量:18
18
作者 封彤波 肇研 +3 位作者 罗云烽 丁东 段跃新 张佐光 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期36-40,共5页
通过对表面包覆不同上浆剂的国产碳纤维制备的双马树脂基复合材料在71℃水浸前后的吸湿量、层间剪切性能、弯曲性能、破环模式以及破坏断口的SEM照片进行比较,研究了上浆剂对复合材料湿热性能的影响,同时与T300制备的同种树脂基复合材... 通过对表面包覆不同上浆剂的国产碳纤维制备的双马树脂基复合材料在71℃水浸前后的吸湿量、层间剪切性能、弯曲性能、破环模式以及破坏断口的SEM照片进行比较,研究了上浆剂对复合材料湿热性能的影响,同时与T300制备的同种树脂基复合材料的相关性能进行了比较。研究发现,不同性能的上浆剂对复合材料的湿热性能有明显影响,目前国产上浆剂的性能与T300表面上浆剂的水平还有些差距。 展开更多
关键词 上浆剂 碳纤维 双马树脂 复合材料 湿热性能
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混杂纤维复合材料热膨胀性能及混杂效应的研究 被引量:12
19
作者 孙志杰 吴燕 +2 位作者 仲伟虹 张佐光 张大兴 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 2002年第1期49-52,共4页
通过力学和热性能实验分析了混杂复合材料的混杂结构、混杂方式及界面状态与热膨胀性能的关系。给出了混杂复合材料混杂效应系数的估算公式 ,并进行了实验验证。分析了热效应对混杂效应的影响。发现层间和夹心混杂复合材料的热膨胀量随... 通过力学和热性能实验分析了混杂复合材料的混杂结构、混杂方式及界面状态与热膨胀性能的关系。给出了混杂复合材料混杂效应系数的估算公式 ,并进行了实验验证。分析了热效应对混杂效应的影响。发现层间和夹心混杂复合材料的热膨胀量随炭纤维相对含量的增加而减少 ;经过表面处理后的纤维层间混杂复合材料的热膨胀量明显大于未处理的混杂复合材料。 展开更多
关键词 混杂纤维 复合材料 热膨胀系数 混杂效应 性能 组分 铺层方式
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高温处理对几种玄武岩纤维成分和拉伸性能的影响 被引量:22
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作者 陈菁 顾轶卓 +3 位作者 杨中甲 李敏 王绍凯 张佐光 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期61-66,共6页
选取5种国产玄武岩纤维,采用X射线荧光光谱法和纤维单丝拉伸测试等方法,研究200~800℃空气气氛和氮气气氛处理前后纤维的化学成分、物理特性和拉伸性能等变化,以揭示玄武岩纤维的耐高温性能。结果表明:空气气氛下高温处理后由于表面处... 选取5种国产玄武岩纤维,采用X射线荧光光谱法和纤维单丝拉伸测试等方法,研究200~800℃空气气氛和氮气气氛处理前后纤维的化学成分、物理特性和拉伸性能等变化,以揭示玄武岩纤维的耐高温性能。结果表明:空气气氛下高温处理后由于表面处理剂的去除,玄武岩纤维表面更加光滑,直径略微变小,同时质量减少;SiO_2,Al_2O_3质量分数减小,而FeO+Fe_2O_3,CaO,MgO质量分数都增大,其中FeO+Fe_2O_3的质量分数增加最多,增幅最大达到21%。200℃处理后玄武岩纤维单丝拉伸强度有一定降低,强度保留率最大为98.3%,400℃处理后强度明显下降,强度保留率最高达到64.6%,800℃处理后强度保留率均不足20%。此外,纤维断裂伸长率随温度的升高而减小,弹性模量增大。与空气气氛相比,氮气气氛下纤维强度保留率更高,拉伸性能更稳定。 展开更多
关键词 玄武岩纤维 玻璃纤维 高温处理 化学成分 单丝拉伸性能
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