聚醚酰亚胺纳米纤维膜同步改善VARI成型CF/EP复合材料层间韧性和面内力学性能

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作者 阳泽濠 宁博 +6 位作者 陈正国 徐学宏 刘卫平 薛怿 刘勇 张辉 俞建勇 《材料工程》 北大核心 2025年第2期202-212,共11页

研究了静电纺聚醚酰亚胺(PEI)纳米纤维膜对真空辅助树脂灌注(VARI)成型碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层间韧性和面内力学性能的影响规律及其内在微观机制。研究发现,PEI纳米纤维膜与环氧树脂浸渍性良好且不影响树脂流动,适用于灌注温... 研究了静电纺聚醚酰亚胺(PEI)纳米纤维膜对真空辅助树脂灌注(VARI)成型碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层间韧性和面内力学性能的影响规律及其内在微观机制。研究发现,PEI纳米纤维膜与环氧树脂浸渍性良好且不影响树脂流动,适用于灌注温度为70℃且灌注时间小于30 min的VARI成型工艺,在120℃的环氧树脂固化温度下6 min内完全溶解。PEI纳米纤维膜的引入可同时改善CF/EP复合材料的层间韧性和面内力学性能,15 g/m^(2)的PEI纳米纤维膜可以使CF/EP复合材料的Ⅰ型层间断裂韧度、Ⅱ型层间断裂韧度和层间剪切强度分别提升55.1%,65.4%和12.2%,20 g/m^(2)的PEI纳米纤维膜使CF/EP复合材料的弯曲强度和模量分别提高了10.6%和9.3%,10 g/m^(2)的PEI纳米纤维膜使压缩强度和压缩模量分别增加24.3%和18.9%。PEI纳米纤维膜通过原位溶解和环氧树脂固化诱导相分离,在CF/EP复合材料层间形成均匀分布的PEI/环氧树脂两相结构,提高了复合材料层间裂纹的扩展阻力和层间树脂基体的载荷转移能力,可能是复合材料层间韧性和面内力学性能得到改善的原因。 展开更多

关键词 碳纤维增强环氧树脂基复合材料 真空辅助树脂灌注 聚醚酰亚胺 纳米纤维膜 层间韧性 面内力学性能

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马来酸酐接枝聚丙烯增强碳纤维织物聚丙烯复合材料界面的研究 被引量：7

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作者 任毅 景鹏展 +4 位作者 孙宝忠 周剑锋 朱姝 胡益男 余木火 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期126-130,共5页

研究了马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)偶联剂对碳纤维织物(CFF)增强聚丙烯(PP)复合材料力学性能的影响以及CFF与基体的界面相互作用。采用模压成型工艺制备了一系列不同MAPP含量的CFF/PP复合材料层合板。扫描电镜观察断裂形貌发现,随着MAPP... 研究了马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)偶联剂对碳纤维织物(CFF)增强聚丙烯(PP)复合材料力学性能的影响以及CFF与基体的界面相互作用。采用模压成型工艺制备了一系列不同MAPP含量的CFF/PP复合材料层合板。扫描电镜观察断裂形貌发现,随着MAPP的加入,断口拔出的CFF中PP基体覆盖较多,CFF/PP界面脱黏较少。随着MAPP添加量的增加,界面黏结力得到改善。复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量、冲击强度和层间剪切强度均显著提高2~10倍。当MAPP质量分数超过10%~15%后,力学性能趋于平稳然后下降。 展开更多

关键词 碳纤维织物 力学性能 马来酸酐接枝聚丙烯 界面相互作用

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风冷和导热板对CF/PPS复合材料自感应焊接的影响 被引量：8

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作者 钱盈 王家锋 +5 位作者 宋俣诺 朱姝 周剑锋 杨洋 王洪恩 曹华军 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2020年第10期39-46,共8页

随着热塑性复合材料在飞机上的用量日趋增多,感应焊接作为未来热塑性结构件连接技术的最重要发展方向而倍受重视。感应焊接技术目前存在的主要问题在于焊接过程中最高温度面难以锁定于焊接面,而常位于更靠近线圈的表面附近。本文针对连... 随着热塑性复合材料在飞机上的用量日趋增多,感应焊接作为未来热塑性结构件连接技术的最重要发展方向而倍受重视。感应焊接技术目前存在的主要问题在于焊接过程中最高温度面难以锁定于焊接面,而常位于更靠近线圈的表面附近。本文针对连续碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)层合板,研究了空气喷嘴和陶瓷导热板对于CF/PPS复合材料感应焊接过程的影响规律。结果表明,空气喷嘴和导热板的使用均可以有效地降低焊接过程中层合板上表面的温度,避免靠近线圈的上表面树脂在焊接过程中发生高温熔融或降解,从而保证CF/PPS自感应接头的外观完整性。此外,本文研究了单向预浸料制备的CF/PPS层合板进行自感应焊接的可行性。结果表明,由0°和90°交替铺层的CF/PPS层合板由于内部存在交流导电回路,可在低频高功率条件下实现自感应焊接。 展开更多

关键词 感应焊接 碳纤维 聚苯硫醚 热塑性复合材料 单搭接剪切强度

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不同内径碳纤维复合材料轴管的振动性能研究 被引量：6

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作者 孙泽玉 余许多 +3 位作者 陶雷 高洪平 肖杰 余木火 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2020年第5期63-68,共6页

利用脉冲激振实验技术和有限元分析方法,分别采用实验和有限元计算两种方法研究了轴管内径对碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)轴管自由状态下的振动性能的影响。结果表明:随着CFRP轴管内径的增加,其固有频率值增大,当轴管内径从50 m... 利用脉冲激振实验技术和有限元分析方法,分别采用实验和有限元计算两种方法研究了轴管内径对碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)轴管自由状态下的振动性能的影响。结果表明:随着CFRP轴管内径的增加,其固有频率值增大,当轴管内径从50 mm增加到70 mm时,固有频率增加了39.13%,仿真和实测固有频率结果基本一致,仿真模型可靠。不同内径CFRP轴管在自由状态条件下第一阶振动都发生了弯曲振动,振动时1/4和3/4处不变形而中间和两端变形较大。随着CFRP轴管内径增加,振动衰减系数逐渐减小,衰减系数下降速率逐渐变缓。轴管内径引起阻尼性能的变化对轴管自由状态振幅衰减有较大影响,但是对固有频率影响较小。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 传动轴 固有频率 阻尼 振动性能

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基于氧化石墨烯修饰活化碳纤维的聚醚醚酮基复合材料 被引量：5

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作者 朱姝 何帅龙 +5 位作者 高家蕊 Elwathig A.M.Hassana 葛邓腾 刘强 郭闻昊 余木火 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期130-136,143,共8页

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料是重要的航空热塑性复合材料,其弱点是碳纤维(CF)与基体界面结合性差,导致层间剪切强度(ILSS)较低。文中将氧化石墨烯/聚醚酮酮(GO/PEKK)混合上浆剂涂覆于活化CF表面,制备了纤维-基体界面修饰的具有... 碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料是重要的航空热塑性复合材料,其弱点是碳纤维(CF)与基体界面结合性差,导致层间剪切强度(ILSS)较低。文中将氧化石墨烯/聚醚酮酮(GO/PEKK)混合上浆剂涂覆于活化CF表面,制备了纤维-基体界面修饰的具有高ILSS的CF/PEEK复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱和热重分析分别对表面修饰剂及其改性CF的微观形貌与结构进行表征,采用静力学测试、动态力学分析和SEM等对复合材料断裂行为进行评价与分析。结果表明,当GO质量分数不超过0.5%时,在PEKK中分散良好;由于界面修饰剂的氢键作用,CF/PEEK复合材料的弯曲强度、模量和ILSS均大幅提高,断裂形式从纤维-基体脱粘转变为基体变形及断裂,表明基体与增强体的相互作用增强。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 聚醚醚酮 氧化石墨烯 聚醚酮酮 界面修饰

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基于Fibersim的碳纤维复合材料油底壳设计 被引量：11

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作者 秦晓宇 马其华 +1 位作者 周琪 甘学辉 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期61-68,共8页

在汽车轻量化背景下,对金属油底壳进行碳纤维复合材料轻量化设计。首先从轻量化程度、设计性和安全性三个方面出发确定油底壳构件碳纤维复合材料化的可行性;其次,通过Catia软件对原金属油底壳进行结构简化处理,根据复合材料结构设计的规... 在汽车轻量化背景下,对金属油底壳进行碳纤维复合材料轻量化设计。首先从轻量化程度、设计性和安全性三个方面出发确定油底壳构件碳纤维复合材料化的可行性;其次,通过Catia软件对原金属油底壳进行结构简化处理,根据复合材料结构设计的规范,去除相关后期机加工结构。通过等刚度替换原理初步确定碳纤维复合材料油底壳的总体厚度为3 mm。依据结构优化、工艺设计和铺层结构等方面的设计规范,利用Fibersim软件进行油底壳结构的铺层设计,探讨盒类复杂件的铺层裁剪方案。分别对碳纤维复合材料油底壳结构的0°,90°,–45°和45°的铺层进行铺覆可行性分析,对不满足铺覆可行性的铺层分别使用剪口和分块方案并评估,最终依据不合格率和完整度两项指标确定剪口方案为最佳方案。 展开更多

关键词 油底壳 轻量化 碳纤维复合材料 等刚度替换 铺覆可行性分析

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硅烷偶联剂改性纳米SiO_(2)对拉挤用环氧树脂性能的影响 被引量：1

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作者 荆素航 张京旺 +4 位作者 刘千立 李成良 刘卫生 黄辉秀 张辉 《功能高分子学报》 北大核心 2025年第4期356-362,共7页

拉挤用环氧树脂因其优异的力学性能、短成型周期和低固化收缩率而被广泛应用于工业领域。然而,其固化后的韧性较差,在外力冲击下容易受损开裂。为实现拉挤用环氧树脂工艺适配性与力学性能的协同调控,采用KH550型硅烷偶联剂对纳米SiO_(2... 拉挤用环氧树脂因其优异的力学性能、短成型周期和低固化收缩率而被广泛应用于工业领域。然而,其固化后的韧性较差,在外力冲击下容易受损开裂。为实现拉挤用环氧树脂工艺适配性与力学性能的协同调控,采用KH550型硅烷偶联剂对纳米SiO_(2)进行表面改性制得改性纳米SiO_(2)(标记为KH550-SiO_(2)),并将KH550-SiO_(2)与拉挤用环氧树脂共混,研究了不同含量KH550-SiO_(2)对拉挤用环氧树脂性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、动态热机械分析(DMA)和流变测试等手段,对复合体系的结构特征、热性能和流变行为进行了系统表征。SEM结果显示,KH550-SiO_(2)在树脂基体中分散均匀。力学性能测试表明,当KH550-SiO_(2)质量分数为2%时,拉挤用环氧树脂的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和断裂韧性分别提升了8.43%、7.80%、46.05%和25.00%。此外,TGA和流变测试结果表明,KH550-SiO_(2)的加入并未对拉挤用环氧树脂的耐热性能和流变性能产生负面影响,说明KH550-SiO_(2)是一种有效的增韧剂,可在保持拉挤用环氧树脂原有耐热性能和流变性能的同时,显著提升其力学性能。 展开更多

关键词 拉挤用环氧树脂 硅烷偶联剂 纳米SiO_(2) 增韧改性 断裂韧性

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CF/PPS热塑复材试片感应焊接工艺初步研究 被引量：2

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作者 王洪恩 杨洋 +2 位作者 钱盈 周剑锋 朱姝 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2021年第12期99-105,共7页

通过热电偶在位监控,研究了CF/PPS热塑复材试片感应焊接过程中的温度变化过程及温度分布情况。在此基础上探索了试片感应焊接工艺,重点研究了风冷、加压两种工艺方法对感应焊接效果的影响。观察了焊接试片形貌,分析了焊接工艺参数、方... 通过热电偶在位监控,研究了CF/PPS热塑复材试片感应焊接过程中的温度变化过程及温度分布情况。在此基础上探索了试片感应焊接工艺,重点研究了风冷、加压两种工艺方法对感应焊接效果的影响。观察了焊接试片形貌,分析了焊接工艺参数、方法对焊接试片形貌的影响。测试了感应焊接试片的单搭接强度,并与模压制造的单搭接试片性能进行了对比,提出了对工艺方法进一步改进的设想。 展开更多

关键词 CF/PPS 感应焊接 温度历程与分布 工艺方法 单搭接强度 表面形貌 复合材料

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低速冲击载荷下CFRP-Al多胞薄壁管的耐撞性 被引量：2

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作者 蔡玮雯 马其华 甘学辉 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期187-196,共10页

为了研究低速冲击载荷下碳纤维复合材料-铝(CFRP-Al)多胞薄壁管的吸能特性,进行了单胞混合管的落锤冲击实验及有限元可靠性验证,提出了多胞混合管的模型设计方案。探讨了肋板数目、CFRP缠绕角度、胞元壁厚和CFRP层数对多胞混合管轴向抗... 为了研究低速冲击载荷下碳纤维复合材料-铝(CFRP-Al)多胞薄壁管的吸能特性,进行了单胞混合管的落锤冲击实验及有限元可靠性验证,提出了多胞混合管的模型设计方案。探讨了肋板数目、CFRP缠绕角度、胞元壁厚和CFRP层数对多胞混合管轴向抗冲击性能的影响规律。结果表明,加入肋板结构后,多胞混合管的最大压溃距离较单胞混合管下降了44.2%,抗变形能力明显提高。缠绕角度为[60°/-60°/90°]的多胞混合管表现出最佳的综合耐撞性能。当CFRP与Al管厚度比t C∶t Al为3∶4~9∶4时,比值越大,抗变形能力越强,比值越小,吸能性越好。运用灰色关联方法计算了不同权重方案下的灰色关联度,对各多胞混合管的综合耐撞性进行了排序及评价。评价结果表明,肋板数目越多,胞元壁厚越小,多胞混合管的耐撞性越好。 展开更多

关键词 低速冲击 CFRP-Al多胞薄壁管 灰色关联方法 耐撞性

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准静态轴压载荷下Al-CFRP梯度混合管的多目标优化设计 被引量：1

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作者 秦晓宇 马其华 +1 位作者 胡沛源 查一斌 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期188-198,共11页

依据功能梯度结构设计原理,采用变厚度碳纤维复合材料层缠绕金属铝管的方式制备了Al-CFRP梯度混合样管,采用准静态轴向压缩实验对比了纯Al管、等厚度混合管以及梯度混合管的压溃与吸能特性,验证了梯度管的力学性能优势。在以上分析的基... 依据功能梯度结构设计原理,采用变厚度碳纤维复合材料层缠绕金属铝管的方式制备了Al-CFRP梯度混合样管,采用准静态轴向压缩实验对比了纯Al管、等厚度混合管以及梯度混合管的压溃与吸能特性,验证了梯度管的力学性能优势。在以上分析的基础上建立了梯度混合管有限元模型,通过对比压溃过程中具有典型压溃特征的6个压溃瞬时,发现有限元模型的压溃特性与变形模式均与实验结果具有较高的吻合度。分析了不同梯度系数下Al管壁厚和纤维缠绕角度对梯度混合管压溃性能的影响。结果表明,Al管壁厚对结构压溃性能影响显著,梯度系数对结构的峰值载荷和压溃力效率影响较大,碳纤维复合材料缠绕角度对结构压溃性能影响较小。为获取最优梯度混合管设计方案,采用基于响应面的多目标映射优化方法获得了吸能特性提升显著的梯度混合管结构形式。 展开更多

关键词 Al-CFRP梯度混合管 压溃性能 比吸能 多目标优化

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制备工艺条件对掺杂短绒剪切增稠胶动态力学性能影响研究

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作者 吴风帆 马颜雪 +2 位作者 谭宇豪 李毓陵 崔运花 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期340-344,共5页

剪切增稠胶(STG)是新型的柔性功能材料,在外界应力作用下自身能够增稠变韧,展现出抗低速冲击的防护潜力。掺杂短绒是提升STG动态力学性能的一项有效手段。为了深度提升该掺杂短绒STG的动态力学性能,重点探究STG制备过程中搅拌转速和混... 剪切增稠胶(STG)是新型的柔性功能材料,在外界应力作用下自身能够增稠变韧,展现出抗低速冲击的防护潜力。掺杂短绒是提升STG动态力学性能的一项有效手段。为了深度提升该掺杂短绒STG的动态力学性能,重点探究STG制备过程中搅拌转速和混合温度等工艺条件对其动态力学性能的影响,采用动态热机械分析仪测试所制备的STG样品在不同剪切频率下的动态模量,发现搅拌转速更影响掺杂短绒STG的动态力学性能,试验范围内提高搅拌转速更能增强动态力学性能。此外,发现搅拌转速为825r/min、混合温度为60℃的工艺条件下所制备的STG损耗因子最小,说明其动态力学性能最优。通过优选掺杂短绒STG的制备工艺条件,提升了STG的动态力学性能,以促进其在柔性防护材料中的应用。 展开更多

关键词 剪切增稠胶 短绒 搅拌转速 混合温度 动态力学性能

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