复合材料科学与工程

蔡昊, 汪济奎, 王耀先

2015, 0(7): 5-11.

摘要 ( 12 )

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采用改性热塑性聚合物(MTP30)对4,4'-二氨基二苯甲烷四缩水甘油基环氧树脂(TGDDM)进行增韧改性,借助红外光谱及DSC研究其预聚合和固化反应动力学,探讨了固化反应机理,评估了增韧效果,并使用SEM观察了其微观结构形貌。结果显示,采用15phr MTP30增韧TGDDM/MNA体系时,其浇注体的断裂伸长率为7.19%,相比于未增韧时提升了425%;冲击强度为15.6kJ/m²,相比未增韧时提升了109%;热变形温度(HDT)和玻璃化温度(Tg)仅略有下降;MTP30在TGDDM树脂中分散均匀,增韧效果显著。

树脂基复合材料内外协同固化工艺仿真与分析

许家忠, 李爽, 乔明, 尤波

2015, 0(7): 12-17.

摘要 ( 8 )

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在采用传统内固化工艺对厚壁壳体成型时,内层温度往往不足以满足其固化要求或者加热时间过长,因此通常采用多次缠绕多次固化的成型工艺,耗能高、效率低,不但大大提高了成本,也难以保证产品质量。因此本文提出了内外协同固化新工艺并介绍其原理,建立纤维树脂复合材料厚壁壳体内外协同固化过程的传热模型和固化动力学模型,通过有限元软件ANSYS和APDL语言开发内外协同固化过程数值模拟程序,实现了厚壁壳体内外协同固化过程中温度和固化度的分布及其变化规律的数值模拟研究。对新工艺的数值模拟结果表明,随着外温和预热温度的不断增大,中心节点的温度、固化度和应变波动较大;厚壁壳体内外协同固化的时间很短,是传统固化时间的1/3。

一种RTM用耐烧蚀改性酚醛树脂性能研究

李婷, 刘建军, 杨学军, 赵文斌

2015, 0(7): 18-21.

摘要 ( 9 )

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对一种新型改性酚醛树脂的粘度特性、耐热性和耐烧蚀性能及其复合材料的性能进行了研究,得出该树脂体系的粘度在60~120℃的范围内均小于800mPa·s,且在70℃、80℃时工艺适用期大于150min;其玻璃化温度Tg为253℃,氮气气氛800℃残炭率可达到67.1%,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.0766g/s、0.119mm/s;RTM成型碳纤维增强改性酚醛树脂复合材料的层间剪切强度和轴向压缩强度分别可达39.3MPa和177MPa,氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.044mm/s、0.0762g/s。结果表明,该种树脂体系具有粘度低、工艺适用期长以及良好的耐热性和耐烧蚀性能,能很好地满足RTM工艺的要求,且其碳纤维针刺复合材料具有作为耐烧蚀材料的潜质。

纤维缠绕复合材料方管设计研究

穆建桥, 祖磊, 王继辉, 李书欣

2015, 0(7): 22-26.

摘要 ( 20 )

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作为典型非轴对称回转体构件,复合材料方管在缠绕过程中要求满足稳定缠绕和均匀布满两个工艺条件。基于解析几何,分析方管缠绕丝嘴与芯模的空间关系,推导丝嘴运动轨迹方程,提出基于不滑线理论的方管小角度测地线缠绕设计方法;建立方管测地线周期缠绕理论,分析从不同起始点缠绕的实际误差;设计方管缠绕线型,并应用于实际缠绕,得到其小角度缠绕的一般绕线方程。结果表明,本文提出的方管小角度测地线缠绕理论正确,线型设计方法可靠,得到的丝嘴运动方程合理、精确,能很好地满足复合材料方管缠绕的基本原理和工艺要求。

新型含硅聚三唑树脂及其复合材料的制备与性能

郭冰, 杜磊, 万里强, 黄发荣

2015, 0(7): 27-32.

摘要 ( 12 )

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通过格式试剂法合成了低分子量的含硅芳炔(LPSA),并以LPSA和二叠氮(A2)为原料制备出加工性能较好的新型含硅聚三唑树脂(Si-PTA树脂),采用模压方法制备了单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料。用FT-IR、流变、DSC、DMA、TGA等分析测试方法表征了Si-PTA树脂及其固化物的结构与性能,研究了炔基和叠氮基团配比对树脂热性能的影响,测定了复合材料的力学性能。结果表明,Si-PTA树脂可以在80℃下固化,固化后树脂的玻璃化温度(Tg)能达到310℃,在氮气气氛中的5％热失重温度(T_d5)在340℃以上。单向T700碳纤维/Si-PTA树脂复合材料常温下弯曲强度为1622MPa,弯曲模量为132GPa,层间剪切强度为58.2MPa,200℃下弯曲强度保留率为70.8％。

CNTs/TDE85环氧复合材料的热物理和力学性能

杨乔馨, 刘玲, 王晓蕾

2015, 0(7): 33-38.

摘要 ( 9 )

PDF (4256KB) ( 17 )

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将功能化碳纳米管(CNTs)通过超声和离心分散方法添加到TDE85环氧树脂中,制备出了CNTs质量含量不同的CNTs/TDE85复合材料;开展了CNTs含量对其电导率、热导率以及力学性能影响规律的实验研究;同时还采用DM软件对该复合材料的电导率和热导率进行了预测分析。结果表明,CNTs/TDE85复合材料电导率与热导率对应CNTs含量的渗流阈值均为0.2wt%左右,当CNTs含量为0.5wt％,相比纯环氧试样,电导率提高了6个数量级,热导率从0.180W·(m·K)^-1提高到了0.211W·(m·K)^-1;CNTs含量为0.2%~2%的试样其电导率为10^-7~10^-5S·cm^-1数量级,均具有良好的抗静电能力。CNTs在复合材料中的有效长径比在10~100,与实验结果吻合。添加0.5wt%含量CNTs时,玻璃化转变温度(Tg)、弯曲强度和模量分别提高了约6%、47％和5％。

100kW大厚度钝尾缘叶片的静力实验研究

徐立军, 徐蕾, 杨科

2015, 0(7): 39-44.

摘要 ( 12 )

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现代风力机叶片的大型化带来了设计和生产方面的诸多问题,叶片的静力实验是分析叶片结构稳定性的重要基础和验证手段。对中国科学院工程热物理研究所研发的100kW大厚度钝尾缘叶片进行了静力实验研究,分析了叶片在摆振和挥舞方向的屈曲特性和应变特性,通过对静力特性进行分析,探讨了叶片在载荷作用下的刚度及应变等性能特性,比较了叶片相对于传统尖尾缘叶片的结构性能优点。最后,将失效实验结果同设计值相比较,分析了产生误差的原因。

ZrSiO₄和Al₂O₃粒度对制动摩擦材料摩擦磨损性能的影响

王玉玲, 姚冠新

2015, 0(7): 45-49.

摘要 ( 12 )

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采用热压成型法制备有机制动摩擦材料,对所制备的摩擦材料进行摩擦磨损测试。研究填料硅酸锆和氧化铝的粒度对多纤维增强树脂基制动摩擦材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,硅酸锆和氧化铝的加入可起到良好的增摩效果,随着填料粒度的细化,摩擦系数减小,但稳定性在粒度居中时最好,同时对磨损率也有一定影响。通过观察试样磨损后表面形貌探讨摩擦磨损机理。

含中心裂纹铝合金厚板复合材料补片胶接结构应力强度因子有限元分析

穆志韬, 郝建滨, 高雪霞, 李旭东

2015, 0(7): 50-53.

摘要 ( 18 )

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含裂纹铝合金板经复合材料补片胶接修复后,裂纹尖端的应力强度因子(Stress Intensity Factor,简称SIF)是关注的重点。基于有限元软件ABAQUS,建立了含中心裂纹铝合金厚板复合材料补片胶接修复件的分析模型。计算了裂纹尖端的SIF,与Rose解析模型进行了对比验证,得到裂纹尖端SIF在板厚方向上的变化,以及补片在厚度方向上修补效果的变化,对比了不同修复方式的修复效果。结果表明,裂纹尖端SIF的有限元解偏保守,被修补板厚较大时,裂纹尖端SIF值在板厚方向上的差异更加显著,双面修复方式的修复效果明显优于单面修复方式。

输变电工程用复合材料抱杆的研究

于成, 南无疆, 陈铃飞, 郝春功

2015, 0(7): 54-57.

摘要 ( 10 )

PDF (1345KB) ( 19 )

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复合材料抱杆是一种新型的架空输电线路杆塔组立施工的起重吊装工具,主要采用碳纤维复合材料制作而成,分为单体式与格构式两种结构,总质量仅为同等起重能力铝合金抱杆质量的50%~80%,最大应力低于200MPa,最大变形量低于55mm,可满足悬崖、陡坎等传统抱杆无法使用的塔位的组塔要求,大大降低运输成本,减轻组塔施工人员劳动强度,有效提高组塔施工效率。

远程温度检测系统在风电叶片固化过程中的应用

尹秀云, 杨帅, 陈萃, 高尔其

2015, 0(7): 58-62.

摘要 ( 15 )

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主要介绍了单个车间内最多16套模具温度数据采集监控设计总体实施方案。通过实施,方便可靠地实现了风电叶片固化温度的远程监视;采集数据可以实现实时曲线和历史曲线查看;且具有数据存储功能,方便日后对生产记录数据进行核对,实现记录数据的可追溯性。

内河桥梁用新型复合材料防船撞护舷的结构设计与工程应用

祝露, 刘伟庆, 方海, 周叮

2015, 0(7): 63-68.

摘要 ( 17 )

PDF (3419KB) ( 20 )

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围绕常溧线航道升级改造需要,研发了一种固定式复合材料防撞护舷,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件计算了防撞消能效果,采用真空导入工艺实现了工业化制造,通过钢管混凝土定位桩和膨胀螺栓实现了防撞护舷与桥墩之间的连接。结果表明,设置端头防撞护舷后,桥墩受到的最大横桥向船撞力下降38.0%;设置侧面防撞护舷后,桥墩沿横桥向、顺桥向方向受到的最大船撞力分别削减了41.8%、29.3%。复合材料防撞护舷性能优异,能大幅削减船撞力,有效保护桥梁结构安全,适应航道升级改造的需要,为内河航道桥梁的防撞保护提供了新的思路。

GFRP杆抗压应变率效应试验研究

胡瑞, 汪剑辉, 颜海春, 林大路

2015, 0(7): 69-72.

摘要 ( 13 )

PDF (4048KB) ( 28 )

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为了研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)杆的抗压性能,采用WAW600微机控制电液伺服万能试验机和Φ37分离式霍普金森压杆(SHPB)试验设备,对GFRP杆分别进行了准静态抗压性能和冲击性能试验。准静态条件下,该材料没有明显的屈服特征与塑性变形,表现出典型的脆性破坏特征;加载速度为100~500N/s时,应变率效应敏感。冲击载荷作用下,该材料的峰值应力、峰值应变及应力-应变曲线上升段斜率随应变率的提高而增大;抗压强度提高幅度较大,动力提高系数大于1.35,高达1.58。

预浸料用中温固化环氧树脂体系的研究

杨思慧, 王翔, 王钧

2015, 0(7): 73-77.

摘要 ( 10 )

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对一种中温固化并适用于热熔法制备预浸料的环氧树脂体系进行了研究。主要介绍了该树脂体系的工艺性能、贮存性能,并通过DSC和IR探讨了双氰胺固化环氧的固化机理。结果表明,当双氰胺和取代脲比例为6∶3时,预浸料用环氧树脂能实现中温固化,且在室温时有较长贮存期。

碳纤维复合材料筋在不同锚固填料中的锚固性能试验研究

朱元林, 刘礼华, 张继文, 蒋婷慧

2015, 0(7): 78-82.

摘要 ( 17 )

PDF (1083KB) ( 21 )

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为了分析对比不同锚固填料的锚固效果,需要寻求一种更好的粘结介质以提高CFRP筋粘结式锚具的锚固性能。本文主要针对环氧树脂型锚固填料,采用四种不同环氧型锚固填料,对不同长度和锥段倾角的锚具进行灌锚,并进行了静载拉伸试验研究。试验结果表明:①采用Lica型建筑粘结胶对CFRP筋进行锚固,锚固长度至少需要达到50倍筋材直径;②Wirelock在固化过程中发生了收缩,不可用于直筒型锚具,当锚具内壁有了3°锥角后,Wirelock可以锚固住碳纤维复合材料筋;③冷铸填料高温固化过程中容易导致筋材的强度下降至原有强度的78.87%左右;④环氧树脂砂浆用于锚固碳纤维复合材料筋材,锚固长度需要达到40倍筋材直径;⑤相同条件下,四种锚固胶在锚具内部的变形程度为Lica型建筑粘结胶最大,环氧树脂砂浆次之,然后是冷铸填料,Wirelock钢丝绳胶水的变形程度最小。

冷却塔热力性能集成测试软件开发与实现

尹证, 许鹤华, 章立新, 沈艳

2015, 0(7): 83-85.

摘要 ( 38 )

PDF (2694KB) ( 20 )

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介绍了一款冷却塔热力性能集成测试软件的开发与实现,其开发平台为C#,本软件的特点是将评价冷却塔热力性能所需的各种温度、流量、压力等参数数据采集与计算方法集成化。详细介绍了软件的层次结构以及各个功能模块的作用及实现方法。同时介绍了将该软件应用于实塔测试的过程,并将测试结果与本软件同时进行的美国CTI协会测试结果进行了对比分析。

碳纤维复合材料力阻效应研究综述

许兆辉, 朱建锋, 丁勇, 孙远振

2015, 0(7): 86-90.

摘要 ( 15 )

PDF (2472KB) ( 20 )

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碳纤维增强复合材料(简称CFRP)是一种优良的新型结构材料,同时具有较好的自感知特性,其力阻效应(电阻随应变的变化)明显。本文综述了国内外对碳纤维单丝、CFRP筋材和CFRP板等不同形式材料力阻效应的研究现状,总结了力阻效应灵敏度指标的相关研究成果,并对其变化规律及机理进行了探讨,指出了应用CFRP材料构建智能结构体系需进一步开展的研究工作。

风电叶片前缘防护技术进展

卢家骐, 牟书香, 李权舟

2015, 0(7): 91-95.

摘要 ( 19 )

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风电叶片作为风电机组捕获风能的唯一构件,其安全可靠运行是风力发电机组获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础。由于叶片在恶劣的环境中长周期运行,叶片前缘容易出现腐蚀现象。而叶尖前缘部位比较薄且叶尖运转的线速度最大,该部位的腐蚀是整个叶片中最为严重的。叶片前缘腐蚀对机组的发电量有很大影响,随着风电机组的大型化发展,叶片前缘腐蚀成为风电领域亟待解决的问题。本文综述了风电叶片前缘腐蚀对机组性能的影响、造成叶片前缘腐蚀的主要因素、风电叶片前缘防护的技术进展,提出了未来叶片前缘防护的关注重点。

行业资讯目录

2015, 0(7): 96-128.

摘要 ( 12 )

PDF (16581KB) ( 19 )

当期目录