国产无机纤维复合材料的性能研究

测试了3种国产无机纤维（玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维）复合材料的拉伸性能和弯曲性能,并通过有限元模拟对这3种无机纤维复合材料产品的刚度状况进行了对比。结果显示,碳纤维复合材料的拉伸性能明显高于玻璃纤维复合材料和玄武岩纤维复合材料,具有优异的力学性能。碳纤维复合材料的比强度是钢材的7.65倍、铝合金的5.85倍,比模量是钢材的2.50倍、铝合金的2.60倍;与钢材相比,玻璃纤维复合材料和玄武岩复合材料都具有较好的比强度和比模量。试验表明,这3种无机纤维复合材料都是较为理想的轻量化材料。     

玻璃微珠填充的聚丙烯材料在车用手套箱外盖板上的应用研究

文章以不同含量玻璃微珠为填充剂的聚丙烯(PP)材料和在此基础上采用三元乙丙橡胶(EPDM)增韧的改性聚丙烯材料为主体,对比分析在车用手套箱外盖板上的轻量化应用研究。考察了玻璃微珠的填充量对PP复合材料力学性能的影响,并对比了不同填充量以及是否使用三元乙丙橡胶增韧的材料在手套箱外盖板上应用的轻量化效果。结果表明:玻璃微珠的填充量越小,其密度更低,制品的重量更轻,减重效果更好;而适量的三元乙丙橡胶能够降低制品的密度,制品重量更轻,减重效果更好。     

某小型电动汽车复合材料夹层地板结构抗弯性能分析与改进

当前大多车身轻量化设计均围绕着白车身非结构件进行,为进一步达到轻量化的目的,提出一种碳纤维/环氧树脂与硬质PVC泡沫复合的新型夹层结构,并应用于某小型电动汽车地板。根据复合材料层合板理论建立有限元模型,并对其进行抗弯特性分析。在原方案基础上提出抗弯特性结构优化方案,提高了汽车地板抗弯性能,达到弯曲刚度目标设定。通过阶梯式结构设计进一步减轻地板质量,并分析了地板抗冲击性能,为复合材料在汽车结构件上的应用提供了参考。     

聚丙烯复合材料发动机罩盖行人头部保护优化设计

为研究车辆与行人发生碰撞时汽车发动机罩盖对行人头部的保护性能,减少人车事故中行人的受伤害程度,建立了行人头部冲击器撞击发动机罩盖的有限元模型,分析了行人头部冲击器撞击相同结构的聚丙烯复合材料、钢制发动机罩盖的行人头部保护性能,比较了不同材料发动机罩的吸能特性,探究了发动机罩盖影响头部HIC值的主要影响因素。设计3因素2水平的正交试验,利用LS-DYNA依次进行了试验的仿真计算与分析,确定了各影响因素对头部HIC值的影响顺序,并对复合材料发动机罩盖的结构参数进行了优化调整。为降低复合材料发动机罩盖的头部碰撞损伤相关加速度值,增加其吸能特性,对翼子板进行了局部结构优化设计。结果表明:经过局部优化,铰链结构能使碰撞区域远离行人头部与翼子板尖角处碰撞最为激烈的发动机罩铰链边缘区域;弱化翼子板侧边垂直尖角的结构,能够起到一定的吸能作用,对行人起到保护效果;改进后的长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的质量相比原来降低51.5%,更有利于满足对车身的轻量化要求,增加车辆燃油经济性;对长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的静态刚度进行了分析,扭转刚度得到增加,弯曲刚度和侧向弯曲刚度值变化在10%范围内,符合设计要求。     

玄武岩纤维/铝合金层合板低速冲击性能及应用研究

制备一种玄武岩纤维/铝合金层合板复合结构,通过试验和仿真,探讨该复合结构的拉伸、压缩、剪切、弯曲和抗冲击特性。采用连续壳单元模拟纤维层,建立低速冲击仿真模型,从能量吸收、接触力和层合板损伤程度3个方面,研究铺层结构和冲击载荷角度对纤维金属层合板抗冲击性能的影响。最后,将纤维金属层合板应用于发动机罩外板,进行发动机罩静态刚度和行人头部碰撞仿真分析。结果表明,与原发动机罩相比,纤维金属层合板发动机罩的弯曲刚度和扭转刚度均有不同程度提高,行人头部保护性能得到改善。     

聚丙烯纤维网混凝土桥面铺装的性能

通过强度试验、抗磨性试验和弯曲韧性试验,研究了聚丙烯纤维网对混凝土桥面铺装层性能的改性效果,并通过扫描电镜照片对改性混凝土的强度形成及微观结构进行了全面分析。试验分析表明,聚丙烯纤维网对提高混凝土桥面抗折强度、粘结强度、抗磨性、弯曲韧性以及微观结构的改善均有显著作用,并可降低压折比,改善渗透性和收缩性能。     

汽车暖风机壳体用聚丙烯/粘土纳米复合材料开发与应用

通过采用大分子熔体插层工艺制备了汽车暖风机壳体用聚丙烯/粘土纳米复合材料,该材料具有较高的综合性能.介绍了聚丙烯/粘土纳米复合材料的制备过程,并对该材料的性能及汽车暖风机壳体性能进行了试验.试验结果表明,聚丙烯/粘土纳米复合材料可满足汽车暖风机壳体的使用要求,且其填充量小、密度低,有利于实现汽车零件轻量化.     

纤维品种和掺量对桥面板高性能混凝土耐久性能及微观结构的影响

为了系统研究纤维高性能混凝土的力学性能、抗冻性能、疲劳特性,将不同掺量的聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维掺入到掺加粉煤灰的C50高性能混凝土中,基于坍落度试验、抗压强度试验、抗除冰盐冻循环试验、冻融循环试验、弯曲疲劳试验,分析了纤维品种和掺量对高性能混凝土的力学性能、抗冻性和疲劳耐久性的影响,利用扫描电子显微镜从微观结构角度分析了力学性能试验的结论。结果表明,聚丙烯纤维、钢纤维和聚乙烯醇纤维掺量越高,高性能混凝土的工作性越差;掺加纤维能够改善高性能混凝土的抗压强度和弯拉强度,显著提高高性能混凝土的抗盐冻侵蚀性能、抗冻性能和抗疲劳耐久性能。聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维对高性能混凝土力学强度、抗冻性能和疲劳性能的影响存在界面增强效应、加筋阻裂效应的双重作用,从而有效延缓微裂纹的扩展和阻滞宏观裂缝的发生。适宜的聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维掺量应控制在0. 6～0. 9、1. 2～1. 5、0. 9～1. 2 kg/m3,建议工程实践中优先选择掺加聚乙烯醇纤维,研究成果为甄选纤维和确定经济合理的纤维掺量具有重要意义。     

聚丙烯纤维水泥混凝土路用性能研究

为了给水泥混凝土路面推荐较优改性材料,本文采用渗水试验、磨耗试验和小梁弯曲疲劳试验。以渗水高度、磨耗损失率和疲劳寿命为评价指标,对比研究了三种聚丙烯纤维材料,在不同添加剂量条件下,对水泥混凝土的性能作用效果。研究结果表明:海川路威聚丙烯材料在添加剂量为1.2kg/m3时,其改性水泥混凝土试件的抗渗性能较优。辅特维聚丙烯材料在添加剂量为1.6kg/m3时,其改性水泥混凝土试件的耐磨性能较优。混凝土拌纤维聚丙烯材料在添加剂量为1.2kg/m3时,其改性水泥混凝土试件的抗疲劳性能较优。在工程应用中,多雨或者融雪地区,建议采用海川路威聚丙烯材料,且掺量为1.2kg/m3;交通量较为繁重地段,建议采用掺量为1.6kg/m3的辅特维聚丙烯材料,或者掺量为1.2kg/m3的混凝土拌纤维聚丙烯材料。     

聚丙烯/粘土纳米复合材料在轻型车门护板上的应用

对某种粘土纳米填充聚丙烯复合材料性能进行了综合评价,介绍了其制备方法,并对该材料进行了性能测试。利用已有的轻型车门护板模具,采用该材料进行了产品成型工艺试验,并对门护板制品进行了评价。试验结果表明,采用聚丙烯/粘土纳米复合材料生产的门护板产品性能满足轻型车门护板的使用要求,而且由于新材料中填料填充量小、密度低,有利于实现汽车零件轻量化。     

车用聚丙烯复合材料耐光老化性能的研究

为研究车用聚丙烯复合材料的耐光老化性能,对聚丙烯复合材料注塑成型样片进行了人工加速光老化试验。通过衰减全反射红外光谱仪测试、示差扫描量热仪测试和万能拉力机拉伸强度测试试验对比老化试验前、后的样品在表面化学组成、熔点、结晶温度、结晶度和拉伸强度等方面的差异。结果表明,光老化导致聚丙烯复合材料降解,滑石粉填料加速了材料的光老化进程;光老化导致聚丙烯复合材料的熔点和结晶温度均明显降低,滑石粉填料使聚丙烯复合材料的结晶度对光照更为敏感;光老化导致聚丙烯复合材料的拉伸强度降低,滑石粉填料对拉伸强度的下降起到先促进、后抑制的作用。     

聚丙烯纤维碾压混凝土的性能实验分析及其在路面大修施工中的应用

针对不同聚丙烯纤维掺入量下的混凝土拉伸、弯曲等力学性能进行了试验研究,并从路面工程实际出发,针对聚丙烯纤维碾压混凝土在现场搅拌中的质量控制进行了分析。研究结果表明:随着聚丙烯纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度提高并不明显,初裂挠度和抗弯强度提升显著,掺入了聚丙烯纤维的混凝土有效的提高了混凝土的抗拉强度与峰值应变,有效的抑制微裂缝的扩展,保证试件在裂缝失稳前可以有较大的变形量提高了素混凝土的初裂性能和结构的抗拉强度。工程应用中,为保证聚丙烯纤维的掺入均匀性,可采用间歇式的搅拌方式,控制混合料的拌合时间在120～150 s范围内,保证混凝土拌合站掺量大于50 m3/h,水泥罐内温度小于50℃,以便获得符合质量标准的聚丙烯纤维碾压混凝土。     

乳化沥青-柔性纤维改性水稳碎石弯曲韧性试验研究

本文选用乳化沥青和柔性纤维(聚丙烯纤维)两种材料对水泥稳定碎石进行改性研究。通过三分点加载试验,得到了普通水泥稳定碎石(CSM)、3%乳化沥青掺量的水泥稳定碎石(CASM)和柔性纤维的乳化沥青水泥稳定碎石(PCASM)的荷载-挠度曲线,并分别按照美国材料与试验协会ASTM C1018-97标准方法、日本混凝土协会(JCI)标准方法和国内研究者提出的剩余弯曲强度法对三种类型稳定碎石进行韧性评价。结果表明,水泥稳定碎石中掺入乳化沥青,会显著降低混合料的韧性指数及剩余弯曲强度;聚丙烯纤维能够有效提高乳化沥青水泥稳定碎石的弯曲韧性及剩余弯曲强度,且添加聚丙烯纤维后,混合料的弯曲韧性指数和剩余弯曲强度明显高于普通水泥稳定碎石,改善了乳化沥青水泥稳定碎石的弯拉性能。     

连续纤维复合材料电池包上盖的设计研究

轻量化技术可有效提高新能源汽车续航能力和驾驶性能,已被广泛应用于汽车的生产制造中。连续纤维复合材料在比强度、比刚度、热膨胀系数与抗疲劳性能等方面比传统金属更具有优势,开启了轻量化新时代。文章以新能源汽车核心部件电池包为研究对象,基于高压树脂传递模塑成型（HP-RTM）工艺,根据碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的材料特点,对电池包上盖进行了轻量化设计。通过结构优化、工艺优化、连接方式优化等技术手段完成了电池包上盖的轻量化量产方案。电池包样机测试结果表明,采用碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料制作的电池包上盖可以有效提升电池包结构的强度、刚度以及耐疲劳性,综合减重达50%以上。文章所述的连续纤维复合材料轻量化设计方案也可为汽车其他零部件设计提供指导。     

聚丙烯的共混改性研究

选用麦秸纤维对聚丙烯进行改性,研究了麦秸纤维含量和偶联剂种类对复合材料力学性能的影响。采用扫描电镜、体视显微镜分别观察了麦秸纤维的结构及其在聚丙烯中的分散性。结果表明,麦秸纤维经KH550表面处理剂处理后,含量为25％左右时,在聚丙烯基体中能保持均匀分散状态,且增强效果最佳。     

汽车用滑石填充聚丙烯的力学性能

滑石填充聚丙烯是汽车工业中应用最多的改性聚丙烯材料，能达到改善其性能的目的。文章介绍了聚丙烯材料加入10％，20％，30％，40％滑石填充后的力学性能变化规律，采用试验研究的方法，按照国家标准对其密度、拉伸强度、弯曲强度及冲击韧性等性能进行了测定。结果表明，随着滑石含量的增加，滑石填充聚丙烯的密度不断增大；当滑石含量达到30％，滑石填充聚丙烯的拉伸强度和，中击韧性达到最大值；当滑石含量达到20％时，滑石填充聚丙烯的弯曲强度达到最大值。     

聚丙烯纤维对混凝土渗透性能的影响

研究了聚丙烯纤维对混凝土渗透性能的影响,并从机理上对其影响结果进行了分析。研究结果表明:聚丙烯纤维对混凝土的渗透性能具有明显的抑制作用,但聚丙烯纤维对不同水胶比大小混凝土渗透性的影响则有着抑强扬弱的特点。最后从复合材料力学的混合定律和断裂力学基础上的纤维间距理论对其现象进行了分析。     

3D打印工程塑料力学特性分析

为了3D打印工程塑料被更合理地使用,通过试验了解3D打印工程塑料的特殊力学性能,并建立其力学模型。首先将3D打印工程塑料根据不同的方向与不同的纤维直径,利用3D打印设备打印出狗骨状试件,然后按照试验标准利用INSTRON 5966材料试验平台对其进行材料拉伸试验。发现其力学性能具有明显的各向异性,在纤维方向具有弹塑性的特点;垂直纤维方向有弹脆性的特点;在垂直纤维方向纤维直径越大则失效应变越大;在纤维方向时,纤维直径等于0.25 mm时屈服强度和极限载荷有着明显的提高,纤维直径等于0.3 mm时破坏位移/应变是最大的。并利用Mazars损伤模型描述了3D打印工程塑料的力学本构模型。最后分析了3D打印工程塑料的特殊力学特性对其使用的特殊要求与运用。     

聚合物纤维和玻璃对沥青混合料力学性能的影响

废旧玻璃代替部分集料在减少道路建设对自然资源消耗的同时,还影响沥青混合料的力学性能。为提高掺有玻璃集料的沥青混合料的力学性能,在沥青混合料中添加聚丙烯纤维,通过标准马歇尔试验、间接拉伸刚度模量试验和动态蠕变试验研究了聚丙烯纤维和玻璃对沥青混合料力学性能的影响。结果表明:在一定掺量范围内聚丙烯纤维或玻璃单独掺加均可提升沥青混合料稳定度,二者对沥青混合料的稳定度最大提升效果分别为11.29%和12.10%。沥青混合料间接拉伸刚度模量与玻璃掺量正相关,但随聚丙烯纤维掺量的增加而先增加后降低,0.2%为聚丙烯纤维最佳掺量;在聚丙烯纤维掺量为0.2%时,玻璃最佳掺量为6%。     

纤维种类对沥青胶浆流变性能的影响研究

为了研究纤维种类对沥青胶浆流变性能的影响,采用动态剪切流变试验、弯曲蠕变试验和直接拉伸试验分析了沥青种类和温度对沥青胶浆流变性能的影响。试验结果表明:温度是影响沥青胶浆流变性能的主要因素;掺入纤维后沥青胶浆的高温性能和低温性能均得到了改善,聚酯纤维改善效果最佳,玄武岩纤维次之,木质素纤维的改善效果在3种纤维中最差;其次,弯曲蠕变试验无法全面评价沥青胶浆的低温性能,弯曲蠕变实验结合直接拉伸试验是评价沥青胶浆低温性能的有效方法。