摘要：碳纤维增强树脂基复合材料层合板结构的层间性能一直是材料的性能短板,本文利用氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)设计制备了具有一定渗透性和树脂浸润性的复合膜,采用层间增韧方法,制备了GO-CNT复合膜改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,通过张开型Ⅰ型层间断裂韧性(G_(ⅠC))与滑移型Ⅱ型层间断裂韧性(G_(ⅡC))对GO-CNT-CF/EP复合材料的层间韧性进行了研究,并结合复合材料的破坏微观形貌和损伤/破坏特征分析了GO-CNT复合膜对复合材料的层间增韧效果及增韧机制。结果表明:GO与CNT质量比为3∶7时制备的复合膜具有良好的成膜工艺性和树脂浸润性,EP与GO-CNT复合膜的接触角远低于其与纯GO膜的接触角,并且GO与CNT结构中的羟基、羧基、环氧基等含氧基团增加了它们与EP的物理亲和性和化学作用,有利于复合材料层间GO-CNT/EP微区结构的强韧化。GO-CNT复合膜对复合材料的张开型层间断裂韧性G_(ⅠC)没有增强效果,甚至复合材料的G_(ⅠC)值还发生了轻微下降。而GO-CNT复合膜对复合材料的滑移型层间断裂韧性G_(ⅡC)具有良好的改善作用。复合材料的G_(ⅡC)从CF/EP复合材料的1855 J/m~2提高到GO-CNT-CF/EP复合材料的2720 J/m~2,提高了47%。这归因于GO-CNT复合膜和树脂间形成的相互穿插交叠的网络结构抑制了滑移型破坏载荷导致的层间微裂纹的扩展。GO-CNT/EP复合材料具有和CF/EP基本相当的玻璃化转变温度。

摘要：为了提高玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)板簧的层间韧性,进而提高其疲劳寿命,本文仿照珍珠母矿物质结构单元的排列形式设计了砖砌型增韧结构的GFRP板簧。制作了同尺寸砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧样件,层叠铺设方法按照变厚度层合板铺层递减设计原则,并对砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧进行了刚度实验、疲劳实验和剩余刚度实验。实验结果显示:与无增韧结构GFRP板簧相比,砖砌结构GFRP板簧的刚度降低了8.4%,但疲劳性能提升了28.99%,疲劳实验后无增韧结构完全断裂,没有剩余刚度,砖砌增韧结构GFRP板簧仍具备43.52%的原始刚度。无增韧结构GFRP板簧的疲劳失效形式是层间分层,结构完全断裂;而增韧结构GFPR板簧的疲劳失效形式是层间分层被阻断,结构形成局部断裂,进行剩余刚度实验后,其断裂截面呈阶梯状。

摘要：本研究聚焦国产T800级碳纤维预浸料层间增韧设计,对比实验室自制热塑增韧粒子和市售热塑增韧粒子的层间微观形貌、粒子尺寸等,比较了两款性能不同粒子增韧层合板的力学性能。本文创新性提出层间粒子微结构缺陷定量化策略,并探讨了层间粒子微结构缺陷密度对CFRP抗冲击性能的影响机理。

摘要：碳纤维/环氧树脂复合材料因具有高的比强度、比模量、抗疲劳性好等优点,已在航空航天、轨道交通、汽车等领域得到越来越广泛的应用。然而作为碳纤维/环氧树脂复合材料的主要结构形式之一的层合板结构,由于厚度方向没有纤维,导致层间性能最弱,极易发生分层破坏,影响结构的承载性能。短纤维层间插层增韧是改善碳纤维/环氧树脂复合材料层间性能的有效手段,近年来,国内外学者开展了大量的相关研究工作,但仍缺乏短纤维层间插层增韧的系统研究。本论文选用碳纤维、亚麻纤维及Kevlar纤维作为插层短纤维,系统地分析和讨论了短纤维种类、插层面密度和纤维长度对碳纤维/环氧树脂复合材料层间增韧效果的影响。结果表明,对于不同的短纤维插层,均存在着随着短纤维长度和插层面密度的增加,复合材料层间断裂韧性先上升后下降的趋势。在此基础上揭示了不同种类纤维的增韧机制,纤维桥联、裂纹扩展路径改变、纤维多层级破坏及纵向撕裂等均有助于复合材料层间断裂韧性的提高,研究结果为短纤维插层增韧复合材料的结构设计奠定了基础。

摘要：碳纤维/聚合物基复合材料(CFRP)具有高比强度、高比模量、性能可设计、结构尺寸稳定性高、耐疲劳、耐腐蚀等优点而被广泛应用于陆、海、空、天等高性能载具中。各类碳纤维复合材料结构中,层合结构是主要结构形式。传统的CFRP层合结构中各铺层之间缺少纤维增强,故而导致CFRP层压板易产生层间分层且抗冲击损伤能力较低,因此层合板抗分层损伤和破坏方法成为关键问题和研究热点。本文综述了层合板抗分层损伤的方法,并对这些方法的适用性、优缺点进行了比较与阐述;重点归纳了利用碳纳米管提升层合板抗分层损伤的研究进展,并对碳纳米管的性能、增韧机理进行了阐述以及碳纳米管的增韧方法和效果进行了综述与归纳,讨论了"碳纳米管层间Z向增韧"进一步提高复合材料层间性能的可能性。

摘要：为了改善玻纤/乙基己基酯(GF/EHP)材料的层间性能,分别添加氯化聚氯乙稀(PAM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA66)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)四种增强织布类型,来改善VARI工艺制备的玻纤/乙基己基酯(GF/EHP)材料层间性能,并通过实验测试的手段研究了其拉伸、弯曲和层间断裂韧性。研究结果表明:加入织布后,GF/EHP材料获得了更大厚度,密度发生降低,树脂含量出现提升,制得的GF/EHP材料都都基本获得了更高孔隙率。添加织布后,获得了更大的厚度,纤维体积比例发生了降低,更易发生开裂并出现纤维从基体中脱粘情况。将织布加入层间后,弯曲强度发生略微减小。对添加EVA后GF/EHP材料断裂测试,将纤维抽出时并未发生脆性断裂,改善了纤维和基体之间的结合性能,显著提升了GF/EHP材料的抗裂纹扩展能力。

摘要：亚麻纤维/环氧树脂复合材料因具有密度低、力学性能优异且绿色环保等优点,在航空领域得到广泛应用与关注。然而亲水性亚麻纤维与疏水性环氧树脂基体间界面相容性差,使得复合材料抗分层能力不足,影响了材料承载能力与使用寿命。短纤维插层增韧是复合材料层间增韧的有效方法,而以内聚力模型为基础的数值模拟也是复合材料层间增韧研究的有效工具。采用双线性、指数型和三线性三种内聚力模型分别对短芳纶纤维插层亚麻纤维/环氧树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂行为进行数值模拟,结合双悬臂梁试验结果与数字图像相关法观测,总结了内聚力本构关系选取对模拟结果的影响。结果表明,双线性和指数型模拟结果未出现阶梯波动下降,不适合短纤维插层的层间增韧模拟;而三线性内聚力模型因体现了纤维桥联与基体破坏增韧作用,模拟结果表现出与实验相近的纤维桥联失效增韧模式与裂纹扩展行为,可有效模拟短纤维插层增韧效果及行为,为复合材料短纤维插层增韧设计提供合理依据。

摘要：为满足车载深冷高压储氢气瓶对复合材料层的层间性能要求,使用短纤维插层的方法改善树脂基碳纤维复合材料拉伸性能,并通过添加不同种类与含量的短纤维探究短纤维增强拉伸性能机理。试验证明,纤维直径较小的玻璃纤维能够通过桥联作用使碳纤维复合材料拉伸性能有较大提升。

摘要：航空飞行器要求损伤容限设计,因此要求其复合材料具有高的韧性。与目前国内外广泛采用的整体增韧树脂基体或插层改性所进行的研究不同,主要介绍了在"离位"增韧的概念下,以时间-温度-转变(Time-Temperature-Transition,TTT)图为手段开展的复合材料层板层间定域相结构控制和增韧研究进展,给出了典型"离位"增韧复合材料的层板的层间相结构和韧性性能,证明了"离位"增韧可普适地将各种树脂基体的航空级复合材料层板层间定域的相形貌调控为相反转、双连续的相结构,从而达到大幅提高复合材料韧性的目的。

摘要：设计了一种新型z-pin,其螺旋形的几何结构可以显著提高对层合板的层间增强效果。制备了4种不同螺旋度(包括一组无螺旋结构)的z-pin样品,通过拉伸试验和层间拔出试验测试了z-pin的抗拉强度和层间拔出强力。结果发现:随着螺旋度的提高,z-pin的抗拉强度逐渐降低,层间拔出强力逐渐提高。