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湿热环境下纤维增强复合材料吸湿与界面性能研究

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复合材料科学与工程 2024年

作者：张藕生李承高牛延沼田经纬咸贵军郭瑞中石化(上海)石油化工研究院有限公司哈尔滨工业大学土木工程学院

湿热环境下纤维增强树脂基复合材料（FRP）力学性能会发生劣化，影响其服役性能与寿命。本论文研究了拉挤碳纤维与玻璃纤维增强复合材料（CFRP与GFRP）杆体在40℃、60℃与80℃蒸馏水中的吸湿与扩散行为，以及杆体的短梁剪切强度退化规... 详细信息

湿热环境下纤维增强树脂基复合材料（FRP）力学性能会发生劣化，影响其服役性能与寿命。本论文研究了拉挤碳纤维与玻璃纤维增强复合材料（CFRP与GFRP）杆体在40℃、60℃与80℃蒸馏水中的吸湿与扩散行为，以及杆体的短梁剪切强度退化规律，建立了基于时温等效原理的杆体短梁剪切强度寿命预测模型。结果表明，GFRP杆体具有较低的水扩散速率与饱和吸水率；水分子与浸泡温度是影响杆体短梁剪切强度劣化的关键因素，在低温浸泡下，杆体短梁剪切强度随着水分子的侵入快速退化；80℃高温暴露加速玻璃纤维-树脂界面脱粘，导致GFRP杆体的短梁剪切强度退化速率远远高于CFRP杆体；长期寿命预测结果表明，CFRP杆体短梁剪切强度稳定保留率为77.4%，而GFRP杆体短梁剪切强度在长期浸泡下完全丧失。

关键词： FRP杆体湿热耐久性短梁剪切时温等效寿命预测

模拟海水-海砂混凝土环境下连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料杆层间剪切性能的演化

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复合材料学报 2024年第1期41卷 323-332页

作者：周平白艳博李承高董少策咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本... 详细信息

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本文采用加速实验研究了模拟海水-海砂混凝土环境下GFRPP杆的水吸收及层间剪切性能长期演化规律与退化机制。研究结果表明:GFRPP杆吸水行为符合Fick定律,21℃、40℃和60℃浸泡温度下GFRPP杆的饱和吸水率分别为0.63%、0.78%和0.81%;经120天21℃、40℃和60℃模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡后,GFRPP杆层间剪切强度保留率分别为80.5%、72.8%和66.5%。最后,结合SEM和FTIR表征技术,揭示模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下GFRPP杆性能退化机制。

关键词： GFRPP杆层间剪切强度海水-海砂混凝土湿热老化机制吸水率

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金属材料的常见问题及检测策略

造纸装备及材料 2024年第07期 68-70页

作者：孙云刘立强李承高万石磊英大检测技术(青岛)有限公司英正能源技术服务(青岛)有限公司

金属材料作为重要的制造材料，在汽车、航空航天、电子、建筑等各个领域都有着广泛的应用。然而，金属制品在生产过程中常常会出现各种缺陷，这些缺陷可能会影响产品的质量、性能和安全性。因此，对金属材料进行有效的检测是确保产品质... 详细信息

金属材料作为重要的制造材料，在汽车、航空航天、电子、建筑等各个领域都有着广泛的应用。然而，金属制品在生产过程中常常会出现各种缺陷，这些缺陷可能会影响产品的质量、性能和安全性。因此，对金属材料进行有效的检测是确保产品质量的关键一步。因此，文章对金属材料检测中常见的问题进行全面分析，并提出相应的解决策略，以帮助金属材料制造行业更好地应对质量管理和生产过程中的挑战。

关键词：金属材料检测表面缺陷质量管理

玻璃纤维增强聚丙烯/尼龙混杂板材的制备与性能研究

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纤维复合材料 2024年第1期41卷 9-17页

作者：张藕生张云峰杜浩强郭瑞田经纬李承高张劭亦咸贵军中石化(上海)石油化工研究院有限公司上海201208 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090

玻璃纤维增强热塑性复合材料具有重复成型、高韧性、高耐久性、可设计、环境友好及可回收利用等优势。为解决由聚丙烯树脂粘度高与尼龙树脂吸水率高引起的复合材料成型工艺与耐久性问题,本项目采用模压工艺研发并制备了玻璃纤维增强聚丙... 详细信息

玻璃纤维增强热塑性复合材料具有重复成型、高韧性、高耐久性、可设计、环境友好及可回收利用等优势。为解决由聚丙烯树脂粘度高与尼龙树脂吸水率高引起的复合材料成型工艺与耐久性问题,本项目采用模压工艺研发并制备了玻璃纤维增强聚丙烯/尼龙混杂复合材料板材,研究了混杂模式对于板材力学性能与热性能的影响规律与机理,比较分析了水分子在混杂复合材料内的扩散行为。研究发现,单层层间交替混杂模式板材具有最高的力学性能,拉伸、弯曲和剪切强度最大提升率为132.8%、127.4%和110.4%,归因于混杂板材中两种预浸带在层间粘结-挤压作用下协同受力,材料性能充分发挥;相比之下,五层预浸带层间交替混杂模式板材存在明显薄弱界面层,削弱了板材整体协同受力作用。此外,混杂板材由于聚丙烯树脂憎水性以及逐层交替混杂模式,延缓或阻止了水分子在尼龙树脂内部的吸收和扩散行为,导致混杂板材吸水率大幅下降,这对于提升尼龙树脂基复合材料的耐久性具有重要意义。

关键词：玻璃纤维增强聚丙烯/尼龙混杂板材力学性能混杂机理吸水性能

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碳-玻纤维混杂复合材料杆体的力学与耐久性能研究

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西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期54卷 174-183页

作者：郭瑞李承高咸贵军汪云家哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 中国石油化工集团有限公司胜利石油管理局科技处山东东营257000

碳纤维与玻璃纤维混杂增强树脂基复合材料可以发挥碳纤维的高强、高模、耐疲劳性能与玻璃纤维的高应变、低成本等优势,满足工程结构应用需求.本文针对碳-玻璃纤维混杂增强环氧树脂基复合材料拉挤杆,发明了一套高效挤压-摩擦型锚固系统... 详细信息

碳纤维与玻璃纤维混杂增强树脂基复合材料可以发挥碳纤维的高强、高模、耐疲劳性能与玻璃纤维的高应变、低成本等优势,满足工程结构应用需求.本文针对碳-玻璃纤维混杂增强环氧树脂基复合材料拉挤杆,发明了一套高效挤压-摩擦型锚固系统用于杆体力学测试,研究了纤维混杂模式(随机混杂与包覆混杂)对混杂杆体静力、湿热老化与疲劳性能的影响规律.研究表明:挤压-摩擦型锚固系统受力均匀,锚固效率高,适用于混杂杆体的力学性能测试;在一定的碳/玻璃纤维混杂比(2∶3)条件下,通过将碳纤维束随机分散到玻璃纤维束中制备的杆体可以避免包覆混杂杆体中的GFRP皮-CFRP芯界面薄弱层脱粘破坏,短梁剪切、拉伸与疲劳性能得到显著提升,实现了正混杂效应;在80℃高温浸泡下,随机混杂杆体受到碳-玻璃纤维/树脂界面劣化的影响,其界面强度保留率低于包覆混杂杆体.

关键词：碳-玻璃纤维混杂杆静力性能湿热耐久性疲劳性能混杂效应

碳纤维增强复合材料拉索变刚度粘结型锚固系统研究

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建筑结构学报 2022年

作者：牛延沼李承高咸贵军许国文熊浩白洁上海碳纤维复合材料土木工程应用工程技术研究中心哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室中国建筑第八工程局有限公司

碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料与钢材相比具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、蠕变小及温度敏感性低等优势，可替代传统钢索用于桥梁结构，提升桥梁的跨度及服役寿命。由于CFRP为正交各向异性材料，其沿纤维方向的抗拉性能远高于垂直于纤...

碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料与钢材相比具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳、蠕变小及温度敏感性低等优势，可替代传统钢索用于桥梁结构，提升桥梁的跨度及服役寿命。由于CFRP为正交各向异性材料，其沿纤维方向的抗拉性能远高于垂直于纤维方向的抗剪与抗压性能，导致CFRP存在难以锚固的问题。本文提出了一种新型变刚度粘结剂与弯折索体结合的锚固系统，通过理论分析、有限元模拟及试验验证等方法系统研究了锚固系统的承载性能。结果表明：当CFRP拉索（19根筋）弯折角为4°，粘结材料弹性模量范围为8～18GPa时，锚固效率达96%，拉索所受压应力和剪应力峰值分别降低约48%和64%；为CFRP拉索提供了一种受力合理、性能稳定的锚固体系。

关键词：

玻璃纤维增强聚丙烯树脂复合材料索锚构件设计及力学性能

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复合材料学报 2022年第11期39卷 5098-5108页

作者：李承高张玉潭呼思乐吉启康郭正岳孙瑜泽咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

桥梁拉索及预应力混凝土结构用纤维增强复合材料的可靠锚固是需要解决的关键难题。热塑性聚丙烯树脂具有优异的断裂韧性、耐湿热/抗疲劳性能及加工成型方便和可回收利用等优点,根据其加热熔化冷却成型原理,本文采用玻璃纤维增强聚丙烯... 详细信息

桥梁拉索及预应力混凝土结构用纤维增强复合材料的可靠锚固是需要解决的关键难题。热塑性聚丙烯树脂具有优异的断裂韧性、耐湿热/抗疲劳性能及加工成型方便和可回收利用等优点,根据其加热熔化冷却成型原理,本文采用玻璃纤维增强聚丙烯预浸带制备了一种尺寸稳定、性能优异、具有自锁结构的复合材料索锚构件。采用拉伸测试及有限元模拟研究预浸带层数与圆弧段角度对索锚结构极限承载力、应力分布及破坏模式的影响。研究发现,索锚构件的极限承载力随圆弧段角度增加而降低,随缠绕层增加先增加后下降。有限元模拟与实验结果吻合性较好,验证了缠绕10层预浸带,圆弧段角度为13.5°的索锚构件应力分布均匀并取得最高的拉伸强度。最后,通过总结与分析,论证了一体化新型索锚构件在桥梁拉索、地锚结构及预应力混凝土结构中的应用前景。

关键词：玻璃纤维热塑性聚丙烯树脂预浸带索锚构件拉伸性能有限元模拟应用前景分析

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植物纤维纸蜂窝制备的环境影响评价

中国塑料 2022年第6期36卷 108-115页

作者：董少策李承高张旭锋咸贵军哈尔滨工业大学土木工程学院结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨150090 中航复材(北京)科技有限公司北京101300

利用CML环境影响评价方法,研究并比较了植物纤维纸蜂窝和传统芳纶纸蜂窝制备的环境影响。结果表明,针对所涉及的11个环境影响指标,植物纤维纸蜂窝低于芳纶纸蜂窝0.68%~49.41%;权重化结果表明,植物纤维纸蜂窝制备环境影响总体低于芳纶纸... 详细信息

利用CML环境影响评价方法,研究并比较了植物纤维纸蜂窝和传统芳纶纸蜂窝制备的环境影响。结果表明,针对所涉及的11个环境影响指标,植物纤维纸蜂窝低于芳纶纸蜂窝0.68%~49.41%;权重化结果表明,植物纤维纸蜂窝制备环境影响总体低于芳纶纸蜂窝18.77%;制备芳纶纸蜂窝的环境影响主要来自于芳纶纸和电能的消耗;制备植物纤维纸蜂窝的环境影响主要来自于混杂纸和电能的生产。

关键词：环境影响评价生命周期评价植物纤维纸蜂窝芳纶纸蜂窝蜂窝制备

尼龙6填料对碳纤维-环氧树脂复合材料力学与摩擦磨损性能的提升机制

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5011-5025页

作者：田经纬白艳博李承高咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力... 详细信息

碳纤维-环氧树脂复合材料具有高强高模、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,作为结构材料被广泛用于土木工程中。尼龙6具有良好的断裂韧性、自润滑性、减摩耐磨性等优点,将其作为填料加入至短切碳纤维-环氧树脂复合材料中有望大幅提升材料的力学和摩擦磨损性能。本文采用尼龙6改性短切碳纤维-环氧树脂复合材料,基于树脂基体优选方法制备了一种力学性能优异、耐高温且具有低摩擦系数和低磨损速率的高性能复合材料。试验研究了添加尼龙6对复合材料的热、力学及摩擦磨损性能的影响,结合微观形貌与结构分析,揭示了尼龙6对复合材料性能提升机制。研究发现,添加7.5wt%尼龙6后,复合材料的拉伸断裂韧性提升了199%,断裂破坏模式由脆性断裂转变为韧性断裂,拉伸断口形貌由“平原状”转变为“沟壑状”,玻璃化转变温度提升了15.2℃。添加10wt%尼龙6可以显著降低复合材料的摩擦系数(~80%)、磨损速率(~53%)、划痕宽度(~22%)、线粗糙度(~15%),耐磨损性能提升机制归因于尼龙6可在摩擦表面协助形成一层均匀致密的润滑隔离膜,使磨损类型由严重的疲劳磨损变为轻微的粘着磨损或磨粒磨损。

关键词：复合材料环氧树脂碳纤维尼龙6 力学性能摩擦磨损性能磨损机制