微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响(论文)

第32卷第1期深圳大学学报理工版

Vol．32No．12015年1月

JOURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY SCIENCE AND ENGINEERING

Jan．2015

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?Received :2014-06-22;Accepted :2014-10-11

Foundation :National Natural Science Foundation of China (51378315);Major Basic Research Development Program of Shenzhen

(JCYJ20130329114709152)

?Corresponding author :Professor Xing Feng.E-mail:xingf@szu．edu．cn

Citation :Ni Zhuo,Xing Feng,Shi Kaiyong,et al.Influence of microcapsule on microcosmic structure of self-healing cementitious

composite [J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2015,32(1):68-75.(in Chinese)

?材料科学/Materials Science ?

微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响

倪一卓1,邢一锋2,石开勇2,黄一战2,黄健成1,毕一诚1

1)深圳大学化学与化工学院,深圳518061;2)深圳大学土木工程学院,深圳518061

摘一要:在环氧树脂微胶囊的制备实验基础上,制备水泥自修复复合材料,研究养护龄期和微胶囊掺量对水泥自修复复合材料微观结构的影响,采用多种测试仪器对复合材料孔结构特性二电性能二抗渗透性能和水化热进行了分析.结果表明,随着养护龄期的增加,复合材料电阻值显著增大,而累积孔体积和吸水性系数减小;随着微胶囊掺量的增加,电阻值增大,而累积孔体积二吸附量与脱附量二吸水性系数以及水化放热速率与放热量减小.

关键词:建筑材料;混凝土;自修复水泥;微胶囊;渗透性;阻抗谱;水化热中图分类号:TU 528一一一文献标志码:A一一一doi :10.3724/SP.J.1249.2015.01068

Influence of microcapsule on microcosmic structure

of self-healing cementitious composite

Ni Zhuo 1,Xing Feng 2?,Shi Kaiyong 2,Huang Zhan 2,

Huang Jiancheng 1,and Bi Cheng 1

1)College of Chemistry and Chemical Engineering,Shenzhen University,Shenzhen 518061,P.R.China

2)College of Civil Engineering,Shenzhen University,Shenzhen 518061,P.R.China

Abstract :Self-healing cementitious composites were prepared based on the preparation methods for epoxy microcap-

sules.The impacts of the curing age and the microcapsule content on microcosmic structure for the self-healing cementitious composites were studied.The pore structure and distribution,the electrical property,the penetration resistance and the hydration heat of composites were analyzed by various instruments.The results show a significant

increase in resistance and decreases in cumulative pore volume and coefficient of water absorption with the increase of curing age.When increasing the microcapsule content,we find an increase in resistance as well as decreases in

absorption and desorption,the cumulative pore volume,the coefficient of water absorption,the hydration exothermic rate and the hydration heat.

Key words :construction material;concrete;self-healing cementitious composite;microcapsule;permeability;im-pedance spectroscopy;hydration heat

一一混凝土材料是全世界用量最大的建筑材料,广泛应用于工业与民用建筑二桥梁道路二地下共同

沟二水利水电及港口海洋等工程结构[1].混凝土材料的抗折强度低,在外界环境的作用下,其内部不

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第1期倪一卓,等:微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响69

一

可避免会产生裂纹,并有可能引发宏观裂缝,由此

带来一系列耐久性问题.微胶囊技术是通过成膜材

料包覆分散性的固体二液体或气体而形成具有核-

壳结构微小容器的技术,广泛应用于医药二食品和

印刷等工业领域,并取得了显著发展[2-3].近年来,随着复合材料技术的发展,微胶囊技术在复合材料

裂纹自修复方面的应用得到了重视,成为新材料领

域研究的热点之一.水泥自修复复合材料的工作机

理是在水泥材料内部预埋含有固化黏结剂的微胶

囊,当水泥材料在外力作用下产生裂纹时,裂纹的

前端应力使微胶囊破裂,流出的高分子黏结剂与空

气或水泥基体中的固化剂发生反应,生成具有黏结

能力的物质,从而抑制裂纹的扩展并修复裂纹,达

到恢复甚至提高材料强度的效果[4-7].水泥石结构硬化后,内部大量自由水的蒸发引起孔隙的产生.不同尺寸的孔隙是硬化水泥浆体的一个重要组成部分,也是影响水泥浆体性能的重要因素.按孔径对强度的不同影响,将水泥材料中的孔分为无害孔二少害孔二有害孔和多害孔.各种孔径尺寸的孔对材料性能的影响不同,大孔对材料性能的影响较大,而小于某一尺寸的孔对材料性能的负面影响较小[8-11].由于掺入的微胶囊是球型物质,在水泥浆体中能自由滚动,减小组分间的摩擦阻力,提高了浆体的流动性,使得硬化后的水泥材料内部孔隙更细小均匀,一定程度上改善了水泥材料的耐久性和抗渗性.因此,研究微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响是研究材料的宏观性能,揭示其在内外环境作用下结构性能变化规律的重要内容.本研究在环氧树脂微胶囊的制备实验基础上,制备水泥自修复复合材料,研究养护龄期和微胶囊的质量分数对复合材料的微观结构二抗电腐蚀性能二抗渗透性能及水化放热过程的影响,为水泥自修复复合材料的设计和应用提供科学依据.

1一材料及方法

1．1一实验材料

双酚A型环氧树脂(E-51),工业品,江苏三

木集团生产;质量分数为37%的甲醛,分析纯,广

东汕头市西陇化工厂生产;尿素,分析纯,天津市

百世化工有限公司生产;水泥为P．O．42．5普通硅

酸盐水泥,深圳海星小野田水泥有限公司生产;水为普通自来水;脲醛/环氧树脂微胶囊,自制; MC120D固化剂,广州市穗桦精细化工有限公司生产;四乙烯五胺,化学纯,上海邦成化工有限公司生产.

1．2一实验方法

1．2．1一微胶囊的制备

将甲醛和尿素按摩尔比1?2加入到三口烧瓶中,搅拌溶解后,调节pH值至8~9,升温至70?,搅拌下回流反应1h,得到黏稠透明的脲醛树脂预聚体.按不同的囊芯与囊壁的比例加入环氧树脂E-51,搅拌乳化20~30min后,调节体系pH值为2．0~4．0,待微胶囊完全形成后,固化1~3h,经过滤二洗涤二干燥后得到不同粒径微胶囊产品[12].

1．2．2一水泥自修复复合材料的制备

将水泥二环氧树脂微胶囊和MC120D固化剂粉末按一定质量比混合,其中,水灰质量比为0．25,微胶囊与固化剂质量比为2?1.微胶囊粒径为223μm.在水泥净浆搅拌机上慢速搅拌3min,待各物质混合均匀后,加入水和四乙烯五胺固化剂继续搅拌,搅拌结束后将复合材料浆体装入三联模,标准养护箱养护1d后拆模,放于标准养护箱中养护至特定龄期后进行测试.

1．2．3一试样制备

1)孔结构实验试样.将一定质量分数的微胶囊水泥浆体制成3cm?3cm?3cm的试样,在标准养护箱中养护一定龄期后,去除试件表面可能碳化的皮层,取内部样品敲成2．5~5．0mm小块,用酒精中止水化,进行孔结构测试.

2)阻抗谱实验试样.将一定质量分数的微胶囊的水泥浆体制成4cm?4cm?16cm的试样,置于水泥砂浆标准养护箱中养护,1d后脱模.将脱模后的试样置于养护箱中(养护条件为(20?2)?,相对湿度>90%),养护至一定龄期后将试样取出进行交流阻抗测试.

3)吸水性实验试样.将掺入一定质量分数的微胶囊的水泥浆体制成10cm?10cm?10cm的试样,在标准养护箱中养护一定龄期,试样取出后在空气中放置3h,待表面吹干后进行表面吸水性测试.

4)水化热实验试样.将10g掺入一定质量分数微胶囊的水泥浆体搅匀后倒入试管,再将2．5g

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70一深圳大学学报理工版第32卷

纯净水吸入注射器,保证针头干燥,把注射器插入试管样品中,对试样水化过程的水化放热速率和水化热进行测试.

1．2．4一测试方法

采用美国麦克公司生产的Tristar3000型全自动比表面和孔隙度吸附仪,测试复合材料的孔径分布二累积孔体积及吸附曲线,测试的相对压力范围为0．001~0．995,液氮温度为77．63K;采用Prin-ceton电化学工作站测试复合材料的交流阻抗谱,测试的扫描频率设置为0．1Hz~1．0MHz;采用英国Belfast女王大学研发的Autoclam自动渗透性测试仪测试复合材料的吸水量与吸水性系数,测试过程中每隔1min记录1次试件的吸水量(单位:μL),分别测定15min数据,鉴于前4min透气量的数据不稳定,数据处理时将前4min数据删除;采用ToniCAL量热仪测试复合材料的水化放热速率和总放热量,测试的初始温度为25?.

2一结果与讨论

2．1一水泥自修复复合材料孔结构特性

养护龄期对水泥自修复复合材料累积孔体积的影响如图1.由图1可见,随着养护龄期的增长,复合材料内部的累积孔体积不断减少;随着养护龄期的增长,水泥不断水化,使材料内部微观结构及成分不断发生变化,水泥水化产物不断填补材料内部孔隙,使结构更加致密.养护龄期对水泥自修复复合材料孔径分布的影响如图2.其中,峰值所对应的孔径为最可几孔径,即出现几率最大的孔径.由图2可见,随着养护龄期的增长,曲线峰值逐渐减小,说明出现几率最大的孔径体积不断减少.随着水化反应的进行,不断生成的水化产物起到填充微孔隙和细化孔径的作用,最终结果是使材料微观结构致密化和孔趋于规则的球体或其他形体,即水化使孔形趋于单一化而非复杂化[13-17].

掺入不同质量分数的微胶囊对水泥自修复复合材料累积孔体积的影响如图3.由图3可见,随着微胶囊质量分数的增加,复合材料的累积孔体积不断减小.这是由于掺入的微胶囊是球型物质,在水泥浆体中能自由滚动,减小组分间的摩擦阻力,提高了浆体的流动性,使硬化后的水泥材料内部孔隙更细小均匀.同时微胶囊可以阻断孔隙间的联通

,

图1一养护龄期对水泥自修复复合材料累积

孔体积的影响

Fig．1一Influence of curing ages on the cumulative

pore volume for the self-healing

cementitious

composites

图2一养护龄期对水泥自修复复合材料

孔径分布的影响

Fig．2一Influence of curing ages on the pore

size distribution for the self-healing

cementitious composites

减少内孔的含量,复合材料的抗渗性提高.掺入不同质量分数的微胶囊对水泥自修复复合材料吸附与脱附性质的影响如图4.由图4可见,吸附量与脱附量均随着掺入微胶囊质量分数的增加而减少.说明微胶囊能减少材料内部的空隙,切断孔间渗水的通路,使复合材料的微观结构更加密实,孔隙分布趋于优化,透气性降低,一定程度上提高了水泥复合材料的耐久性和抗渗性.

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第1期倪一卓,等:微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响71

一

图3一微胶囊的质量分数对水泥自修复复合材料累积

孔体积的影响

Fig．3一Influence of mass fraction of microcapsule on the cumulative pore volume for the self-healing

cementitious

composites

图4一微胶囊的质量分数对水泥自修复复合材料的

吸附与脱附的影响

Fig．4一Influence of mass fraction of microcapsule on the adsorption and the desorption for the self-healing

cementitious composites

2．2一水泥自修复复合材料电性能

阻抗谱能反映材料的稳定性.通过Nyquist 谱图研究其电阻的变化,表征水泥自修复复合材料在电腐蚀方面的稳定性.Nyquist 谱图横坐标表示电阻(Zre),纵坐标表示阻抗(Zim),电阻越大说明离子迁移越困难,可以阻止氯离子迁移等导致的腐蚀[18-21].养护龄期对水泥自修复复合材料Nyquist 谱图的影响如图5.由图5可见:①养护龄期为3

和7d 的复合材料阻抗谱的Nyquist 圆并不明显,随着养护龄期的增加,Nyquist 圆逐渐明显,这表明水化初期材料内部结构较为疏松,存在较多的联通孔

隙,其特性类似于溶液;②电阻值随着养护龄期增长有明显的增加,电阻值越大,体系的总孔隙率越小,微观结构越致密;③掺入一定质量分数微胶囊的复合材料由于水化初期存在大量的大孔,并且孔隙中均充满了液体,所以电阻率增加幅度并不大.随着水化的进行,孔隙中的水分逐渐减少,孔结构大小逐渐稳定,且微胶囊囊壁是非导电材料,所以复合材料的电阻值开始增大,电阻率的增加幅度也开始稳定.

图5一养护龄期对水泥自修复复合材料

Nyquist 谱图的影响

Fig．5一Influence of curing ages on the Nyquist

spectrum for the self-healing cementitious composites

微胶囊的质量分数对水泥自修复复合材料

Nyquist 谱图的影响如图6.从复合材料电阻值的变化可见,微胶囊质量分数越大,电阻值越高,材料对电腐蚀的防护效果越好.这是因为随着微胶囊质量分数的增加,微球作用更加显著,材料微观结构

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72一深圳大学学报理工版第32卷

越致密.微胶囊囊壁是非导电材料,对电腐蚀和电

磁场等环境有较好的阻击作用,因此水泥自修复复

合材料可以更好地保护其内部的钢筋,避免受到电

腐蚀[22]

图6一微胶囊的质量分数对水泥自修复复合材料

Nyquist谱图的影响

Fig．6一Influence of mass fraction of microcapsule

on the Nyquist spectrum for the self-healing

cementitious composites

2．3一水泥自修复复合材料抗渗透性

水泥材料表层吸水过程主要是通过毛细管的吸

附作用,吸收液体来填充材料内部的空隙.因此,

表层的吸水性能在很大程度上取决于材料本身的微

观结构.Autoclam自动渗透性测试仪测得的吸水性

系数能够表征材料抗渗透能力的强弱,吸水性能直

接反映建筑材料通过毛细管作用吸收的盐水和其它

有害液体的量[23].水泥自修复复合材料的养护龄期与吸水量二吸水性系数的关系如表1和图7所示.

图7中直线的斜率即为吸水性系数,它反映了材料

吸水性的强弱.系数越大,吸水性越强,抗渗性越

弱.由图7可知,养护龄期为1d的吸水性系数为0．3323,经过2d的快速养护后,其吸水性系数降至0．0590,而当试样再置于空气中25d后,吸水性系数进一步降低至0．0533.水泥材料在空气中水化时由于材料的自缩会产生空隙,降低了材料的抗渗性能,吸水性系数会增大.然而实验测得复合材料的吸水性系数并没有随着养护龄期的增加而增大,这是因为微胶囊在水泥基体中起到了增韧的作用,能够补偿部分基体的自缩,所以随着养护龄期的增加,复合材料的结构密实性增强,吸水性系数进一步降低.

表1一水泥自修复复合材料吸水量与养护龄期的关系

(微胶囊的质量分数为4%)

Table1一Relationship between curing ages and water absorption for the self-healing cementitious composites (mass fraction of microcapsule is4%)

t/

min

t1/2/

min1/2

104?

V1d/L

104?

V3d/L

104?

V28d/L

5 2.24 1.940.240.12

6 2.45 1.980.260.14

7 2.65 2.080.280.16

8 2.83 2.120.280.16

9 3.00 2.180.30.18

10 3.16 2.240.30.18

11 3.32 2.30.320.18

12 3.46 2.340.320.20

13 3.61 2.380.320.20

14 3.74 2.440.340.20

15 3.87 2.460.340.

22

图7一水泥自修复复合材料吸水性系数与

养护龄期的关系

Fig．7一Relationship between curing ages and water absorption coefficients for the self-healing

cementitious composites

一一水泥自修复复合材料吸水性系数与微胶囊质量分数的关系如图8所示.由图8可知,复合材料的吸水性系数随着微胶囊质量分数的升高而降低,吸水性系数分别为0．3582二0．2747二0．1105和

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第1期倪一卓,等:微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响73

一

0．0533.随着微胶囊质量分数的增加,复合材料内部的孔体积减小,所以吸水性系数会降低

.

图8一水泥自修复复合材料吸水性系数与掺入

微胶囊质量分数的关系

Fig．8一Relationship between water absorption

coefficients and mass fraction of microcapsule for the

self-healing cementitious composites

2．4一水泥自修复复合材料水化热

水泥在水化过程中伴随着放热现象,水化热是水泥的基本性质之一.水泥的水化热及水化放热速率在一定程度上可以更细微地描述水泥材料的水化过程.微胶囊的掺入对水泥材料水化过程有一定影响.水泥自修复复合材料在不同水化时间下的水化放热速率与微胶囊质量分数的关系如图9.其中,图9(a)为复合材料水化72h的放热速率曲线;图9(b)为复合材料水化2h的放热速率曲线,能够更清晰地描述不同质量分数的微胶囊复合材料水化放热速率的差异.由图9(a)可见,微胶囊的加入使复合材料的水化放热速率减小,当水化时间小于0．4h时,未掺入微胶囊的水泥材料水化速率比掺入微胶囊的水泥复合材料的水化速率大,并且微胶囊质量分数为4%的复合材料水化速率比微胶囊质量分数为6%的复合材料水化速率大;当水化时间大于0．4h时,微胶囊质量分数为4%的复合材料水化速率大于未掺入微胶囊的水泥材料的水化速率;当水化时间大于0．5h时,微胶囊质量分数为6%的复合材料水化速率大于未掺入微胶囊的水泥材料的水化速率.这是因为未掺入微胶囊的水泥材料水化反应剧烈,所以水化放热速率的峰值最大,且放热速率呈现升得快也降得快的趋势.而当复合材料掺入一定质量分数的微胶囊后,水化反应变得相对缓和,水化放热速率的峰值降低,并且放热速率的变化呈现升高慢降低慢的趋势.由此可见,微胶囊的加入对水泥复合材料的水化过程起到热平衡作用,能让复合材料水化反应的放热相对均匀,从而避免了由于剧烈的放热所引起的急剧升温,使材料内部出现过大的温度应力而产生温度裂缝[24].

图9一水泥自修复复合材料水化放热速率与掺入

微胶囊的质量分数的关系

Fig．9一Relationship between hydration exothermic

rates and mass fraction of microcapsule for the

self-healing cementitious composites

水泥自修复复合材料在不同水化时间下的水化放热量与微胶囊质量分数的关系如图10.图10(a)为复合材料水化72h的放热总量曲线,从图10

(a)可见,未掺入微胶囊的水泥材料放热量最大,随着微胶囊质量分数的增加,放热量逐渐减少,这是因为掺入的微胶囊吸收了一部分水泥复合材料水化反应热;图10(b)为复合材料水化2h的放热总

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74一深圳大学学报理工版第32卷

量曲线,由图10(b)可见,在水化反应的最初2h 内,水泥复合材料水化放热量随着微胶囊质量分数的增加而减小,这与水化反应速率曲线基本一致.由此可见,微胶囊的加入使水泥材料的水化放热更加均匀,避免在水化过程中水泥材料内部出现温度的急剧升高,材料内外温差过大所导致的温度应力使材料产生裂缝,从而降低材料的强度和其他性能.因此,微胶囊的加入有可能改善水泥材料水化放热不均匀的问题,这对于大体积混凝土材料尤为重要[25],关于微胶囊对水泥材料水化过程中材料内部温度的控制,值得进行更深入的研究

.

图10一水泥自修复复合材料水化放热量与掺入

微胶囊的质量分数的关系

Fig．10一Relationship between hydration heat and

mass fraction of microcapsule for the self-healing

cementitious composites

结一语

随着养护龄期的增长,水泥自修复复合材料内部的累积孔体积与出现几率最大的孔径体积不断减少,电阻值明显增大,吸水量与吸水性系数降低.随着微胶囊质量分数的增加,复合材料的累积孔体积减少,吸附量与脱附量也相应地减少,电阻值明显增加,吸水量与吸水性系数降低,水化放热总量与放热速率的峰值降低.因此,微胶囊的掺入一定程度上可以提高水泥基复合材料的耐久性二抗电腐蚀性和抗渗透性,并有可能改善水泥材料水化放热不均匀的问题.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51378315);深圳市战略新兴产业发展专项资金资助项目(JCYJ20130329114709

152)

作者简介:倪一卓(1963 ),男(汉族),吉林省通化市人,深圳大学教授二博士生导师.E-mail:royzhuoni@hotmail．com 引一一文:倪一卓,邢一锋,石开勇,等.微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响[J].深圳大学学报理工版,

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?中文责编:坪一梓;英文责编:木一南?

https://www.wendangku.net/doc/6611686267.html,

微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响

作者：倪卓， 邢锋， 石开勇， 黄战， 黄健成， 毕诚， Ni Zhuo， Xing Feng， Shi Kaiyong ， Huang Zhan， Huang Jiancheng， Bi Cheng

作者单位：倪卓,黄健成,毕诚,Ni Zhuo,Huang Jiancheng,Bi Cheng(深圳大学化学与化工学院,深圳,518061)， 邢锋,石开勇,黄战,Xing Feng,Shi Kaiyong,Huang Zhan(深圳大学土木工程学院

,深圳,518061)

刊名：

深圳大学学报（理工版）

英文刊名：Journal of Shenzhen University (Science & Engineering)

年，卷(期)：2015(1)

引用本文格式：倪卓.邢锋.石开勇.黄战.黄健成.毕诚.Ni Zhuo.Xing Feng.Shi Kaiyong.Huang Zhan.Huang Jiancheng.Bi Cheng微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响[期刊论文]-深圳大学学报（理工版） 2015(1)

复合材料论文

摘要 与传统的CF增强材料相比，CNTs／CF混杂多尺度增强体在提高复合材料横向力学性能，充分发挥CNTs和cF的优异性能，开发具有综合优异性能的先进复合材料方面具有显著优势。目前该领域的研究尚处于起步阶段，几种常见的制备方法中化学气相沉积法尤其是等离子体化学气相沉积法获得的多尺度增强体的纳米结构在纤维表面均匀密布，具有广阔的发展前景和应Hj潜力。总之，CNTs／CF制备工艺的进一步完善和其与树脂复合后的新型复合材料的性能研究有待深入探索。 引言 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有强度高、模量高、密度小、尺寸稳定等一系列优异性能，已器材等领域。众所周知，复合材料的性能主要取决于纤维和树脂基体本身的力学性能、纤维的表面能、纤维与基体之间的界面粘结以及界面应力传递能力。由于碳纤维(CF)表面为石墨乱层结构，纤维表面惰性大、表面能低，有化学活性的宫能}玎少，反应活性低，与基体的粘结性差，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘结强度低，复合材料层间剪切强度(Interlaminar Sheafing Strength，ILSS)低。另外，纤维复合材料是各向异性十分突出的材料，其优异的物理、力学性能都集中在纤维的轴向，而在复合材料的横向无纤维加强作用．复合材料耐冲击性能较差。为改善纤维增强树脂基复合材料的性能，必须对纤维／树脂基体间的界面进行优化设计，同时改善树脂基体的性能指标。 纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)是由单层或多层石墨烯片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、纳米级中空管体。组成CNTs的c—C共价键是自然界巾很稳定的化学键，理论计算和实验表明CNTs具有极高的强度和极大的韧性¨1，理论估计其杨氏模量高达5TPa，实验测得平均为1．8TPa，弯曲强度为14．2GPa，抗拉强度为钢的100倍，密度仅为钢的1／6～l／7。其直径在0．4—50nm之间，长度可达数微米至数毫米，因而具有很大的长径比，一般大于1000，是准一维的量子线，被看作复合材料增强体的终极形式，必将作为增强相而在复合材料中得到应用HJ。CNTs主要由碳元素组成，与聚合物有相似的结构，尺寸在同一数量级上，可将CNTs看作一种单元素的聚合物，且CNTs表面原子约占50％以上，与聚合物之间的相互作用强，研究表明，CNTs与聚合物之间的应力传递能力至少是传统纤维增强复合材料的10倍以上¨J，同时CNTs还具有很好的韧性，能够承受40％的张力应变，而不会呈现膪I生行为、塑性变形或键断裂．可以提高基体材料的韧性。6 J，因此可与聚合物复合制备高性能的复合材料。将准一维纳米材料CNTs与传统连续纤维混合作为复合材料增强相，有望同时改善复合材料的界面性能和树脂基体的抗冲强度。 CNTs／CF作为多尺度增强材料，其方式主要有掺杂法、化学气相沉积法、混纺法及化学接枝法。 碳纳米管／碳纤维混杂多尺度增强体 研究现状 掺杂法 掺杂法是将CNTs直接混合在树脂中，然后与连续CF复合，制备复合材料。究了多壁碳纳米管(MWCNTs)／T300连续cF环氧树脂复合材料的力学性能，当基体中CNTs的含量为3％时复合材料的力学性能最佳，断裂强度为1780MPa，模量为164GPa。国防科学技术大学采

金属填充复合材料修补金属件知识讲解

金属填充复合材料修 补金属件

金属填充复合材料修补金属件 金属填充复合材料修补金属件 一、为什么使用Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料？ Loctite? Fixmaster? 金属填充复合材料可为设备因冲击及机械损伤造成的缺陷提供维修解决方案，如套的裂纹，轴及套的磨损等。 Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料可有效修复和重建机械设备的损伤不需要加热和焊接。 传统方式 VS. 现代解决方案 传统方式如硬表面堆焊需大量的时间，成本昂贵。Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料操作方便，具有优良的抗压强度。可以给设备提供有效的保护。Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料和Loctite? Nordbak?耐磨防护剂可修复不同类的磨损，使其可重新投入使用。 二、Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料的优点： （1）、快速维修 （2）、可选择钢粉、铝粉或非金属填充 （3）、低收缩率 （4）、耐久维修 （5）、使用方便 （6）、高抗压强度 （7）、不需加热

（8）、可在线维修 （9）、类似金属色 （10）、固化后可钻孔、攻丝和机械加工 （12）、与金属，陶瓷，木材.玻璃和部分塑料良好的粘结力 三、选择Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料时需考虑的关键因素 金属修补Loctite? Fixmaster?复合材料填充钢粉或铝粉等不同金属粉末，使在维修时尽可能接近设备本体性能，非金属填充的产品用于修复磨损严重的场合。产品一致性产品粘度满足客户的不同需求，Loctite? Fixmaster?产品粘度分为浇铸型、膏状及棒状可供选择。 特殊需求对于一些特殊场合的应用，汉高拥有一些有特殊性能的产品，如高抗压强度，耐高温或耐磨产品可供选择。 四、表面处理正确的表面处理是这些产品成功应用的关键因素。 好的表面处理可以增加Loctite? Fixmaster?复合材料与部件的粘附力；防止金属表面与Loctite? Fixmaster?复合材料之间锈蚀；延长产品使用寿命。 正确的表面处理必须干净和干燥；无表面及内部化学污染；无锈蚀；表面粗糙度75um以上。 五、产品应用 Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料是双组合环氧产品，应用之前必须按正确的比例混合至颜色均一为止。 膏状产品使用时必须紧刮于设备表面且达到所需要的厚度，请注意使用过程中需防止气泡的混入。

复合材料力学

复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215

用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs ） 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed

复材零件修补方法探索

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6611686267.html, 复材零件修补方法探索 作者：武彬彬 来源：《科技风》2017年第07期 摘要：随着对飞机性能要求的不断提高，复合材料零件将更加广泛的应用于飞机的各个结构中。已经迅速发展为继铝合金、钛合金之后的又一航空结构材料。但是复合材料零件固然有很多优点，但是，复合材料零件的缺陷修补一直是制约复合材料零件发展的制约条件之一。本文对复合材料零件在实际使用过程中常见的缺陷进行了分类分析，对修补方法进行了初步的研究，为其制定合适的修补方法，减少浪费，降低复合材料应用成本。 关键词：复合材料；缺陷；修补 复合材料零件加工制造过程不同于金属零件，在成型过程中，装配过程中，使用过程中均会出现不同的缺陷。在生产实践中，即使是经过研究和试验制定的合理工艺，在结构件的制造过程还可能产生缺陷，引起质量问题，严重时还会导致整个结构件的报废，造成重大经济损失。因此，研究复合材料，尤其是国产碳纤维复合材料结构件的缺陷分类及维修方法是目前迫切需要解决的问题。 随着我国飞机数量的增加和换代速度的加快，复合材料用量也越来越大，修补的重要性也就越来越凸显。但是，国内在修补方面还是参考国外的一些文献和资料，照葫芦画瓢。而且目前国内对复合材料零件的修补还是没有进行验证，产品设计对此领域还是持保守状态。 对复合材料结构提出的修补要求主要有： ①恢复结构的70%承载能力和使用功能，即恢复结构的基本完整性； ②修理后重量不能增加太多； ③尽量保证原结构外形。 一、缺陷类型 根据目前国内复合材料制件结构及形成时段状态，缺陷存在的类型可以分为以下几类： ①实体层压板缺陷类型：零件分层、贫胶、皱折、鼓包、分层、杂质、打磨过分或伤及纤维的损伤、边缘分层损伤等缺陷。 ②针对复合材料蜂窝夹层件的缺陷类型：蜂窝芯格压缩、蜂窝芯凹陷、芯子与蒙皮分层等缺陷。

复合材料力学上机编程作业(计算层合板刚度)要点

复合材料力学上机编程作业 学院：School of Civil Engineering专业：Engineering Mechanics 小组成员信息：James Wilson（2012031890015）、Tau Young（2012031890011）复合材料力学学了五个星期，这是这门课的第一次编程作业。我和杨涛结成一个小组，我用的是Fortran编制的程序，Tau Young用的是matlab编制。其中的算例以我的Fortran计算结果为准。Matlab作为可视化界面有其独到之处，在附录2中将会有所展示。 作业的内容是层合板的刚度的计算和验算，包括拉伸刚度A、弯曲刚度D以及耦合刚度B。 首先要给定层合板的各个参数，具体有：层合板的层数N；各单层的弹性常数 E1、E2、υ21、G12；各单层 对应的厚度；各单层对应的主方向夹角θ。然后就要计算每个单层板的二维刚度矩阵Q，具体公式如下： υ12=υ21E2 E1；Q11=E11-υ12υ21；Q22=E21-υ12υ21；Q12=υ12E1； 1-υ12υ21Q66=G12 得到Q矩阵后，根据课本上讲到的Q=(T-1)TQ(T-1)得到Q。 然后根据z坐标的定义求出z0到zn，接下来，最重要的一步，根据下式计算A、B、D。 n??Aij=∑(Qij)k(zk-zk-1) k=1??1n22?Bij=∑(Qij)k(zk-zk-1) 2k=1??1n33?Dij=∑(Qij)k(zk-zk-1)3k=1? 一、书上P110的几个问题可以归纳为以下几个类型。

第 1 页共 1 页 （4）6层反对称角铺设层合板（T5-10）第 2 页共 2 页

复合材料论文

复合材料论文 陶瓷基复合材料的发展状况 12级无机非（1）班1203031002 秦宇 摘要：材料是科学技术发展的基础，材料的发展可以推动科学技术的发展，材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类。其中复合材料是是最新发展地来的一大类，发展非常迅速。最早出现的是宏观复合材料，它复合的组元是肉眼可以看见的，比如混凝土。随后发展起来的是微观复合材料，它的组元肉眼看不见。由于复合材料各方面优异的性能，因此得到了广泛的应用。复合材料对航空、航天事业的影响尤为显著，可以说如果没有复合材料的诞生，就没有今天的飞机、火箭和宇宙飞船等高科技产品。 本文从纤维增强陶瓷基复合材料Cf/SiC入手，综述了陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）的特殊使用性能、界面增韧机理、制备工艺作了较全面的介绍，并对CMC 的的研究现状、未来发展进行了展望。 关键词：陶瓷基复合材料、增强纤维、基体 正文 陶瓷基复合材料的定义与特性 陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。 陶瓷基复合材料(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。一方面，它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的断裂韧性；另一方面，它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点。陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃，而密度只有高温合金的70％。因此，近几十年来，陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。 陶瓷基复合材料的分类 按增强材料形态分类，陶瓷基复合材料可分为颗粒增强陶瓷复合材料、纤维增强陶瓷复合材料、片材增强陶瓷复合材料。 按基体材料分类，陶瓷基复合材料可分为氧化物基陶瓷复合材料、非氧化物基陶瓷复合材料、碳/碳复合材料、微晶玻璃基复合材料。 三、陶瓷基复合材料的界面对材料整体性能的影响 界面直接影响复合材料的整体力学性能。纤维与基体间界面的主要作用有： (1)传递作用：由于纤维是主要的载荷承担者，因此界面必须有足够的结合强度来传递载荷，使纤维承受大部分载荷，在基体与纤维之间起到桥梁作用； (2)阻断作用：当基体裂纹扩展到纤维与基体间界面时，结合适当的界面能够阻止裂纹扩展或使裂纹发生偏转，从而达到调整界面应力，阻止裂纹向纤维内部扩展的效果。 当一垂直于纤维方向的裂纹穿入包埋单根纤维的基体时，随后的破坏机制界面对陶瓷基复合材料力学性能的影响分析可能为：基体断裂、纤维—基体界面脱粘、脱粘后摩擦、纤维断裂、应力重新分布、纤维拔出等。 对陶瓷基复合材料来说，纤维与基体的界面是控制材料性能的关键因素。因此，研究界面对陶瓷基复合材料的力学性能的影响具有重要意义。在纤维与基体之间的界面反应将改变材料

复合材料结构力学认识

暨南大学研究生课程论文 题目：复合材料结构力学认识 学院：理工学院 学系：土木工程 专业：建筑与土木工程 课程名称：复合材料结构力学 学生姓名：陈广强 学号：1339297001 电子邮箱：chengq09@https://www.wendangku.net/doc/6611686267.html, 指导教师：王璠

复合材料结构力学认识 主题词：复合材料力学；复合材料结构力学；力学特性；力学基础复合材料结构力学研究复合材料的杆、板、壳及基组合结构的应力分析、变形、稳定和振动等各种力学问题，，在广议上属于复合材料力学的一个分支。由于其内容丰富，问题重要和研究对象不同，已成为和研究复合材料力学问题的狭义复合材料力学并列的学科分支。 一、复合材料结构力学研究内容和办法 目前复合材料结构力学以纤维增强复合材料层压结构为研究对象，主要研究内容包括：层合板和层合壳结构的弯曲，屈曲与振动问题，以及耐久性、损伤容限、气功弹性剪裁、安全系数与许用值、验证试验和计算方法等专题。研究中采用宏观力学模型，可以分辩出层和层组的应力。这些应力的平均值为层合板应力。研究方法以各向异性弹性力学方法为主，同时采用有限元素法、有限差分法、能量变分法等方法。对耐久性、损伤容限等较新的课题则采用以试验为主的研究方法。 二、复合材料结构的力学特性 1、复合材料的比强度和比刚度较高 材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星、复合电缆支架、复合电缆夹具等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的

复合材料结构

复合材料结构设计的特点 (1) 复合材料既是一种材料又是一种结构 (2) 复合材料具有可设计性 (3) 复合材料结构设计包含材料设计 复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好（设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计） 具体体现在两个方面1力学设计——给制品一定的强度和刚度、2功能设计——给制品除力学性能外的其他性能 复合材料力学性能的特点 (1) 各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹 )和ν(泊松比)或剪切弹性模量G。 对于复合材料中的每个单层，纵向弹性模量E L、横向弹性模量E T、纵向泊松比νL (或横向泊松比νT)、面内剪切弹性模量G LT。 耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合 (2) 非均质性 耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起其他基本变形。 (3)层间强度低 在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。 研究复合材料的刚度和强度时，基本假设： (1) 假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 (2）假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 (3) 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。 (4) 假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作用下产生的变形与外力成正比关系，且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原来形状。 (5) 假设层合板的变形是很小的。 上述五个基本假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有区别。 平面应力状态与平面应变状态 平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0，τzx＝0，τzy ＝0） 平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0），τzx＝0(γ31＝0)，τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。 复合材料连接方式 复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。

(完整word版)飞机夹层结构复合材料零部件的损伤形式及修理方法

常见飞机蜂窝板损伤形式及修理方法 航空器复合材料中的蜂窝板是由薄而强的两层面板中间胶接蜂窝材料而成的一种新型复合材料，也称蜂窝层合结构(见图1)。其面板选材有金属板、玻璃纤维、石英纤维、碳纤维等；夹心材料主要有芳纶、玻璃纤维、铝合金及发泡型结构。蜂窝可制成不同的形状。飞机上的蜂窝结构是由耐腐蚀夹心、面板、衬垫、隔板（假梁）、边肋等零件胶合而成。面板与夹芯之间用胶膜胶接，蜂窝夹芯用芯子胶和耐腐蚀胶根据实际需要形状施加真空压力后加温胶接成型。 图1 蜂窝夹心板结构 一、航空复合材料蜂窝结构损伤种类 根据航空复合材料蜂窝结构部件在使用过程中可能出现损伤的情况，我们可以大致将胶接蜂窝结构部件的损伤分以下5类： 1、表面损伤 图2 典型表面凹坑 此类损伤一般通过目视检查发现，包括表面擦伤、划伤、局部轻微腐蚀、表面蒙皮裂纹、表面小凹坑和局部轻微压陷等。这类损伤一般对结构强度不产生明显的削弱。 2、脱胶及分层损伤

该损伤是指纤维层与层之间或面板与夹芯之间的树脂失效缺陷，主要通过敲击检查、超声波检测等手段发现。此类损伤一般不引起结构外观变化，大多是在生产过程中造成的初始缺陷，并在反复使用过程中缺陷不断扩展而导致的。脱胶或分层面积过大会引起整体复合材料强度的削弱，应及时予以修补。 3、单侧面板损伤 这类损伤包括单侧面板局部压陷、破裂或穿孔，一般通过目视检查即可发现。该类型损伤能使一侧面板和蜂窝夹芯都受到损伤（表面塌陷），对气动性能和结构强度影响较大。一旦发现该类损伤必须经过修理和检验确认后方能能重新使用。 4、穿透损伤 该类型损伤是指蜂窝部件出现穿透性损伤、严重压陷和较大范围的残缺损伤等。此类损伤对结构性能和强度有严重的影响，根据受损情况立即予以修理或按需更换新件。 5、内部积水 该损伤原因主要由于蜂窝结构边缘或蜂窝材料对接边缘密封不严或密封失效，在长期使用过程中由于雨水渗透、油液浸泡以及水汽冷凝而造成蜂窝夹芯出现积水。虽然一般情况蜂窝内部积水不会造成严重影响；但在冬季日夜气温变化较大的情况下，由于积液结冰膨胀将会会造成复合材料部件内部树脂基体脱胶；同时在积液的长期浸泡下也会使复合材料的树脂基体的胶接强度大幅降低而降低部件的整体性能；特别是各类复合材料制备的舵面、襟翼、翼身整流罩及发动机部件等，均应及时检查其内部蜂窝结构的积水情况并作出相应修理措施。目前该类损伤主要通过红外热成像、X-射线检测仪等手段进行检测。 二、蜂窝结构的检查方式 1、目视检查 目视检查法是使用最广泛、最直接的无损检测方法。主要借助放大镜和内窥镜观测结构表面和内部可达区域的表面，观察明显的结构变形、变色、断裂、螺钉松动等结构异常。它可以检查表面划伤、裂纹、起泡、起皱、凹痕等缺陷；尤其对透光的玻璃钢产品，可用透射光检查出内部的某些缺陷和定位，如夹杂、气泡、搭接的部位和宽度、蜂窝芯的位置和状态、镶嵌件的位置等。 2、手锤敲击法 用于单层蒙皮蜂窝结构。用手锤敲击蜂窝结构的蒙皮，根据不同的声响来判断蜂窝结构是否脱胶。敲击时，注意锤头与蒙皮垂直，力度适当，以能判断故障不损坏蒙皮表面为宜。为使判断准确，可先在试件上试验。敲击回声清脆是良好，沉闷是脱粘。 3、外场在位检测的便携式相控阵超声波C扫描检测系统

(整理)叶片修复复合材料.

风机叶片修复材料浅谈 内容摘要 风力发电机组长期在恶劣的自然环境中暴露运行，不仅要承受强大的风载荷，还要经受气体冲刷、砂石粒子冲击，以及强烈的紫外线照射等外界侵蚀。为了提高损伤修复过程中所使用复合材料的载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能, 必须对所使用叶片修复材料中的树脂基体系统进行精心研究和筛选, 对传统叶片修复工艺进行创新。采用性能优异的环氧树脂, 改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能, 提高叶片的承载能力, 扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。研究结果表明叶片修复过程中合理使用的复合材料完全可以达到在恶劣工作环境中长期使用的性能要求。 关键词:风力机; 叶片; 环氧树脂;

引言 随着风力发电机单机功率的不断提高，叶片的质量和尺寸也越来越大，对叶片的要求也越来越高：要求叶片质量轻且分布均匀，外形尺寸精度控制准确；具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；叶片旋转时的振动频率特性曲线正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；耐腐蚀、抗紫外线照射和抗雷击的性能好；发电成本较低，维护费用最低。叶片的材料越轻、强度和刚度越高，叶片抵御载荷的能力就越强，叶片就可以做得越大，它的捕风能力也就越强。因此，轻质高强、耐蚀性好、具有可设计性的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料是目前国内大型风机叶片生产及修复的首选材料。 本文主要探讨了风机叶片生产和修复过程中所用的主要材料玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，以及PVC材料。

一、叶片损伤原因 为了提高风机的发电效率，风机绝大多数处在地理、气候环境相对恶劣的地区，从而导致风机叶片容易遭受损伤。 其中对于风机叶片发生故障率最大的损伤原因是雷击，而且雷击往往会给风机叶片带来较严重的损伤甚至报废。 其次为风沙磨损、酸雨腐蚀，导致叶片表面出现麻点，影响风机使用寿命。 飞鸟撞击也是造成风机叶片损伤的一大杀手，由于风机所在地人眼稀少，所以飞鸟较多，飞鸟撞击往往会使风机叶片表面大面漆胶衣脱落。 另外由于风机叶片质量和体积较大，所以运输和吊装存在较大难度，不可避免的造成一定程度的损伤，发生率较小但若发生后果不堪设想，可能直接导致叶片报废，不可修复。 最后叶片材料老化也是导致风机叶片损伤的一大原因，但是由于材料质量在不断提高，所以发生概率会越来越小。

复合材料结构与力学设计复结习题(本科生)

《复合材料结构设计》习题 §1 绪论 1.1 什么是复合材料？ 1.2 复合材料如何分类？ 1.3 复合材料中主要的增强材料有哪些？ 1.4 复合材料中主要的基体材料有哪些？ 1.5 纤维复合材料力学性能的特点哪些？ 1.6 复合材料结构设计有何特点？ 1.7 根据复合材料力学性能的特点在复合材料结构设计时应特别注意到哪些问题? §2 纤维、树脂的基本力学性能 2.1 玻璃纤维的主要种类及其它们的主要成分的特点是什么？ 2.2 玻璃纤维的主要制品有哪些？玻璃纤维纱和织物规格的表示单位是什么？2.3 有一玻璃纤维纱的规格为2400tex，求该纱的横截面积（取玻璃纤维的密度 为2.54g/cm3）？ 2.4 有一玻璃纤维短切毡其规格为450 g/m2，求该毡的厚度（取玻璃纤维的密 度为2.54g/cm3）？ 2.5 无碱玻璃纤维（E-glass）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致 值是多少？ 2.6 碳纤维T-300的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？密 度为多少？ 2.7 芳纶纤维（kevlar纤维）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值 是多少？密度为多少？ 2.8 常用热固性树脂有哪几种？它们的拉伸弹性模量、拉伸强度的大致值是多 少？密度为多少？热变形温度值大致值多少？ 2.9 简述单向纤维复合材料抗拉弹性模量、抗拉强度的估算方法。 2.10 试比较玻璃纤维、碳纤维单向复合材料顺纤维方向拉压弹性模量和强度值，指出其特点。 2.11 简述温度、湿度、大气、腐蚀质对复合材料性能的影响。 2.12 如何确定复合材料的线膨胀系数？ 2.13已知玻璃纤维密度为ρf=2.54g/cm3，树脂密度为ρR=1.20g/cm3，采用规格 为450 g/m2的玻璃纤维短切毡制作内衬时，其树脂含量为70％，这样制作一层其GFRP的厚度为多少? 2.14 采用2400Tex的玻璃纤维（ρf=2.54g/cm3）制造管道，其树脂含量为35％ （ρR=1.20g/cm3），缠绕密度为3股/10 mm，试求缠绕层单层厚度? 2.15 试估算上题中单层板顺纤维方向和垂直纤维方向的抗拉弹性模量和抗拉强度。 2.16已知碳纤维密度为ρf=1.80g/cm3，树脂密度为ρR=1.25g/cm3，采用规格为300 g/m2的碳纤维布制作复合材料时，其树脂含量为32％，这样制作一层其CFRP的厚度为多少?其纤维体积含量为多少？ 2.17 某拉挤构件的腹板，厚度为5mm，采用±45°的玻璃纤维多轴向织物（面密

复合材料修复资料

玻璃纤维材料的修复 -----------------------------------------------------------------------------------------其他行业的玻璃纤维修复 1.汽车保险杠是玻璃钢的，损坏了只能用玻璃纤维和树脂来修补，首先你需要买树脂和玻璃纤维毡，这些卖玻璃钢产品的门市都有的，树脂论公斤卖的，叫他们给你配好了，因为其实它有三种材料：树脂、催干剂和固化剂，问清楚怎么用？因为都是化学材料，三者放在一起会起化学反应，放热的，量大的话还会爆炸的，所以要注意安全，不要被烫到了，不要被溅到眼睛里；玻璃纤维布注意最好买毡，因为毡是丝状的，可以一根根抽出来，便于修复修平汽车保险杠表面。两者都买好了，开始修理了：拿个容器另外装树脂，少装些，别一次倒完了，然后再放几滴固化剂，注意搅拌均匀，固化剂可以少放，因为他起固化作用，少放固化慢一些就是了，放多了几分钟就完全固化了，你还没来的及修补呢！用个毛刷刷到到损坏的地方，然后贴些玻璃纤维毡，再刷些树脂上去，刷一次贴一次就可以了！干了以后打磨表面，最后喷漆就可以了！做玻璃这行看起来简单，其实也是技术活，要熟练才刷的平，没有空隙才行！液体是不饱和聚酯树脂【型号一般时191和196】但是要加固化剂和促进剂【俗称红水和白水】比例根据温度而不同，调和后要在规定时间内糊完，否则就会固化 2.买玻璃丝布，环氧树脂，固化剂和柔软剂，先把破口处理一下，再刷环氧树脂混合液，后铺玻璃丝布，这样做三脂两布，固化后，打磨平整。 玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢，注意与钢化玻璃区别开来。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，性能稳定.机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。 3.树脂和纤维都是玻璃钢的原材料，在混合固化剂和促进剂、在一定温度作用下，粘有树脂的玻璃纤维，因树脂的固化而被粘合在一起，就形成了玻璃钢材质。玻璃钢具有高强、轻质、耐腐蚀的特点，属于复合材料，也就是集合了多种材料的优点而制作出的一种材料。玻璃钢有狭义范畴和广义范畴的说法，狭义就是指玻璃纤维和树脂制作而成的，而广义的玻璃钢，还包括树脂和其它纤维制作成的复合材料，比如碳纤维玻璃钢（比如多数钓鱼竿）、涤纶纤维玻璃钢等等。 4.玻璃钢开裂怎么办 沿着裂缝周围用粗砂纸磨成粗糙，后用树脂和玻璃钢纤维补上 那如果非要修的话，也不是没有办法。树脂选用好点的，一般的也行，还有促进剂、固化剂、优质玻璃纤维布。粉子就不要放了。现在是秋季，温度低，所以固化剂要比夏天时多放，至于精确的比例，我随便估摸一下应该是：固化剂、促进剂、树脂；1：1.5：8 配合玻璃纤维缠在管道上，要让配好的玻璃钢迅速的涂在玻璃纤维布上，要让玻璃钢把玻璃纤维布充分浸透，等待玻璃钢充分固化后，再反复做上几层。就会结实了 航空复合材料结构修理方法 --------------------------------------------------------------------------------------适用于整流罩和玻璃纤维蒙皮1. 1复合材料的缺陷/ 损伤与修理容限

先进复合材料论文

摘要：纤维增强复合材料具有较强的结构特性，是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能，同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏现力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展，介绍了复合材料的细观力学模型的发展，综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状，并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。 1 前言 纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它复合材料所无法比拟的。纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多，如美国的战略导弹“侏儒”三级发动机壳体，“三叉戟”一、二、三级发动机壳体的复合材料裙，民兵系列发动机的喷管扩张段，部分固体发动机及高速战术导弹美国的11IAAD、ERINT等。除军用外，开发纤维复合材料的其它应用也大有作为，如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。我国拟大力开发新型纤维增强复合材料建材及与环保、日用消费品档关的高科技纤维增强复合材料的新市场,因此，对于纤维增强复合材料的力学性能研究是十分必要的。 复合材料既表现出宏观特征，又具有明显的细观结构特征。复合材料力学是一种两层次的力学理论。在宏观尺度上，可以将复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体，用连续介质力学理论研究复合材料的力学行为旧，但是无法研究对宏观行为有重要影响的细观尺度上各组份相的变形及损伤失效行为。在细观尺度上，复合材料具有包含多种组份相的非均质结构，复合材料细观力学在宏观有效性能预测以及细观应力、应变场分析方面取得了一定进展。如果将复合材料宏观结构分析与细观结构分析结合起来，在进行宏观结构分析时就能够获得细观尺度上的力学参量值，将是一种更好的分析方法。本文在分析复合材料宏观、细观特

复合材料结构及其成型原理

碳纤维复合材料 (西北工业大学机电学院, 陕西西安710072) 摘要：碳纤维复合材料与金属材料相比，其密度小、比强度、比模量高，具有优越的成型性和其他特性，具有极大的发展潜力。本文介绍了碳纤维复合材料的特点及其应用，总结了碳纤维复合材料的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。 关键词：复合材料；碳纤维；成型工艺；工艺流程 Carbon Fiber Reinforce Plastic (School of Mechatronics, Northwes tern Polytechnical University, Xi’an 710072, China) Abstract: Compared to metals, carbon fiber reinforce plastic has great potential for development with lower density, higher specific strength and modulus, and excellent moldability and other characteristics. This article describes the characteristics and applications of carbon fiber reinforce plastic and sum up the manufacturing process of carbon fiber reinforce plastic and their characteristics. Finally, this article points out the development of carbon fiber reinforce plastic from two aspects: material and manufacturing process. Key words: composites; carbon fiber; manufacturing process; process

金属填充复合材料修补金属件

金属填充复合材料修补金属件 金属填充复合材料修补金属件 一、为什么使用Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料？ Loctite? Fixmaster? 金属填充复合材料可为设备因冲击及机械损伤造成的缺陷提供维修解决方案，如套的裂纹，轴及套的磨损等。 Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料可有效修复和重建机械设备的损伤不需要加热和焊接。 传统方式 VS. 现代解决方案 传统方式如硬表面堆焊需大量的时间，成本昂贵。Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料操作方便，具有优良的抗压强度。可以给设备提供有效的保护。Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料和Loctite? Nordbak?耐磨防护剂可修复不同类的磨损，使其可重

新投入使用。 二、Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料的优点：（1）、快速维修 （2）、可选择钢粉、铝粉或非金属填充 （3）、低收缩率 （4）、耐久维修 （5）、使用方便 （6）、高抗压强度 （7）、不需加热 （8）、可在线维修 （9）、类似金属色 （10）、固化后可钻孔、攻丝和机械加工 （12）、与金属，陶瓷，木材.玻璃和部分塑料良好的粘结力 三、选择Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料时需考虑的关键因素 金属修补Loctite? Fixmaster?复合材料填充钢粉或铝粉等不同金属粉末，使在维修时尽可能接近设备本

体性能，非金属填充的产品用于修复磨损严重的场合。产品一致性产品粘度满足客户的不同需求，Loctite? Fixmaster?产品粘度分为浇铸型、膏状及棒状可供选择。 特殊需求对于一些特殊场合的应用，汉高拥有一些有特殊性能的产品，如高抗压强度，耐高温或耐磨产品可供选择。 四、表面处理正确的表面处理是这些产品成功应用的关键因素。 好的表面处理可以增加Loctite? Fixmaster?复合材料与部件的粘附力；防止金属表面与Loctite? Fixmaster?复合材料之间锈蚀；延长产品使用寿命。正确的表面处理必须干净和干燥；无表面及内部化学污染；无锈蚀；表面粗糙度75um以上。 五、产品应用 Loctite? Fixmaster?金属填充复合材料是双组合环氧产品，应用之前必须按正确的比例混合至颜色均一为止。 膏状产品使用时必须紧刮于设备表面且达到所需要的

abaqus复合材料

复合材料不仅仅是几种材料的混合物。它有一些普通材料所没有的特性。它在潮湿和高温环境、冲击、电化学腐蚀、雷电和电磁屏蔽环境中具有不同于普通材料的特性。 复合材料的结构形式包括层板、夹层结构、微模型、机织预制件等。 复合材料的结构和材料是相同的，并且在结构形成时可以同时确定材料的分布。它的性能与制造过程密切相关，但制造过程非常复杂。由于复合材料结构不同层的材料性能不同，复合材料结构在复杂荷载作用下的破坏模式和破坏准则也各不相同。 在ABAQUS中，复合材料的分析方法如下 1建模 其结构形式决定了其建模方法，可以采用基于连续介质的壳单元和常规壳单元。复合材料应用广泛，但复合材料的建模是一个难点。制作复杂的结构光需要一个月的时间2材料 使用“图纸类型”（图层材质）来建立材质参数。材料参数可以以工程参数的形式给出，也可以通过子选项给出材料强度数据。这种材料只使用平面应力问题。

ABAQUS可以用两种方式定义层压板：复合材料截面定义和复合材料层压板定义复合剖面定义对每个区域使用相同的图层特性。这样，我们只需要创建一个壳组合，将截面属性指定给二维（在网格中定义的常规壳元素）或三维（三维的大小应与壳中给定的厚度一致）。基于网格中定义的连续体的壳单元） ABAQUS复合分析方法简介 复合覆盖定义由复合布局管理器定义，主要用于在模型的不同区域构造不同的层。因此，在定义之前应该先划分区域，并将不同的层分配给不同的区域。它可以根据常规shell的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义每个层的厚度并将其分配给二维模型。根据单元的厚度可以将单元划分为三维单元的厚度方向。 提示：堆栈参考坐标系（放置方向）的定义和每个堆栈坐标系（图层方向）的定义。定义正确的图层角度、图层厚度和图层顺序。ABAQUS无法分析单个层的法向变化超过

复合材料力学沈观林编着清华大学出版社

《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒 复合材料、纤维增强复合材料（fiber-reinforced composite）、层禾口 复合材料。 （1）颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶 '瓷O （2）层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 （3）纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高）碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模