检索结果-内蒙古大学图书馆

材料科学与工艺 2022年第1期30卷 21-34页

作者：陈威张秋菊江苏省食品先进制造装备技术重点实验室(江南大学机械工程学院) 江苏无锡214122

连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites,CFRTPCs)具有强度高、寿命长、耐腐蚀和绿色可回收等优点,广泛应用于航空航天、交通运输和高精密加工装备等领域。传统复合材料制造工艺较为复杂、... 详细信息

连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites,CFRTPCs)具有强度高、寿命长、耐腐蚀和绿色可回收等优点,广泛应用于航空航天、交通运输和高精密加工装备等领域。传统复合材料制造工艺较为复杂、生产周期长且成本较高,先进的3D打印技术可以实现复杂结构零件的快速制造,为高性能复合材料的一体化成型提供了可能。本文针对CFRTPCs的3D打印技术作了系统综述,包括3D打印原材料、CFRTPCs专用3D打印设备、3D打印工艺以及性能强化工艺,总结分析了目前面临的主要问题,对复合材料3D打印技术的进一步发展进行了展望。

关键词：连续纤维增强热塑性复合材料 3D打印性能强化工艺研究进展

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增强纤维对连续纤维增强铝基复合材料界面和力学性能的影响

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中国有色金属学报 2019年第10期29卷 2245-2254页

作者：胡银生余欢徐志锋聂明明徐燕杰姚菁南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室

选用M40J碳纤维、KD-Ⅱ型碳化硅纤维和Nextel610型氧化铝纤维为增强体材料,采用真空压力浸渗法制备纤维单向排布,基体合金为ZL301的连续纤维增强铝基复合材料,研究增强纤维对复合材料致密度、界面及力学性能的影响。结果表明:增强纤维... 详细信息

选用M40J碳纤维、KD-Ⅱ型碳化硅纤维和Nextel610型氧化铝纤维为增强体材料,采用真空压力浸渗法制备纤维单向排布,基体合金为ZL301的连续纤维增强铝基复合材料,研究增强纤维对复合材料致密度、界面及力学性能的影响。结果表明:增强纤维对复合材料的致密度有着明显影响,Cf/Al复合材料的致密度最大,达到99.9%,密度最小,仅为2.248g/cm^3,且其纤维排布均匀,组织缺陷最少;不同增强纤维与基体会发生不同程度的界面反应,最后表现为不同的纤维损伤程度,界面层厚度和界面相的大小,Al2O3f/Al复合材料未发现明显界面层,SiCf/Al复合材料和Cf/Al复合材料的界面层厚度分别为275.3 nm和327.4 nm,界面上都发现有短棒状的Al4C3相;SiCf/Al,Cf/Al和Al2O3f/Al复合材料的拉伸强度分别为780.3 MPa,670.2 MPa和587 MPa,组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度是影响复合材料强度的主要因素。

关键词：增强纤维连续纤维增强铝基复合材料真空压力浸渗界面力学性能

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连续纤维增强SiC复合材料制备工艺与性能研究进展

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材料导报 2005年第3期19卷 63-66页

作者：张勇冯涤陈希春钢铁研究总院北京100081

综述了国内外碳纤维与碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备工艺与性能的研究进展,并介绍了其氧化性能及防护措施。认为连续纤维增强 SiC 复合材料的制备工艺复杂,成本较高,生产周期长,但是如果采用连接技术制备成陶瓷/金属复合构件使用... 详细信息

综述了国内外碳纤维与碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备工艺与性能的研究进展,并介绍了其氧化性能及防护措施。认为连续纤维增强 SiC 复合材料的制备工艺复杂,成本较高,生产周期长,但是如果采用连接技术制备成陶瓷/金属复合构件使用,既有利于降低成本,又能够扩大该先进陶瓷基复合材料的应用范围。目前,国内对连续纤维增强的 SiC 复合材料与金属(如高温合金等)的连接技术研究较少。

关键词：连续纤维增强陶瓷基复合材料碳化硅纤维制备工艺氧化性能碳纤维性能研究国内外金属应用范围

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连续纤维增强镍电铸制造技术研究

连续纤维增强镍电铸制造技术研究

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作者：钱王欢南京航空航天大学

学位级别：博士

电铸制造技术是一种利用电沉积原理制造金属零件的精密特种加工方法,在航空、航天、兵器、电子等领域有着重要的应用。为了进一步提高电铸层强度,本文提出连续纤维增强复合电铸制造技术,即将连续纤维掺杂进复合电铸层以制造高强度的连... 详细信息

电铸制造技术是一种利用电沉积原理制造金属零件的精密特种加工方法,在航空、航天、兵器、电子等领域有着重要的应用。为了进一步提高电铸层强度,本文提出连续纤维增强复合电铸制造技术,即将连续纤维掺杂进复合电铸层以制造高强度的连续纤维增强复合电铸层的一种技术,研究内容及结论主要包括以下几个方面:一、制造了钨丝(包括未电解抛光的黑钨丝和电解抛光的白钨丝)增强镍复合电铸层以及硼纤维增强镍复合电铸层,研究发现复合电铸层的显微硬度、晶面择优取向在纤维加入之后并没有明显改变,但是抗拉强度随着加入纤维的体积分数的增加而不断升高。当纤维体积分数为40%时,黑钨丝-镍、白钨丝-镍、硼纤维-镍复合电铸层的常温抗拉强度分别为1321MPa、1292 MPa、1340 MPa。在200～600℃的中温环境下,与纯镍电铸层一致,纤维-镍复合电铸层的抗拉强度也随着温度的升高而明显下降,但是纤维-镍复合电铸层的强度依然高于纯镍电铸层的强度。二、研究了纤维-基体的界面结合强度及其对复合电铸层抗拉强度的影响。使用单纤维拔出法测定了不同工艺条件下的硼纤维-镍复合电铸层的纤维-基体界面结合强度,并设计了一种简单可行的试样制备方法。研究发现电流密度和热处理对硼纤维-镍的界面结合强度具有较大的影响;结合强度的提高能够显著提升复合电铸层的抗拉强度,并且随着纤维体积分数的增加,提升效果越来越明显。试验结果表明,当结合强度由12.49 MPa上升至30.12 MPa时,体积分数为40%的硼纤维-镍复合电铸层的抗拉强度由1340 MPa上升至1671MPa。与白钨丝相比,黑钨丝在常温下与镍结合得更加紧密,因此虽然黑钨丝强度不如白钨丝,但是黑钨丝-镍复合电铸层的常温抗拉强度却比白钨丝-镍复合电铸层的常温抗拉强度高。三、在高速冲液与脉冲电流相结合的条件下进行复合电沉积,制造了镍晶粒尺寸最低为50 nm的纤维-纳米晶镍复合电铸层。结果表明,纳米晶不仅提高了电铸镍的强度,还提高了纤维-镍的界面结合强度,进而显著提升了复合电铸层的抗拉强度。当镍晶粒的尺寸细化至90 nm时,试验制造的纤维体积分数为40%的黑钨丝-纳米晶镍复合电铸层、白钨丝-纳米晶镍复合电铸层、硼纤维-纳米晶镍复合电铸层抗拉强度达到最大值,分别为1652 MPa、1610MPa、1680 MPa。纤维-纳米晶镍复合电铸层在200℃时依然具有较高的强度,但是当温度升高至400℃时,由于纳米晶迅速长大,其对复合电铸层强度的提升作用已十分有限。四、研制了连续纤维缠绕复合电铸设备,并采用底部冲液与脉冲电流相结合的方式进行电沉积,制造的纤维-镍复合电铸层不仅纤维体积分数高、孔隙率低而且晶粒尺寸小、纤维-镍界面结合强度高。使用NOL环型试样法对所制造的圆筒型纤维-镍复合电铸层进行抗拉强度测试,发现纤维体积分数为45%的黑钨丝-镍、白钨丝-镍、硼纤维-镍复合电铸层抗拉强度分别为1728 MPa、1658 MPa、1744 MPa。

关键词：电铸制造技术连续纤维增强镍抗拉强度结合强度纳米晶冲液

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连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用

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航空制造技术 2014年第6期57卷 10-13页

作者：王鸣董志国张晓越姚博中航工业沈阳发动机设计研究所

本研究通过对国外连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的分析,结合航空发动机设计对于复合材料构件的使用要求,从发动机材料工程化应用的角度,提出国内连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研究中还需要解决的问题,并且提出相应的建议。

关键词：碳化硅陶瓷基复合材料航空发动机设计连续纤维增强应用复合材料构件发动机材料工程化

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连续纤维增强热塑性复合材料工艺性能及复合机理初探

连续纤维增强热塑性复合材料工艺性能及复合机理初探

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作者：刘文博哈尔滨建筑工程学院

学位级别：硕士

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连续纤维增强聚烯烃仿竹管材的研究

连续纤维增强聚烯烃仿竹管材的研究

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作者：李丽平山东理工大学

学位级别：硕士

本文设计了一种新型的连续纤维增强热塑性管材的成型机头，并采用自行组装的成型加工流水线，以抗冲共聚聚丙烯（IPC）、高密度聚乙烯（HDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和玻璃纤维等为原料，制备了连续纤维增强聚烯烃仿竹管材。仿竹... 详细信息

本文设计了一种新型的连续纤维增强热塑性管材的成型机头，并采用自行组装的成型加工流水线，以抗冲共聚聚丙烯（IPC）、高密度聚乙烯（HDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和玻璃纤维等为原料，制备了连续纤维增强聚烯烃仿竹管材。仿竹管的纤维与管材轴向平行，沿周向分布、浸渍在树脂中。通过观察管材的毛细管虹吸现象，以及采用微型显微镜观察仿竹管材的横切面形态，评定管材中纤维的浸渍与分布情况，并分析工艺条件对纤维浸渍的影响。同时，对管材的弯曲性能、环刚度和管刚度进行了测试，进一步研究了工艺条件对管材力学性能的影响。拟合了仿竹管的弯曲应力-应变曲线，并得到曲线方程。对纤维增强管材毛细管现象的研究表明，分散辊的使用，起到了预分散的作用，提高了树脂对纤维的浸渍效果。树脂的流动性与机头一定范围内的温度有关，温度升高，树脂黏度降低，流动性提高，使纤维浸渍效果变好。但过高的温度不利于机头内压力的形成，从而影响树脂对纤维的浸润，使纤维的浸渍效果变差。当机头温度在190～230℃范围内时，机头温度分别为230℃、210℃和190℃时连续玻璃纤维增强IPC（CGF/IPC）、连续玻璃纤维增强HDPE（CGF/HDPE）及连续玻璃纤维增强LLDPE（CGF/LLDPE）管材的纤维浸渍效果最好。从整体来看，CGF/IPC管的纤维浸渍最好，CGF/HDPE管次之，CGF/LLDPE管最差，这与其基体树脂的结构有很大关系。力学性能测试结果表明，分散辊的使用提高了仿竹管的力学性能，使CGF/IPC管的弯曲强度、环刚度及管刚度都有所上升。管材的力学性能随分散辊预热温度的升高先增大后减小，当分散辊预热温度为200℃时呈现最大值。机头温度对管材的力学性能影响很大。当机头温度在190～230℃范围内时，CGF/IPC管的力学性能随温度的升高呈上升趋势，CGF/HDPE管的力学性能随温度的升高先上升后下降，而CGF/LLDPE管的力学性能呈下降趋势。从基体树脂分析，力学性能CGF/HDPE管＞CGF/IPC管＞CGF/LLDPE管，这主要与其机体树脂的性能有关。采用微型显微镜对管材横切面形态进行观察，进一步验证了分散辊、机头温度、不同树脂对纤维浸渍的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）对CGF/IPC管和CGF/LLDPE管进行观察，得CGF/IPC的界面粘结效果明显优于CGF/LLDPE管。对管材的弯曲应力-应变曲线拟合，分析结果得CGF/IPC管材抵抗形变的能力随机头温度的升高而增大，CGF/HDPE管材抵抗形变的能力在机头温度为210℃最好，而CGF/LLDPE管材抵抗形变的能力随机头温度升高而下降。且CGF/HDPE管材因其基体树脂自身的性能优异，具有最好的抗形变能力。

关键词：连续纤维增强聚烯烃仿竹管材应力-应变分析

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FDM技术制备连续纤维增强热塑性复合材料研究进展

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塑料工业 2019年第9期47卷 5-9页

作者：崔永辉贾明印薛平蒋金云蔡建臣北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所北京100029 衢州学院浙江衢州324000 浙江锴睿新材料科技有限公司浙江衢州324022

以熔融沉积成型法(FDM)为代表的3D打印技术越来越多的被用于制备纤维增强热塑性复合材料,以连续纤维为增强体更是近年来的研究热点。介绍了国内外对3D打印连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPC)的研究进展,重点论述了3D打印CFRTPC的一步... 详细信息

以熔融沉积成型法(FDM)为代表的3D打印技术越来越多的被用于制备纤维增强热塑性复合材料,以连续纤维为增强体更是近年来的研究热点。介绍了国内外对3D打印连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPC)的研究进展,重点论述了3D打印CFRTPC的一步法和两步法工艺,介绍这两种工艺方法的成型原理及优缺点,讨论了CFRTPC的界面改善、健康检测、回收利用问题,并对其工业化应用和发展前景进行了展望。

关键词：三维打印熔融沉积成型法连续纤维增强复合材料

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3D打印连续纤维增强混凝土工作性能及力学性能研究

3D打印连续纤维增强混凝土工作性能及力学性能研究

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作者：龙俊宇湖北工业大学

学位级别：硕士

随着建筑行业对于高效、节能、可持续发展的需求不断增加，3D打印混凝土（3DCP）技术凭借其无模化、自动化、灵活化和快速建造的优势迅猛发展，并大量应用于实际工程中。然而，3DCP 技术采用无筋建造的特点，使其在抗拉及抗弯性能上表... 详细信息

随着建筑行业对于高效、节能、可持续发展的需求不断增加，3D打印混凝土（3DCP）技术凭借其无模化、自动化、灵活化和快速建造的优势迅猛发展，并大量应用于实际工程中。然而，3DCP 技术采用无筋建造的特点，使其在抗拉及抗弯性能上表现不佳，限制了 3DCP 技术进一步应用于实际工程中。针对以上问题，提出通过在 3D 打印过程中同步置入连续纤维的方法，实现 3DCP 的增强增韧，推动 3DCP 技术应用于实际工程拉弯结构中。本文深入开展 3D 打印连续纤维增强混凝土工作性能及力学性能分析，主要研究成果如下：　　1）根据实际打印效果确定3DCP工作性能的边界条件，流动度和稠度范围分别为 140mm-160mm 和 45mm-65mm。研究 3DCP 基体配合比，测试不同水泥、粉煤灰、硅灰在胶凝材料中的掺量比、水胶比和碳酸钙晶须掺量对 3DCP 基体工作性能及力学性能影响。研究结果显示，宜选用水泥、粉煤灰、硅灰在胶凝材料中的掺量比分别为0.475、0.45、0.5，水胶比为0.32，碳酸钙晶须掺量为2%的S5配合比为基体配合比，满足3DCP的挤出性和可建造性要求。　　2）对不同种类的连续纤维进行纤维束拉伸试验并研究不同种类连续纤维对3DCP力学性能影响，3DCP试件在抗压强度上均表现出明显的各向异性，为Z方向＞Y方向＞X方向。连续纤维的掺入有效提高了 3DCP抗压性能，其中 PE最为明显，在 X、Y、Z 方向上分别提高了 19.03%、9.7%、39.5%。对于拉伸试验，掺入 BF、PP、SF、PE 纤维的试验组抗拉强度分别提高了 91.6%、151.6%、77.7%、141.9%;应变分别提高了 35.3%、11.8%、170.5%、23.6%，综合考虑掺入PE纤维对3DCP力学性能提升最佳。　　3）通过纤维拉拔试验和四点弯试验，研究连续纤维对3DCP层间粘结性能和弯曲性能的影响，试验结果表明，PE纤维的加入对试件起到了增强增韧的效果，相较未掺纤维的对照组，抗弯强度提升了2.7倍，弯曲韧性提高了4.2倍，试件的破坏形态由脆性断裂演变为少筋断裂。而掺其他连续纤维的试验组对 3DCP 的弯曲性能并未达到明显的增强增韧效果。通过 3D 打印试件与现浇试件的试验结果对比分析，3D打印试件的初裂强度和极限强度相较于浇筑试件分别提升了 39.7%、33.4%。对连续纤维试件进行拉拔试验分析，表明纤维的粘结强度随粘结长度的增长而增长，当粘结长度从 35 mm增长至 160 mm时，连续纤维与混凝土基体间的粘结强度从 0.28MPa提高至 0.84 MPa。当达到峰值荷载后。连续纤维与混凝土间发生脱粘破坏，纤维被整体拔出而不是被拉断。PE连续纤维的加入可有效提高3D打印混凝土材料的强度和韧性，但对于纤维与混凝土基体间的粘结性能有待进一步提升，以提高连续纤维在3D打印混凝土中的利用率。

关键词：三维打印混凝土连续纤维增强配合比力学性能工作性能

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3D打印连续纤维增强复合材料加筋壁板固化变形研究

3D打印连续纤维增强复合材料加筋壁板固化变形研究

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作者：於琳涛重庆交通大学

学位级别：硕士

连续纤维增强复合材料3D打印技术作为未来复合材料快速成型的主要工艺之一,具有工艺过程简单、材料利用率高、成本低、易于实现一体成型等优点,在航空航天领域有着重要的应用前景。复合材料构件在成型过程中,由于材料的热胀冷缩效应,基... 详细信息

连续纤维增强复合材料3D打印技术作为未来复合材料快速成型的主要工艺之一,具有工艺过程简单、材料利用率高、成本低、易于实现一体成型等优点,在航空航天领域有着重要的应用前景。复合材料构件在成型过程中,由于材料的热胀冷缩效应,基体树脂的固化收缩效应,以及构件与模具材料在热胀系数上的差异,使得构件在室温下产生固化变形。采用数值模拟方法研究3D打印复合材料构件制造过程的温度场和应力场演化机理,并预测其固化变形,对于缩短研制周期,降低生产成本,实现复合材料结构的整体化和设计/制造一体化具有重要意义。与传统的复合材料成型工艺不同,3D打印过程中温度、压力随时间持续演化,快速升降温、大温度梯度以及热循环效应是导致固化变形的关键因素,影响复合材料构件成型精度和力学性能。为此,本论文以连续玻璃纤维增强复合材料加筋壁板结构为研究对象,建立了用于预测3D打印连续纤维增强复合材料加筋壁板结构固化变形的数值模型,并在该模型基础上分析了打印速度、打印层厚、打印温度等工艺参数对固化变形的影响规律。本文主要的工作如下: (1)对3D打印连续玻璃纤维增强复合材料及Onyx基体材料进行结构分析,得到了两种复合材料长丝的内部结构组成及纤维占比。对3D打印连续玻璃纤维及Onyx基体材料试样进行热性能参数测试,分析两种复合材料样件的热性能优势。结果显示在相同的温度变化范围内,Onyx基体材料表现出更高的比热容和热膨胀系数,并且在相同温度范围内Onyx基体材料的导热系数以及导热系数变化率均高于连续玻璃纤维复合材料样件。利用3D打印熔融沉积成型工艺设计并制备了尺寸为80×80×32 mm的连续玻璃纤维增强复合材料帽型加筋壁板结构,对成型件表面形貌进行了分析。 (2)研究了3D打印复合材料成型过程中热传导模型、残余应力模型及本构关系,利用有限元分析方法,结合生死单元技术和DFLUX移动热源子程序建立了复合材料3D打印成型过程数值模型,利用复合材料平板结构验证了该方法的可行性,为进一步建立复合材料复杂结构固化变形预测数值模型奠定基础。 (3)建立了3D打印连续纤维增强复合材料加筋壁板结构固化变形预测数值模型,研究了3D打印成型过程中的加筋壁板固化变形分布情况以及最大变形量。结果显示,复合材料加筋壁板结构固化变形由中心向边缘部分扩散,整体固化变形呈左右对称分布,最大变形出现在帽型筋条上肋条前后两端,最大变形量为0.293 mm。3D打印复合材料固化变形主要与厚度方向层间及同一层打印路径线间温度传递引起的固化收缩有关。 (4)利用三维激光扫描技术对3D打印连续纤维增强复合材料加筋壁板结构成型件进行了尺寸精度测量,结果显示最大变形为0.277 mm,与数值模型预测结果吻合良好,最大误差百分比为12.05%,满足设计要求,证明了该预测模型的有效性,为后续3D打印复合材料固化变形研究奠定了基础。 (5)研究了打印速度、打印层厚、打印温度等参数对结构固化变形的影响。结果显示,在不考虑各参数交互影响下,复合材料加筋壁板结构打印速度与固化变形呈正相关,打印层厚、打印温度与固化变形呈负相关。当打印速度由4 mm/s增加到10 mm/s,复合材料加筋壁板结构最大固化变形量减小了19.3%;当打印层厚由0.1 mm增加到0.25 mm,复合材料加筋壁板结构最大固化变形量增加了13.9%;当打印温度由270°C增加到285°C,复合材料加筋壁板结构最大固化变形量增加9.1%。

关键词：复合材料 3D打印连续纤维增强加筋壁板固化变形

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