纤维增强复合材料疲劳性能研究进展

摘要本文介绍了T1000 级碳纤维的发展历程，综述了T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。

1引言碳纤维是一种碳元素组成占总质量90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。

最早可追溯至18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。

T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。

高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。

目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。

碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。

根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是T1000 级碳纤维的研制有很大困难。

T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。

由于T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。

2T1000 级碳纤维性能研究现状1962 年正式开展PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出T1000G 碳纤维。

2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出T1100G 碳纤维，2017 年 6 月强度由6600MPa 更新至7000MPa，目前东丽已完成了T1200 碳纤维的量产。

FRP材料的力学性能分析及研究现状摘要：纤维增强复合材料(简称FRP)是一种高性能材料，其在建筑结构加固技术中的应用优势显著。

重点介绍了FRP材料的力学性能，并对FRP材料的研究现状作了综述性的概括。

关键词：FRP 力学性能研究进展如何提高钢筋混凝十结构的耐久性、增强使用寿命是土木工程中迫在眉睫的问题。

鉴于上述方面的需要，由于纤维增强聚合物(FRP)具有轻质、高强、耐久性好等优点，日本、美国、欧洲等发达国家很早就开始对其研究，探索其替代预应力高强钢筋(钢绞线)的可行性。

现在FRP材料在混凝土结构中的应用受到越来越多的国家学者的关注，已成为国际混凝土领域的一大热点。

1、FRP的组成根据FRP纤维种类的不同，FRP可分为碳纤维CFRP、玻璃纤维GFRP、芳纶纤维AFRP以及近来国外新开发的PBO-FRP复合材料和DFRP等复合材料，还有国内最近投入生产的连续玄武岩纤维CBF等。

FRP筋是以纤维为增强材料，以合成树脂为基本结合材料，并掺入适量的辅助剂，采用挤拉成型技术形成的一种新型复合材料。

FRP复合材料的物理力学特性与纤维种类、纤维含量、粘结基体、表面处理以及成型工艺等因素有关，不同成分的FRP筋性能差别很大。

2、FRP筋的特点及力学性能FRP复合材料具有抗拉强度高、质量轻、不锈蚀、热膨胀系数低、无磁性以及抗疲劳性能好等特性。

如CFRP的抗拉强度可达到3000MPa以上，比强度高(比钢材高lO～15倍)；CFRP和AFRP的抗疲劳性能较好，大大优于钢材，其疲劳极限可达静荷载强度的70％～80％，但GFRP的疲劳性能低于钢材。

与钢筋不同，FRP筋是各向异性材料，FRP筋的应力-应变关系呈线性关系，与钢材应力-应变关系比较如图1所示。

FRP在达到极限抗拉强度之前无塑性交形，且FRP筋的极限应变比钢筋小。

FRP材料与普通钢材的性能比较见表1。

新型FRP产品PBO-FRP除具有与高强CFRP有相近的力学性能外，还表现出更好的物理性能，如良好的柔韧性等；DFRP冲也具有优异的物理力学性能，抗拉极限应变可达3.5％，延性良好[1]。

碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展随着科技的不断进步和人类对材料性能的不断追求，碳纤维增强聚合物基复合材料正在成为重要的研究领域。

这种材料的优越性能得到了广泛认可，它具有轻质、高强、高刚性、抗腐蚀、耐高温等优点，越来越多的领域都在积极研究和应用它。

在本文中，我们将探讨碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展。

1. 碳纤维增强聚合物基复合材料的性能和特点碳纤维增强聚合物基复合材料的最明显特点就是它的轻量化，其密度只有金属的1/4到1/5，但是强度却可以接近或者超过一些金属。

同时，它还具有超强的耐高温性能，能够在高温环境下稳定工作，这在军工、航空等领域具有重要的应用前景。

另外，与传统材料相比，碳纤维增强聚合物基复合材料还具有优异的防腐蚀性能和良好的抗疲劳性能等特点，可以应用在海洋、建筑等领域。

2. 碳纤维增强聚合物基复合材料的制备方法碳纤维增强聚合物基复合材料的制备方法多种多样，其中常用的有手工层叠法、自动层叠法、预浸法和纺丝法等。

手工层叠法是最基础的制备方法，需要手动将碳纤维和树脂搭配层叠，此方法有着简单明了、适用范围广等优点。

自动层叠法是在手工层叠法的基础上进行改进的方法。

它采用机器自动进行层叠，它的优点在于生产效率高，批量生产更为便利。

预浸法是将树脂和碳纤维一起预浸泡，然后在模具中形成复合材料，这种方法制备出来的复合材料质量优良，但价格较高。

纺丝法是将树脂和碳纤维混合，并通过纺织机器将其纺织成所需形状的复合材料，该方法适用于少量高性能需求的制品。

3. 碳纤维增强聚合物基复合材料的应用领域碳纤维增强聚合物基复合材料的应用领域非常广泛，下面我们简单介绍几个：（1）航空航天领域：碳纤维增强聚合物基复合材料本身就具有轻质高强的特点，其中70%以上的航空航天结构部件已经应用了该材料。

（2）汽车工业领域：随着汽车工业向环保、节能、安全的方向发展，碳纤维增强聚合物基复合材料在汽车制造领域也越来越受到重视。

（3）体育用品领域：在体育用品领域，碳纤维增强聚合物基复合材料也有广泛的应用，例如滑雪板、高尔夫球杆等。

纤维增强复合材料在建筑结构加固工程中的应用研究发布时间：2022-05-25T03:25:12.616Z 来源：《工程建设标准化》2022年第2月第3期作者：杨清荔[导读] FRP材料由于其优良的材料性能，在建筑结构加固工程领域中已得到了广泛应用，杨清荔天津建科建筑节能环境检测有限公司天津市 300161摘要：FRP材料由于其优良的材料性能，在建筑结构加固工程领域中已得到了广泛应用，并已成为新的研究方向，相关研究亦取得了丰硕成果。

对FRP材料性能、FRP研究现状、FRP在建筑结构加固工程中的应用进行了阐述，并对FRP在建筑结构加固工程中的应用进行了展望。

关键词：纤维增强复合材料；建筑结构；加固工程；应用引言纤维增强复合材料（FiberReinforcedPlastic，简称FRP）是一种高性能材料。

目前工程结构中的FRP材料主要包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维3种，分别简称为GFRP、CFRP和AFRP。

FRP材料强度很高，接近高强预应力钢筋。

与传统结构材料相比，FRP材料具有高强、轻质、耐腐蚀和施工方便等优点。

FRP材料能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、高强和轻质发展以及承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因此正被越来越广泛地应用于桥梁、各类民用建筑、海洋和近海以及地下工程等结构中。

1FRP材料概述 FRP材料具有耐腐蚀性，在化工、能源、矿山、污水处理等行业的建筑物和构筑物中，以及船舶、汽车等交通工具中得到广泛的应用，在建筑结构加固工程结构中使用FRP材料可以大大减少腐蚀破坏所带来的各种危害和损失。

FRP材料的主要优点如下：（1）比强度高和比模量大。

这是FRP材料的最大优点。

比强度和比模量是衡量结构材料承载能力的重要指标。

使用FRP材料可减轻自重，承受更大的荷载，便于现场安装。

（2）良好的耐腐蚀性。

FRP材料耐腐蚀特性好，因而可在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中抵抗化学腐蚀，这是传统结构材料难以比拟的。

2023 年第 43 卷航　空　材　料　学　报2023，Vol. 43第 6 期第 1 – 19 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.6 pp.1 – 19引用格式：王敏涓，黄浩，王宝，等. 连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展[J]. 航空材料学报，2023，43(6)：1-19.WANG Minjuan，HUANG Hao，WANG Bao，et al. Application and research progress of continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composite materials[J]. Journal of Aeronautical Materials，2023，43(6)：1-19.连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展王敏涓1,2, 黄 浩1,2*, 王 宝1,2, 韩 波1, 杨平华1, 黄 旭1（1．中国航发北京航空材料研究院，北京 100095；2．中国航空发动机集团 先进钛合金重点实验室，北京 100095 ）摘要：连续SiC纤维增强钛基（SiC f/Ti）复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点，在航空航天领域具有重要的应用前景。

本文总结了SiC f/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术，并提出了SiC f/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。

SiC f/Ti复合材料单向性能优异，在环类转动件（叶环、涡轮盘等）、杆件（涡轮轴、连杆、紧固件等）以及板类构件（飞机蒙皮等）具有明显应用优势。

常用的SiC f/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法，箔压法适合制备板类结构件，基体涂层法适用于缠绕形式的结构件，如环、盘以及杆等。

SiC f/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。

SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性，通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。

纤维增强复合材料的力学性能分析纤维增强复合材料是一种在工程领域中广泛应用的材料，由于其独特的力学性能，使得它成为许多领域的首选材料。

本文将对纤维增强复合材料的力学性能进行分析，包括强度、刚度、断裂韧性和疲劳性能等方面的内容。

1. 强度分析纤维增强复合材料的强度主要由纤维的强度和界面剪切强度决定。

纤维的强度是指纤维本身的抗拉强度，而界面剪切强度是指纤维和基体之间的结合强度。

通过适当的表征方法，可以测量和评估纤维增强复合材料的强度，如拉伸试验、剪切试验和压缩试验等。

这些实验可以得到材料在不同方向上的强度参数，帮助我们全面了解材料的强度特性。

2. 刚度分析纤维增强复合材料的刚度是指材料对应力的响应程度，又称为材料的弹性模量。

纤维增强复合材料的刚度与纤维的刚度以及纤维与基体的界面剪切刚度有关。

通过应力-应变曲线和Hooke定律，可以计算得到材料的弹性模量。

同时，可以利用动态力学测试方法，如振动试验和声学试验，进一步研究材料的刚度特性。

3. 断裂韧性分析断裂韧性是指材料在受力下抵抗破坏的能力，也可以看作是材料对能量吸收的能力。

纤维增强复合材料的断裂韧性主要由纤维和基体的界面特性以及纤维与基体的剥离、拉伸和剪切等行为决定。

通过断裂力学试验，如缺口拉伸试验和冲击试验，可以评估材料的断裂韧性。

4. 疲劳性能分析疲劳性能是指纤维增强复合材料在交变载荷下长时间使用的能力。

疲劳性能的分析可以通过应力-寿命曲线和疲劳寿命评估得到。

材料的纤维类型、纤维体积分数、界面质量、载荷幅值和频率等因素都会影响材料的疲劳性能。

为了提高纤维增强复合材料的疲劳寿命，可以采用增加纤维含量、改善界面质量、降低应力集中等方法。

综上所述，纤维增强复合材料的力学性能对其使用所处环境和预期寿命有着重要影响。

通过详细的力学性能分析，我们可以更好地了解材料的特性，并针对性地进行设计和工程应用。

纤维增强复合材料的力学性能分析是科学设计和工程应用的重要基础，也为材料学和结构力学领域的研究提供了有价值的参考。

玻璃纤维增强PVC复合材料研究进展玻璃纤维增强PVC复合材料是一种将玻璃纤维与聚氯乙烯（PVC）基体相结合的复合材料。

由于PVC具有优良的电绝缘性能、耐腐蚀性能和可塑性等特点，而玻璃纤维具有优异的力学性能和强度，因此玻璃纤维增强PVC复合材料在各个领域得到了广泛应用。

以下是玻璃纤维增强PVC复合材料研究的一些进展。

首先，研究者对玻璃纤维增强PVC复合材料的制备方法进行了改进。

传统的制备方法主要是采用浸渍法、干法覆盖法等，但是这些方法存在工艺复杂、制备周期长等问题。

近年来，研究者提出了新的制备方法，如溶胶-凝胶法、层压法等。

溶胶-凝胶法是将玻璃纤维浸泡在PVC溶液中，然后通过凝胶化和干燥等步骤得到复合材料。

层压法则是将PVC薄片与玻璃纤维层层叠加，经过热压而形成复合材料。

这些新的制备方法可以提高制备效率和质量。

其次，研究者对玻璃纤维增强PVC复合材料的性能进行了研究。

实验表明，添加适量的玻璃纤维可以显著提高复合材料的强度和刚度。

在静态力学性能方面，玻璃纤维增强PVC复合材料的抗张强度、弹性模量和屈服强度明显优于纯PVC材料。

在动态力学性能方面，玻璃纤维增强PVC复合材料的冲击强度和耐疲劳性能也得到了提高。

此外，这种复合材料还具有良好的耐候性和耐腐蚀性能。

此外，研究者还对玻璃纤维增强PVC复合材料的界面性能进行了研究。

玻璃纤维与PVC基体之间的界面黏结强度对复合材料的性能有重要影响。

研究者通过对界面改性剂的引入、表面处理和复合材料结构设计等方式，改善了玻璃纤维与PVC基体之间的黏结强度。

增强了复合材料的综合性能。

总之，玻璃纤维增强PVC复合材料在制备方法、性能研究和界面性能改善等方面都取得了一定的进展。

这种复合材料不仅具有PVC的优良性能，还具有玻璃纤维的高强度和刚度。

因此，玻璃纤维增强PVC复合材料有望在建筑、电气、汽车等领域得到更广泛的应用。

玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料各项性能的研究齐齐哈尔大学摘要：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差，并不适于作为结构用材，但若抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，配合树脂赋予其形状以后可以成为优良之结构用材。

本文将对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的的研究现状及研究方向进行分析，为新的研究方向探索道路。

关键词：玻璃纤维环氧树脂复合材料研究现状研究方向1、前言玻璃纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强，疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，在各个领域都有着广泛的应用，用玻璃纤维和环氧树脂可以制造层合制品，是一类性能优良的绝缘材料，广泛用于电力、电器、电子等领域，玻璃纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、比模量，而且耐疲劳、耐腐蚀。

最早用于飞机、火箭等，近年来在民用方面发展也很迅猛，在舰船、建筑和体育器械等领域得到应用，并且用量不断增加。

其中，环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系，它适用于多种成型工艺，可配制成不同配方，调节粘度范围大，以便适应不同的生产工艺。

它的贮存寿命长，固化时不释放挥发物，同化收缩率低，固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性，因此，环氧树脂“统治”着高性能复合材料的市场目前，复合材料输电杆塔已在欧美和日本得到应用，其中以美国的研究开发和应用最为成熟。

我国在20世纪50年代对复合材料电杆进行过研究，鉴于当时材料性能和制造工艺的限制，复合材料电杆未能得到推广使用。

近年来，随着复合材料技术的飞速发展和传统输电杆塔的缺陷逐步显露，电力行业开始重视复合材料杆塔的应用研究。

随着电网建设的快速发展，出现了全国联网、西电东送、南北互供的建设格局，输电线路工程口益增多，对钢材的需求越来越大，消耗了大量的矿产资源和能源，在一定程度上加剧了生态环境破坏。

并且，线路杆塔采用全钢制结构，存在质量大、施工运输和运行维护困难等问题。