复合材料科学与工程

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1. 航空领域热塑性复合材料应用研究进展

刘代军, 马筱逸

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 142-147. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.017

摘要（342）

PDF （3527KB）（419）

热塑性复合材料(TPC)具有轻质、高强度和可回收性等特性,是实现零排放目标的关键材料之一,可应用于飞机机身、机翼等关键部件,在航空领域应用潜力巨大。本文陈述了热塑性复合材料在航空领域的应用情况,回顾了热塑性复合材料的研究进展,总结了热塑性复合材料的关键技术与发展趋势,最后从材料、设备、工艺、应用等角度对热塑性复合材料未来的发展与挑战进行总结与展望。

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2. 不同温度下环氧树脂的高应变率冲击行为研究

邹凯, 刘峥, 赵昌方, 刘浩, 刘琛, 张克斌

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 1-7. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.001

摘要（297）

PDF （4900KB）（442）

为研究环氧树脂在高应变率加载下和不同温度下的动态压缩力学性能,首先通过准静态试验获取应变率为0.001 s ^-1的环氧树脂屈服应力,接着通过SHPB方法对环氧树脂进行动态压缩试验,得到了温度分别为25 ℃、50 ℃、70 ℃和应变率分别为1 000 s ^-1、2 500 s ^-1、3 000 s ^-1的单轴压缩条件下的应力-应变曲线,从而获得了环氧树脂在高应变率条件下的包含应变率效应和温度效应等的动态本构关系,结果表明环氧树脂具有应变率效应,且三种高应变率的应力-应变曲线发展趋势相同。最后对屈服应力与温度和应变率之间的关系进行拟合,以描述高应变率下环氧树脂屈服应力与温度的关系,基于此建立的考虑应变率和温度影响的本构模型能够很好地描述环氧树脂在高应变率下的应力-应变关系,研究结果可为环氧树脂本构模型研究提供参考。

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3. 基于FDM的连续纤维增强复合材料3D打印技术研究进展

关博文, 张代军, 王成博, 杨方鸿, 叶璐, 陈祥宝

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 145-152. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.018

摘要（278）

PDF （4592KB）（593）

连续纤维增强复合材料(Continuous Fiber Reinforced Composites,CFRCs)因其轻量化、高强度、设计自由度高等优点,在航空航天、汽车制造、微电子等领域一直备受关注。3D打印技术被认为是实现其快速化、个性化、复杂结构一体化制备的有效途径之一,本文基于熔融沉积成型工艺介绍了影响CFRCs 3D打印制件性能的因素,包括打印设备、打印原材料和打印工艺,总结了CFRCs 3D打印在结构功能设计与多尺度性能分析方面的研究进展及其在不同领域的应用现状,分析了CFRCs研究目前所面临的挑战,并对其未来发展前景进行展望。

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4. 复合材料构件固化动态物理过程有限元仿真建模和分析

孙思远, 杨勇

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 97-103. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.011

摘要（233）

PDF （6321KB）（363）

复合材料以其质量轻、耐磨损且耐高温与腐蚀的特性迅速在新型材料领域崭露头角,已成为当前高铁动车等领域重点研究的新型材料。本研究旨在更精确地分析复合材料制件的固化动态物理仿真过程,选用功能灵活的COMSOL Multiphysics软件模拟制件C形横梁温度场仿真情况和固化度场仿真情况。首先针对所选C形横梁建立温度场和固化度场的模拟仿真模型,然后分析复合材料构件热压罐成型过程中的固化动态物理过程,采用有限元数值分析方法,并设置好热压罐成型时复合材料模具与制件等的材料属性,最后对仿真数据进行分析,所得C形横梁温度场模型误差最大值不大于2.5%。通过分析C形横梁五个特征点的温度场曲线,为复合材料制件在热压罐内的固化优化提出新的试验方向。

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5. 环氧树脂固化物吸湿行为及其对介电性能的影响

张杜鹃, 李亚锋, 礼嵩明, 鹿海军

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 66-73. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.008

摘要（225）

PDF （5649KB）（389）

为探究环氧树脂吸湿行为以及树脂吸湿后介电性能的变化规律,本研究通过改变固化剂种类制备了不同结构的环氧树脂。在70 ℃水浸条件下对固化物吸湿率进行监测,并跟踪了不同吸湿状态下固化物的介电性能。结果显示固化物吸湿变化过程符合Fick扩散模型,固化剂种类影响固化物极性和自由体积,极性决定了树脂平衡吸湿率,极性和自由体积共同决定了水分子的扩散系数。极性越大,树脂平衡吸湿率越高,极性基团越容易与水分子形成氢键阻碍水分子运动;自由体积越大,水分子的扩散通道越多,扩散越快。固化物介电性能随固化剂不同存在差异,介电常数及损耗角正切随吸湿率呈线性变化且与固化剂种类无关,可统一用线性模型进行预测,模型预测值与实测值偏差不超过10%。

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6. 超高分子量聚乙烯纤维在防弹防爆复合材料中的应用进展

赵丽丽, 蒋波, 赵亮, 曹贻儒, 苏家凯, 刘美娜

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 60-67. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.009

摘要（224）

PDF （942KB）（331）

超高分子量聚乙烯纤维凭借其高比强度、轻量化及优异能量吸收能力,已成为防弹防爆复合材料的核心组分。本文深入剖析了超高分子量聚乙烯纤维的特性及其在复合材料防护机制中的核心作用,系统评述了其在陶瓷复合装甲、金属层合结构及混杂体系等关键应用领域的最新研究进展与性能优化策略。重点探讨了基于先进表面功能化、仿生梯度/多级结构以及多功能集成等创新策略,在提升界面强度、能量吸收效率和抗多次冲击能力方面的突破性进展。尽管已取得显著进展,其仍面临固有的耐热性瓶颈、高端纤维国产化核心制备技术以及跨尺度仿真与标准化评价体系等深层次挑战。未来发展趋势聚焦于智能响应型复合材料、绿色可持续制造以及多功能一体化等前沿方向。

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7. 复合材料固化变形预测及模具型面优化

陈恒, 马秀菊, 孙龙港, 冒海峰, 周娴

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 104-110. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.012

摘要（220）

PDF （5480KB）（432）

通过建立复合材料固化过程中多因素数值模型,采用热-化学耦合传热模型模拟树脂固化过程中零件的温度分布,基于瞬时线弹性理论的本构模型,通过材料参数的演化来描述材料在相变过程中的力学行为,预测了封端肋蜂窝夹层件的固化变形趋势。通过实验结果验证了模型的可靠性,基于仿真分析结果对工装型面进行优化处理,利用优化后的工装制备零件与零件理论型面进行对比分析,工装优化后成型零件型面最大变形相比于理论零件尺寸变形量降低了86.98%。

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8. 聚氨酯上浆剂处理对芳纶纤维表面及界面性能的影响

邓志康, 张鹏, 孔海娟, 余木火

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 22-27. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.004

摘要（218）

PDF （7462KB）（259）

采用水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)上浆剂对芳纶纤维进行改性,提高芳纶纤维与热塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)树脂界面结合性能和复合材料的力学性能。采用傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱和扫描电镜等对芳纶纤维结构、表面元素组成和表面形貌进行表征,结果表明WPU上浆剂成功涂覆在芳纶纤维表面。对不同WPU含量的上浆剂对芳纶纤维表面能、拉伸强度、层间剪切强度等的影响进行研究。结果表明:不同WPU含量都可以提高纤维表面的粗糙度和表面能;WPU上浆剂质量分数为0.8wt%时,对性能的提高最明显,WPU-AF表面能提高了28.91%,层间剪切强度为32.7 MPa,提高了37.9%。

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9. 重卡悬架碳纤维复合材料多片簧的设计与试验研究

王毅, 胡业发, 王宝昆, 伍水华, 付凯, 文湘隆, 张锦光

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 118-124. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.014

摘要（212）

PDF （6965KB）（372）

本文将碳纤维增强复合材料(CFRP)引入重卡板簧的设计之中,提出一种CFRP多片簧结构。利用有限元仿真分析对CFRP多片簧的强度和刚度进行协调匹配设计,得出CFRP单片板簧的铺层角度为[0 ₃₃/±75] ₅,并通过台架试验对仿真模型进行优化,利用ABAQUS软件建立优化后的有限元仿真模型,并通过CAE对CFRP多片簧在工作载荷、极限载荷和疲劳加载等工况下进行可靠性分析,预测CFRP多片簧的刚度和疲劳寿命,对CFRP多片簧试验件进行台架试验。结果表明,CFRP多片簧的质量为34.4 kg,减重45%以上,经历15万次的循环加载后,CFRP多片簧的刚度并未下降,且仍能承受20 t的载荷而不破坏。

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10. 柔性复合管多维交叉分类体系与工程应用研究进展

李青, 范欢, 徐含, 李瑞盈

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 148-156. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.018

摘要（212）

PDF （4911KB）（367）

柔性复合管作为传统金属管道的替代品,凭借其轻量化、耐腐蚀和高柔性等优势,在深海油气开发和氢能输送等领域备受关注。本文在多维交叉视角下,聚焦于柔性复合管的材料、结构以及功能各维度,深入剖析三者协同机制,旨在为相关领域的科研与实践提供系统性的参考。通过梳理近年来国内外在柔性复合管方面的研究动态,详细阐述柔性复合管从分类体系到实际工程应用这一过程的研究进展,同时对其面临挑战与发展方向做出展望,以助力能源、化工等行业基础设施建设的持续优化升级。

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11. 碳纤维增强复合材料结构吸能机理及其高效建模方法研究

王锴, 罗俊杰, 姚如洋, 庞通, 贾晓航, 余磊

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 24-32. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.004

摘要（206）

PDF （11826KB）（490）

碳纤维增强复合材料(CFRP)失效机理错综复杂,精细化仿真计算成本高、优化设计效率低。为提升CFRP吸能部件的仿真优化设计效率,本研究制备了CFRP薄壁方管,并进行轴向压溃测试。建立CFRP薄壁方管轴向压溃的多层精细化有限元模型,分析试验、仿真失效模式和吸能机理,提出了高保真、高效率的等效建模方法。试验结果表明CFRP薄壁方管渐进压溃失效模式中吸能机理复杂,主要包括纤维断裂、分层及摩擦耗能。仿真结果表明精细化有限元模型可以准确预测CFRP薄壁方管渐进压溃失效模式及其能量吸收,塑性变形及损伤是能量耗散的主要因素之一。基于渐进压溃失效模式提出的高保真、高效率等效建模方法能够准确预测CFRP薄壁方管的吸能响应,相对精细化的建模方式提升了97%的计算效率。

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12. 复合材料层合板结构的自适应正则化损伤识别(ARDI)方法研究

杨颖, 石庆贺, 胡可军, 朱福先, 段刘阳, 赵凤玲

复合材料科学与工程 2026, 0 (2): 1-9. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20260228.001

摘要（198）

PDF （7885KB）（447）

复合材料层合板结构应用广泛,损伤识别对于保障结构的安全性和延长其使用寿命具有重要意义。本文引入了单元级损伤指标来描述层合板在面内与面外方向上的刚度变化。针对该损伤指标,建立了两步损伤识别方法,即先通过损伤定位指标筛选损伤单元,再通过优化方法对损伤程度进行辨识,其中,损伤定量识别采用正则化方法。鉴于传统的正则化方法对各个损伤参数采用均一化的正则化参数,不利于识别结果的收敛和稳定,本文提出了基于加权系数的自适应正则化损伤识别(Adaptive Regularization Damage Identification,ARDI)方法,能够在兼顾识别结果稳定性的同时提高识别效率。通过数值算例对所提方法的有效性进行了验证,分析了测点数量和噪声水平对识别结果的影响,将所提方法与直接法和传统正则化方法的识别结果进行比较,发现所提方法的计算结果分散性和计算效率具有明显的优势。最后,通过试验验证了所提方法的有效性。

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13. 基于渐近均匀化法的黏弹性复合材料时域本构模型研究

武顺心, 朱水文

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 8-14. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.002

摘要（188）

PDF （5361KB）（697）

本文旨在建立一种高效、准确的黏弹性复合材料宏观本构关系建模方法。通过结合渐近均匀化理论和特征位移法,建立了微观结构与宏观响应之间的定量关系。采用降阶均匀化方法求解特征位移,有效提高了计算效率,并直接得到了时域中的宏观本构关系。将得到的本构关系以用户自定义材料子程序(UMAT)的形式嵌入有限元软件ABAQUS中,并通过与Digimat的对比验证了模型的可靠性。数值结果表明,纤维体积分数和黏弹性衰减比对复合材料的应力松弛行为具有显著影响。随着纤维体积分数的增加,复合材料的初始应力值和应力松弛速率均增大;而衰减比的增大则导致应力松弛速率减慢。研究表明,该方法能够准确预测黏弹性复合材料的时域力学响应,为复合材料的设计和优化提供了有力的理论支撑。

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14. 碳/碳复合材料针刺制品性能分析及工艺参数优化

杨国勇, 刘振宇, 张楠, 孔浩强

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 79-85. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.010

摘要（187）

PDF （8324KB）（514）

本研究聚焦于探索针刺过程中工艺参数与碳/碳复合材料性能之间的关联,采用中心试验设计方法规划试验方案。通过响应面法对试验数据进行剖析,构建了制品弯曲强度与针刺工艺参数(针刺深度、针刺密度、碳布面密度)之间的二次响应模型。基于该模型,对工艺参数进行了优化,并深入分析了各工艺参数及其耦合作用对弯曲强度的影响规律。研究结果表明,最佳工艺参数组合为针刺深度为12 mm,针刺密度为17.81针/cm ²,碳布面密度为400 g/m ²。研究还发现碳布面密度对弯曲强度的影响最为显著,针刺深度次之,而针刺密度的影响相对较小。此外,研究还揭示了针刺深度与碳布面密度之间,以及针刺深度与针刺密度之间的耦合效应对弯曲强度具有显著影响;通过深入探讨工艺参数之间的耦合作用,确定了针刺深度为12~16 mm、针刺密度为15~25针/cm ²、碳布面密度为380~400 g/m ²时,制品的弯曲性能最佳,其强度值超过了100 MPa。这些发现拓宽了碳/碳复合材料的针刺成型工艺窗口,有助于提高其成型效率和产品质量。

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15. 基于BIM+FEA的风力发电机组塔筒结构性能研究

王爱领, 赵英, 孙少楠, 肖颖

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 125-131. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.015

摘要（183）

PDF （6375KB）（318）

针对塔筒在复杂荷载作用以及不同工况下的结构响应问题,采用建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)+有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)的方法,对某2 MW大型水平轴风力发电机组塔筒进行结构性能分析。首先参数化建立风力发电机组的BIM模型并对塔筒荷载进行分析计算,然后将塔筒BIM模型转换为有限元模型,最后在有限元软件ANSYS中对塔筒进行仿真分析。结果显示:塔筒最大应力出现在底部,塔筒顶部的位移最大。塔筒前六阶固有频率均不会与塔筒产生共振,且塔筒的固有频率随塔筒高度的增加而减小。随着塔筒顶部质量增加,塔筒的固有频率减小,塔筒顶部质量变化对塔筒的应力和顶部位移影响较小,对塔筒的固有频率影响较大。研究表明BIM+FEA方法能够为风力发电机组塔筒结构安全分析提供新思路,在风力发电机组塔筒的设计和运维中进行安全预警,为管理者决策提供有效数据信息。

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16. 树脂性能及制备工艺对超高分子量聚乙烯纤维/水性聚氨酯复合材料抗弹性能影响

周子言, 翟文, 董彬, 魏汝斌

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 34-40. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.006

摘要（181）

PDF （4866KB）（228）

选用水性聚氨酯为基体,超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维为增强体,制备了单向正交结构的复合材料软质防弹层。基于弹道侵彻试验和无损检测表征研究了树脂模量、树脂含量和纤维展开程度对先进复合材料软质防弹层抗弹能力的影响。研究结果显示:采用低树脂含量、低模量树脂以及适当排布速率制备的UHMWPE复合材料展现出更为优异的弹道侵彻性能。低树脂含量提高了纤维占比,使得单位面密度内有更多纤维承力;低模量树脂可以降低复合材料的刚度,使更多次影响区域的纤维拔出和断裂;较快排布速率虽然可以提高生产效率,但是会产生更大的张力,从而在生产过程中对纤维造成损伤。通过分析各因素对复合材料弹道性能的影响,可以更好地设计弹道复合材料工艺参数,从而制备出先进复合材料软质防弹层。

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17. 芳纶Ⅲ纸基复合材料的热氧老化特性研究

姚运振, 廖思锽, 张正, 龙金, 王宜, 熊志远, 胡健

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 33-42. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.005

摘要（177）

PDF （19944KB）（363）

本文以芳纶Ⅲ短切纤维和间位沉析纤维为原料,通过湿法成型得到芳纶Ⅲ原纸,并浸渍聚酰亚胺树脂后得到芳纶Ⅲ纸基复合材料,随后对其进行250 ℃、300 ℃和350 ℃的老化试验,表征老化前后芳纶Ⅲ纸基复合材料的理化结构、力学性能和动态力学性能。结果表明:在250 ℃和300 ℃下,老化前后芳纶Ⅲ纸基复合材料化学结构无明显变化;在350 ℃下,老化前后纸张间位芳纶沉析纤维的酰胺键发生断裂。对于纸张的物理结构,随着老化时间及老化温度的增加,芳纶Ⅲ纸基复合材料的质量损失和尺寸损失逐渐变大,并且纸张表面出现孔洞和裂纹等缺陷。250 ℃下老化408 h后,芳纶Ⅲ纸基复合材料拉伸强度和撕裂度的保持率分别为111%和115%;300 ℃下老化312 h后,芳纶Ⅲ纸基复合材料的拉伸强度与撕裂度的保持率分别下降到53%和23%;350 ℃下老化168 h后,芳纶Ⅲ纸基复合材料的拉伸强度保持率仅有4%,撕裂度在老化48 h后保持率下降到了14%,168 h后下降到了0。DMA显示在300 ℃下老化时,芳纶Ⅲ纸基复合材料的损耗因子转变温度随着老化时间的增加而逐渐变高,说明在300 ℃下老化时,芳纶Ⅲ纸基复合材料的分子链段柔软度提高明显,黏性增加。

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18. 泡沫芯材C形夹芯板复合材料固化变形仿真

聂志伟, 罗琦, 霍宇凡, 周何乐子, 周华民

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 86-96. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.010

摘要（173）

PDF （17988KB）（420）

针对夹芯复合材料C形轮廓板,基于夹芯复合材料固化变形机理,建立了复合材料固化变形数值仿真模型。仿真结果表明脱模开始时,C形轮廓板件的内表面受拉应力而外表面受压应力,构件整体向内收缩。基于此仿真模型,探究了缝隙处物质种类、铺层层数、铺层角度等不同工艺条件下C形轮廓板件的固化变形规律,发现缝隙处不填充物质时固化变形最小,填充复合材料时固化变形量最大;在一定范围内,变形量与铺层层数呈正相关;铺层角度对变形影响不大。此外还成型了多块相应工艺条件的C形板件,通过三维扫描测定板件的固化变形,仿真与实验规律符合较好,验证了仿真模型的准确性,实现了C形轮廓板固化变形的准确预测。

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19. 混杂纤维复合材料梯度设计及防弹性能

张慧慧, 覃彬, 董方栋

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 28-33. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.005

摘要（169）

PDF （7645KB）（255）

本研究对芳纶纤维与超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维混杂复合材料梯度设计的防弹性能影响进行了探究。设计5种UHMWPE含量梯度方案(层数分别为0,10,20,30,40层),总面密度均严格控制在(6±0.05) kg/m ²以下。通过弹道测试(分别以芳纶和UHMWPE作为弹击面),系统分析了纤维含量及铺层顺序对层合板弹道极限速度 V ₅₀和弹道性能指数(Ballistic Performance Index,BPI)的影响规律,并基于试验数据建立了纤维含量与防弹性能的三次项非线性回归定量关系模型( R ²>99%),为混杂纤维复合材料的梯度设计与防弹装备开发提供了科学依据。

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20. 自动铺放工艺热固性预浸料黏性浅析

卢康逸, 冯斌

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 114-122. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.017

摘要（168）

PDF （9566KB）（194）

预浸料自动化铺放成型是航空航天高端复合材料制造的重要工艺技术,其铺放工艺性是影响高质量、高效率、高稳定自动化铺放的关键因素之一,常以黏性与铺覆性评估。文章阐述了铺放工艺下预浸料黏结行为的形成机制,分析了内/外部影响因素及作用原理,对比了主流的黏性定量测试方法,总结了国内研究单位与应用方的相关进展情况,展望了预浸料黏性的未来研究和应用方向。

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21. 碳/玻混杂三向织物复合材料低速冲击性能研究

崔子涵, 张洪华, 李炜

复合材料科学与工程 2025, 0 (12): 1-10. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251228.001

摘要（166）

PDF （41659KB）（217）

本文使用碳纤维单向织物与碳纤维、玻璃纤维及碳/玻混杂三向织物,制备了6种不同碳/玻混杂比三向织物复合材料层合板。选用18 J与28 J的冲击能量,对这6种复合材料层合板进行低速冲击试验,通过目视测量得到了冲击正反面的表面损伤,并利用超声C扫设备获取了试样内部的总体损伤面积,再结合冲击响应曲线,分析了碳/玻混杂三向织物复合材料层合板冲击过程的损伤机理。结果表明:在低冲击能量下,U _C6(TG)冲击过程中最大位移增长最大,为11.4%,U _C6(TC)的吸收能量提升最大,为7.6%;在高冲击能量下,U _C6(TG)冲击过程中最大位移增长最大,为15.9%,U _C6(TCCG)的吸收能量提升最大,为33.4%。碳/玻混杂三向织物复合材料层合板存在90°方向为长轴的类椭圆形与类圆形两种损伤形态。

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22. 薄板复合材料螺栓连接强度与损伤分析

李杰, 包祖国, 李琦, 孙晓旺, 周强, 王显会

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 8-19. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.002

摘要（165）

PDF （22858KB）（330）

本文通过试验和仿真分析研究了薄板复合材料螺栓连接结构在拉伸载荷下的强度与损伤过程。首先,通过常规力学性能试验测得复合材料基础性能参数,然后对不同预紧力、不同铺层方式和单双螺栓分布的薄板复合材料连接件进行试验。基于刚度连续退化模型和三维Hashin失效准则,通过测试搭接板间的摩擦力反求螺栓预紧力,并采用降温等效法来模拟螺栓的预紧力,再对开孔板进行试验与仿真的标定,最终建立复合材料层合板螺栓连接的三维有限元模型,对薄板复合材料连接件的强度和损伤机理进行渐进失效分析。结果表明:随着螺栓预紧力增大,薄板复合材料连接件峰值载荷增大,断裂位移减小;不同铺层方式的薄板复合材料连接件损伤过程和其铺层比例有关;横向双螺栓连接件极限载荷约为单螺栓连接件极限载荷的两倍,纵向双螺栓连接件极限载荷稍低于该水平。

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23. FRP网格增强纤维混凝土夹芯复合墙板性能分析

成能名, 张耀林, 常明媛, 张蓉

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 122-130. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.015

摘要（164）

PDF （12156KB）（378）

为了探究适用于装配式钢结构建筑的轻质高强、保温性好的新型墙板材料与结构体系,本文提出了一种新型纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)网格增强纤维混凝土夹芯复合墙板,简称纤维网格增强混凝土(FRP Grid Reinforced Concrete,FGRC)夹芯复合墙板。为了研究FGRC夹芯复合墙板的弯曲性能及其破坏形态,设计并开展了2块长度为4 m、宽度为3 m、厚度分别为100 mm和150 mm的FGRC夹芯复合墙板的弯曲性能试验研究。试验结果表明,FGRC夹芯复合墙板主要以弯曲破坏为主,界面连接性能优异,其抗弯极限荷载可达3.11 kN/m ²、4.05 kN/m ²,极限耐火时间分别为1.1 h、1.5 h,结构热阻分别为1.41 (m ²·K)/W、1.72 (m ²·K)/W,空气计权隔声量及频谱修正量分别为39(-2;-3) dB、39(0;-2) dB。综合来看,该墙板具有较好的应用价值。

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24. 基于多目标遗传算法的复合材料轨枕试验工装优化设计

许琛, 张庆凯, 秦俊飞, 黄承

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 131-136. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.016

摘要（162）

PDF （6159KB）（421）

某复合材料枕木设计荷载约为1 000 kN,根据中国铁路总公司规定,复合材料枕木须满足枕木成品弯曲荷载作用下变形要求。因此,须设计合理的加载工装,以满足加载要求。本文基于材料力学理论以及Kriging模型,建立了加载工装目标参数对不同截面尺寸的响应面,在此基础上采用多目标遗传算法对其进行了多目标优化,最终获得了最优的加载工装截面尺寸组合。并根据优化后截面尺寸,借助有限元软件计算了工装的抗弯曲性能。结果表明,该加载工装可以承受100 t的荷载而不发生塑性变形。

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25. 利用截断振动响应的复合材料结构冲击载荷识别新方法

张力, 杨晓明, 姜全新

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 1-7. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.001

摘要（162）

PDF （8749KB）（401）

复合材料结构的冲击载荷识别是结构动力学第二类反问题,识别结果易受测量噪声与建模误差影响产生显著偏差。为此,本文提出了一种基于截断振动响应的冲击载荷精准识别新方法。首先,利用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)将完整振动响应分解为多尺度本征模态函数,通过剔除高频模态和测量噪声,获得仅含结构低阶主频成分的截断振动响应。进而,利用奇异值截断最小二乘法,从截断振动响应中提取冲击位置的截断模态常数向量,实现冲击定位。最后,根据定位结果对模态常数向量的共线性因子进行估计,从而完成冲击载荷幅值的反演。在真实机翼上的实验结果表明:仅使用一个加速度计的情况下,所提方法利用机翼前三阶模态加速度响应组成的截断振动响应即可实现最高86.67%的定位成功率,并且载荷重构的平均峰值相对误差指标仅为6.51%。

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26. 600 km/h磁浮列车用C/C-SiC复合材料摩擦块的摩擦特性与热容量研究

刘鹏, 李杨, 袁雨青, 李鹏涛, 袁敏格, 张金煜, 郑涌, 肖鹏

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 111-117. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.013

摘要（160）

PDF （8701KB）（319）

C/C-SiC复合材料作为滑橇摩擦块已在上海高速磁浮示范线以430 km/h安全运营近20年,随着600 km/h高速磁浮列车问世,亟需探究C/C-SiC复合材料摩擦块应用于600 km/h磁浮列车的摩擦特性与热容量分析。本文首先通过600 km/h高速摩擦试验获得C/C-SiC复合材料的摩擦系数和温升特性,在600 km/h恒定线速度、4 kN正压力、8 min持续摩擦试验条件下,测得摩擦块最高温度达到569.2 ℃且趋于稳定,远低于材料许用温度极限,平均摩擦系数低于0.1,符合高速摩擦环境下摩擦系数尽量小的技术要求。采用热容量仿真计算的方法复现高速摩擦试验温度,确定C/C-SiC复合材料与轨道轮之间摩擦热流密度的分配系数为0.020 54,以此参数为基础,仿真预测高速磁浮列车悬浮故障时C/C-SiC复合材料以600 km/h拖磨300 km的温度特性,为600 km/h高速磁浮列车设计优化与工程化应用提供支撑。

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27. 单组分水性环氧树脂基超高分子量聚乙烯纤维复合材料的性能研究

沈泉锦, 周苏萌, 欧阳少平

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 73-76. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.011

摘要（158）

PDF （915KB）（282）

合成了一种适用于超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维无纬布的单组分水性环氧树脂(Waterborne Epoxy Resin,WER),采用缠绕-复合-热压工艺制备单向正交结构的无纬布及复合材料板材。研究了环氧树脂的耐高低温及老化性能、WER基UHMWPE无纬布在加速老化试验下的储存稳定性、复合材料板材在不同温度下的力学性能及弹道极限 V ₅₀值。结果表明:环氧树脂具有较好的耐高低温性能,其拉伸剪切强度在80 ℃下还能维持在一个较高的水平,且在低温(-40 ℃)下的性能与在常温状态时相比并无下降;通过加速老化试验模拟和阿伦尼乌斯公式计算得出,环氧树脂在23 ℃环境中约279 d才会出现性能衰减;WER基无纬布具有较好的储存稳定性,能在23 ℃环境中约117 d无性能衰减;通过 V ₅₀来评价材料在高低温环境中的防弹性能,发现WER基复合材料经过400 h的双85老化后防弹性能几乎没有变化。

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28. 不同面密度PVDF电纺纳米纤维膜对CF/EP复合材料层压板层间断裂韧性的影响研究

彭焱, 韦廖贤, 曾塘玉, 马传国

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 15-23. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.003

摘要（157）

PDF （9973KB）（392）

本研究探讨了不同面密度的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜作为增强材料,对碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层压板层间断裂韧性的提升效果。为此,分别制备了三种不同面密度(9 g/m ²、15 g/m ²、28 g/m ²)的PVDF电纺纳米纤维膜,并将其插入层压板的层间进行试验分析。结果显示,面密度为15 g/m ²的PVDF纳米纤维膜对层压板层间断裂韧性的提升最为显著,相对于未引入纤维膜的层压板,Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性分别提升了67%和13%。通过SEM分析发现,PVDF纳米纤维膜的增韧机制主要包括纤维桥接、拔出和断裂等过程。此外,基于内聚力模型的有限元模拟方法对Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂行为的数值进行模拟,发现PVDF纳米纤维膜的加入并未显著改变层间区域的界面强度,而是通过纤维骨架作用有效阻碍了层间裂纹在树脂中的扩展。数值模拟结果与试验结果较为吻合,从而验证了内聚力模型模拟PVDF纤维膜插层增强CF/EP复合材料层压板层间断裂行为的可行性。

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29. 碳/芳纶纤维混杂增强环氧基复合材料制备及抗高速冲击性能研究

左小彪, 赵泽华, 杨智勇, 孙建波, 朱世鹏, 易凯, 周金岑, 樊虎, 张超

复合材料科学与工程 2025, 0 (12): 56-62. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251228.008

摘要（157）

PDF （8470KB）（121）

碳纤维复合材料抗高速冲击性能不佳,在一定程度上阻碍了其进一步扩大应用。采用碳纤维与其他纤维混杂设计,是提高复合材料综合性能的有效措施。静/动态力学性能对比研究表明,以TG800-12K-603B制备的碳/环氧复合材料(C/EP)具有更优的静态力学性能,以F12-23T-603B制备的芳纶织物复合材料(F12/EP)则拥有更好的动态力学性能和抗高速冲击能力。基于自动铺丝工艺、结构设计和芳纶/碳纤维混杂比例调控,制备出兼具良好结构承载性能和抗高速冲击性能的新型碳/芳纶纤维混杂复合材料,最优混杂比例为35%~55%。对经高速冲击试验并发生子弹穿透的试样进行损伤形貌分析和冲击损伤仿真分析,结果表明,与F12/EP相比,C/EP冲击正/背面的损伤面积明显更小,说明F12/EP有更强的冲击能耗散能力,所以表现出更高的临界穿透速度。

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30. 氨基化碳纳米管改性环氧胶黏剂的粘接性能和吸波性能优化设计

郑昆鹏, 汪俊陶, 刘泽同, 郝敬烨, 时建恒, 陈丁丁

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 1-5. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.001

摘要（154）

PDF （6269KB）（297）

功能化复合材料结构的设计与连接通常需要用到兼具力学性能和优异电性能的胶黏剂。本文以多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes,MWCNT)及表面氨基化多壁碳纳米管(MWCNT—NH ₂)为改性填料,研究了两者含量及表面氨基化对环氧胶黏剂粘接性能与吸波性能的影响规律。结果表明:MWCNT对胶黏剂性能具有显著调控作用,随其含量增加,粘接强度呈先升高再降低的变化趋势,而吸波性能则随含量增加持续增强。表面氨基化改性通过提升MWCNT—NH ₂与环氧基体的界面相容性,显著优化了胶黏剂的粘接性能,但表面官能团的引入会导致MWCNT—NH ₂电子结构改变和导电网络破坏,致使MWCNT—NH ₂改性胶黏剂的吸波性能较未修饰氨基的MWCNT体系的吸波性能大幅下降。

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31. 含功能性基团MOFs在液相吸附的应用及复合智能基材的应用展望

苏宇杏, 兰鑫, 张大伟

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 13-21. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.003

摘要（154）

PDF （1655KB）（259）

近年来,液相体系中杂质的吸附由于环境等问题的突出而受到越来越多地关注。由于在液相吸附中的吸附质无论是离子还是分子都具有自身的特点,所以针对不同类型吸附质的吸附需要有针对性的吸附剂。金属有机框架材料(Metal-Organic Framework materials,MOFs)由于其良好的比表面积、丰富的反应位点而受到广泛应用。进一步地,具有功能化基团的MOFs能对有各自特点的吸附质进行针对性定制吸附,即这种含功能性基团的MOFs通过可作为针对性的吸附剂,从而实现高效率、低成本吸附。本文基于含有功能性基团的MOFs,综合概述了引入功能性基团的途径,以及不同类型的基团分别通过什么方式实现对吸附质的针对性吸附,最后提出了含功能性基团的MOFs和吸附质的选择策略。该策略能够针对特定的吸附质进行结构分析,从而选择合适的功能性基团MOFs进行吸附。然而,MOFs本身的粉末状态限制了其应用,与合适的智能基材进行复合能够打破这种局限性。未来,MOFs/智能基材复合材料具有很大的发展潜力。

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32. GLARE层板结构抗鸟撞性能分析

田校宇, 张发, 汲生成, 石晨, 吴晓光, 林大楷

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 132-141. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.016

摘要（153）

PDF （9202KB）（313）

随着航空技术的发展,飞机的速度不断提高,飞机在起飞、着陆阶段受到鸟体撞击的概率大幅增加,严重时会造成飞机的坠毁。为了飞机的安全,CCAR25适航规章对民机前缘结构抗冲击方面进行了相关评判和规定。玻璃纤维增强铝合金(Glass Fiber Reinforced Aluminum,GLARE)材料作为一种抗冲击性能较好的材料,已被应用于成熟机型(例如A380)尾翼前缘结构。本文首先对GLARE前缘结构抗鸟撞分析方法及理论进行了介绍,对分析方法进行了抗鸟撞试验验证,其次采用显式动力学分析软件LS-DYNA对四种相同厚度不同纤维排列方式的GLARE前缘结构进行了分析,最后对不同曲率的GLARE层板结构进行了分析研究,得到了GLARE层板结构破坏损伤情况、结构吸能、应力状态和鸟体撞击力等,发现铺层方式为3/2[A/+45/-45/+45/-45/A/+45/-45/+45/-45/A]、曲率半径为100 mm的GLARE层板抗冲击特性最为优异。

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33. 2.5D编织石英/酚醛复合材料高温拉伸性能与损伤演化

焦磊, 阮浩, 苏瑞意, 葛志福, 李玫, 张程煜

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 54-65. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.007

摘要（151）

PDF （12249KB）（346）

石英/酚醛复合材料是一种广泛应用于航天飞行器的热防护材料,研究其高温拉伸性能及损伤机理对树脂基热防护材料应用具有重要价值。为此,本文测试了一种2.5D编织石英/酚醛复合材料的拉伸性能,测试温度范围为室温至800 ℃。利用声发射技术对室温拉伸试样损伤演化进行动态监测,结合扫描电子显微镜观察断口形貌,分析其拉伸损伤机理。结果表明,室温拉伸强度可达275 MPa,模量可达17 GPa,在室温至800 ℃范围内,2.5D编织石英/酚醛复合材料拉伸性能随温度升高逐渐下降。本文揭示了2.5D编织石英/酚醛复合材料拉伸过程中主要存在70~100 kHz、220~270 kHz、300~330 kHz三种频率范围的损伤信号,对应的损伤模式分别为基体开裂、纤维与基体脱黏和纤维断裂,并分析了拉伸损伤演化过程。

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34. 原位聚合交联多孔聚酰亚胺复合材料的制备及电化学性能研究

罗法荣, 张志明, 陈健

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 40-47. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.005

摘要（150）

PDF （3460KB）（357）

本文以多壁碳纳米管(MWCNTs)为添加剂,采用原位聚合方法制备了不同MWCNTs含量的交联多孔聚酰亚胺复合材料(INCPI@MWCNTs),对其基团、孔结构以及吸附性能进行了研究,重点探讨了其作为锂硫电池正极材料使用的可行性。结果表明:原位聚合工艺不会影响体系内的交联反应,对多孔聚酰亚胺的结构无较大影响;不同规格的INCPI@MWCNTs在氮气等温吸附测试条件下,由于材料内部大孔结构的存在而导致氮气吸附量随着相对压力的增加而增大,INCPI@MWCNTs材料的BET比表面积和微孔比表面积随着MWCNTs添加量的增加而逐渐减小,微孔体积随着MWCNTs添加量的增加而增大。以INCPI@MWCNTs为正极载体,与硫扩散负载得到S/PPI@MWCNTs正极载体复合材料,并组装锂硫电池进行电化学性能测试。在0.2 C的电流密度条件下,三种不同的S/INCPI@MWCNTs正极的充放电曲线均出现两个放电平台和一个充电平台,S/INCPI@MWCNTs-2对应的电池首次放电比容量为1 326 mAh·g ^-1,循环100次后,保留容量为855 mAh·g ^-1,容量保持率为65%;在电流密度为1 C时,S/INCPI@MWCNTs-2电池的首次放电比容量为1 035 mAh·g ^-1,循环400次后,保留容量为662 mAh·g ^-1,容量保持率为65%,S/INCPI@MWCNTs-2作为正极材料可使电池具有更佳的放电比容量、倍率性能和循环稳定性。

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35. 复合材料螺栓连接参数对承载强度的影响及优化

孙昕阳, 武涛, 朱兆轩, 黄严

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 20-29. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.003

摘要（149）

PDF （12397KB）（268）

为分析复合材料连接件的参数影响规律,优化常规参数间的配比,提升结构经济性与实用性,针对板厚、端径比和预紧力三个制造装配阶段的显著连接参数开展拉伸强度影响研究。结合UMAT子程序建立了CFRP螺栓连接件有限元模型,开展了静力拉伸破坏及SEM损伤观测试验验证有限元模型;在此基础上,基于Box-Behnken设计,结合响应回归方程、3D响应面以及等高线图建立承载强度与影响因素联合响应模型,从单因素、多因素交互作用等方面对三个参数进行了分析,所建立的联合响应模型决定系数 R ²为0.984 7,Adj R ²为0.957 1,Pred R ²为0.794 4,模型拟合效果和预测能力较好;分析结果表明,三个参数中,板厚是影响承载强度的最显著单因素,而板厚与端径比的交互作用影响最为显著,模型给出了板厚、端径比和预紧力的优化组合,预测强度与有限元结果误差为0.37%,表明所建立联合响应模型有较好的强度预测能力。

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36. 纤维增强聚双环戊二烯复合材料的研究进展

肖健, 李鹏飞, 付宏伟, 贾智源, 陈勇

复合材料科学与工程 2025, 0 (11): 137-144. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.017

摘要（149）

PDF （5049KB）（408）

聚双环戊二烯(PDCPD)是一种具有优异力学性能、低密度、易加工的热固性聚合物材料,可替代部分钢板、铸件和玻璃钢,用于农用车、工程车、重型卡车等零部件。纤维增强PDCPD复合材料能展现出更强的机械性能并可具有更广泛的应用,包括且不限于车辆和轨道交通领域,还可能延伸至风电、光伏、储氢等新能源领域。但PDCPD本身极性较低,商用增强纤维与PDCPD的界面结合性能较差,限制了纤维增强PDCPD复合材料的应用。本文综述了近年来纤维增强PDCPD复合材料的研究进展,重点讨论了碳纤维与玻璃纤维增强PDCPD材料提升界面结合性能的方法,同时展望了纤维增强PDCPD复合材料未来的改性方向。

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37. 电解液氧化性对高模量碳纤维表面处理效果影响研究

高东晓, 康永朝, 王梦梵

复合材料科学与工程 2025, 0 (12): 88-95. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251228.012

摘要（149）

PDF （10462KB）（95）

电化学阳极氧化表面处理是提升高模量碳纤维表面活性的重要手段,为探究此过程中电解液的氧化性对高模量碳纤维表面处理效果的影响,采用五种氧化性不同的电解液(NaOH,NH ₄HCO ₃,H ₂SO ₄,NaNO ₂,HNO ₃)对聚丙烯腈基高模量碳纤维进行电化学阳极氧化表面处理,并系统讨论了其对碳纤维表面物理化学结构及界面性能的影响规律。结果表明,随着电解液氧化性的增强,碳纤维表面石墨片层膨胀愈发加剧,sp ³碳结构及含氧官能团含量呈升高趋势,表面化学活性显著增强。本文揭示了电解液氧化性在碳纤维阳极氧化过程中的关键作用,为高模量碳纤维表面结构优化提供更多理论依据。

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38. 石英纤维增强的PTFE基板性能研究

白孟钊, 翁孝宇, 崔梦婷, 龙金

复合材料科学与工程 2026, 0 (2): 72-77. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20260228.010

摘要（147）

PDF （6929KB）（339）

本文以石英纤维为增强体,采用不同的石英纤维和无碱玻璃纤维配比,以湿法成型的方法制备得到石英纤维纸。随后通过浸渍PTFE乳液的方式进行上胶,经预烧去除有机小分子之后,通过叠层热压烧结制成复合基板,并对基板的介电、机械、热性能进行表征和分析。实验结果表明:在总纤维占比不变的情况下,密度和吸水率随着石英纤维含量的增多而下降;在介电性能方面,介电常数随着石英纤维含量的增多而降低,当石英纤维占比为80%时,介电常数最低可达2.21,介电损耗呈现非线性变化,并在石英纤维占比为40%时达到最低值0.000 96;导热性能方面,复合材料的热导率随石英纤维含量的增多而上升,在石英纤维占比为80%时达到最大值0.232 W/(m·K);在机械性能方面,拉伸强度和弹性模量随石英纤维含量增多而呈现下降的趋势,在石英纤维占比为80%时分别降至17.85 MPa和1 538.76 MPa。

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39. PVDF膜材裂缝扩展演化过程试验与数值模拟研究

李雯芮, 刘平, 尹灵芳

复合材料科学与工程 2025, 0 (8): 43-53. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.006

摘要（145）

PDF （20773KB）（382）

在实际工程中,膜材的抗撕裂性能对于确保膜结构的整体安全性至关重要。针对常用的聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)涂层织物膜材,采用单轴拉伸试验和数值模拟研究具有初始切缝的PVDF膜的撕裂行为。采用ANSYS LS-DYNA软件建立纱线及基体细观结构的单轴撕裂数值模型,进行了不同切缝角度和不同切缝位置下膜材撕裂破坏过程的分析,获得了膜材的撕裂强度和破坏模式特征,探讨了不同切缝角度对膜材撕裂性能的影响。结果表明:根据切缝角度的不同,可形成“一”“Z”“√”形断面;撕裂试验和数值模拟下,膜材的切缝扩展过程一致,且基体先于纱线发生断裂;数值模拟对不同角度下的误差均小于10%,说明有限元法可以很好地预测出膜材撕裂强度。

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40. 聚硼硅氧烷剪切增稠胶在防弹防爆领域的应用

苏家凯, 蒋波, 刘美娜, 戎智宗, 曹贻儒, 赵丽丽

复合材料科学与工程 2025, 0 (10): 68-72. DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.010

摘要（143）

PDF （971KB）（364）

聚硼硅氧烷剪切增稠胶(PBS-STG)是一种兼具剪切增稠特性和高稳定性的智能材料,其独特的动态交联网络结构使其在高速冲击下迅速硬化,有效吸收能量并分散冲击力,而在静态条件下保持柔软轻便的特性。本文系统分析了聚硼硅氧烷的分子结构及性能,以及防弹防爆的作用原理,并重点探讨其在防弹衣、防弹装甲、防爆玻璃、防爆服、防爆容器及盾牌等领域的应用现状。结合最新研究成果,本文还总结了当前技术瓶颈及未来发展方向,为高性能防护材料的研发提供参考。

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