针对焦炉自动测温的需求,设计一种可搭载于测温机器人上的双滚桶式炉盖提升机构。双滚筒通过同时缠绕两条柔性提升带带动电磁铁实现对铁质炉盖的抓取与释放。以不锈钢材质的提升带为例分析其与滚筒连接处的受力特性,并对其与滚筒形成的组合体进行模态分析,预测提升机构的失效形式可能为根部撕裂。使用不锈钢和碳纤维两种提升带进行提升试验,前者进行七千个提升循环之后在与滚筒连接处撕裂,后者在五万个提升循环之后表面起毛,编织结构松散。为进一步提高碳纤维材质提升带的使用寿命,使用水性聚氨酯对碳纤维作表面包覆处理,利用扫描电镜观测处理前后的碳纤维编织带结构。最后经过试验表明,双滚桶式提升机构使用经过水性聚氨酯包覆处理的碳纤维布,配合电磁铁可实现对铁质炉盖十万次以上的提升动作。

为满足车载深冷高压储氢气瓶对复合材料层的层间性能要求,使用短纤维插层的方法改善树脂基碳纤维复合材料拉伸性能,并通过添加不同种类与含量的短纤维探究短纤维增强拉伸性能机理。试验证明,纤维直径较小的玻璃纤维能够通过桥联作用使碳纤维复合材料拉伸性能有较大提升。

针对碳纤维增强金属基复合材料增材制造过程中,由于纤维与金属基体间的结合强度较差,从而影响复合材料物理性能的问题,开展碳纤维表面改性工艺研究。首先采用高温煅烧的方法,对碳纤维进行表面有机胶膜去除和氧化处理,然后将处理后的碳纤维置入电镀溶液中进行表面镀铜,并采用计算碳纤维质量损失率和SEM观察的方法,对改性处理结果进行对比分析。研究结果表明通过合理调控煅烧温度、煅烧时间、电镀电压,可以有效去除碳纤维表面的有机胶膜,增强纤维表面活性,并在纤维表面形成连续且均匀的铜镀层,为复合材料增材制造过程中碳纤维与金属基体间的有效结合提供研究基础。

新能源汽车在我国得到快速发展,氢气瓶是其重要储能元件,而碳纤维缠绕气瓶已经成为相关领域的新趋势,设计一种碳纤维氢气瓶六轴缠绕装置。装置整体结构分为运动控制平台模块、丝嘴偏转模块、丝嘴旋转模块以及芯模固定旋转模块,对四个模块进行详细设计。通过SolidWorks Simulation进行静力学分析和关键零部件模态分析,使用ADAMS对装置进行运动仿真。验证设计强度是否满足要求,保证良好的挠性,整个缠绕过程能否保证稳定的传动。建立碳纤维缠绕氢气瓶的数学模型,进行轨迹规划计算,获得测地线缠绕轨迹。设计、仿真和轨迹规划结果能够为今后碳纤维铺放装置的设计与研究提供一定的参考意义。

采用石墨和碳纤维作为导电相材料制备了导电混凝土,研究了导电相材料的掺量和掺入方式、水胶比、养护龄期以及施加电压对导电混凝土导电性能的影响。结果表明:单掺时,随着石墨或碳纤维掺量的增加,试件的电阻率降低,导电性能提高;复掺石墨与碳纤维试件的电阻率比单掺石墨或碳纤维的试件更低,导电性能更好,最佳复掺比例为石墨6%+碳纤维1.0%;试件的电阻率随着水胶比、施加电压的增加而减小,随着养护龄期的增加而增大;与单掺组试件相比,复掺组试件的电阻率受水胶比、施加电压和养护龄期的影响相对较小。

采用振动搅拌技术,选取碳纤维为导电相制备用于杆塔基础接地的导电混凝土,并对碳纤维导电混凝土的振动搅拌工艺参数、配合比和接地性能进行了试验研究。结果表明:采用振动搅拌技术制备碳纤维导电混凝土的最优工艺参数组合为:干拌时间10 s、湿拌时间70 s、加碳纤维搅拌时间60 s;最优配合比为:碳纤维掺量0.3%、水灰比0.46、单位用水量200 kg、砂率36%;此工艺参数和配合比下,导电混凝土的28 d抗压强度为46.3 MPa,抗折强度为5.7 MPa,28 d电阻率为2.09Ω·m,导电性能优良,满足输电线路杆塔基础接地的性能要求。

研究了分散剂的种类(HPMC、MC、HEC)和掺量(0、0.2%、0.4%)对碳纤维水泥砂浆(CFRM)力学性能和压敏性的影响。结果表明:当分散剂掺量为0.2%时,掺HPMC和MC的CFRM试件抗压、抗折强度均高于基准组,其中,HPMC对力学性能的提升效果最好;各组试件的电阻变化率均随着应力的增大而减小,其中,HPMC掺量为0.2%的试件灵敏度最高。综合考虑,采用0.2%的HPMC时,CFRM的力学性能和压敏性达到最佳。

复合材料碳纤维/酚醛、高硅氧/酚醛材料切削性能差,加工效率低.文中针对复合材料的特性,深入探索了典型零件的机械加工方案,从加工方法、切削刀具及参数的选择等多个方面解决同类复合材料零件的加工问题.

复合材料修复技术是一种使用胶结方法对损伤结构进行修复的新技术,其中碳纤维复合材料表面胶结损伤修复技术是综合性能最优、前景最为广阔的维修技术。文中介绍了碳纤维复合材料修复表面损伤在管道修复领域的应用现状,以及可能对修复性能有效提升的碳纤维表面改性技术和三维编织技术。分析认为碳纤维复合材料修复技术将在航空航天、管道修复以及更多其他领域广泛应用。

损伤修复的方法主要包括机械修补和胶结修补两种方法,其中碳纤维复合材料表面胶结损伤修复技术是综合性能最优、前景最为广阔的维修技术。文中介绍了碳纤维复合材料修复表面损伤在飞机表面修复领域的国内外研究和应用现状,以及修复具有免焊不动火、可修复表面复杂及修复后性能恢复率高等特点。分析认为碳纤维复合材料修复表面损伤方法将在航空航天、管道修复以及更多其他领域广泛应用,并提出亟需解决界面的结合性和电偶腐蚀及补片厚度方向性能较差等限制大规模工业化的问题。