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《清华大学在纤维增强复合材料拉挤型材结构标准化工作上取得重要进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2020-06-03

  • 清华大学土木系在纤维增强复合材料拉挤型材结构标准方面取得一系列重要进展。土木系冯鹏教授主编的中国工程建设标准化协会标准《复合材料拉挤型材结构技术规程》T/CECS 692－2020正式发布，该标准是我国首部针对纤维增强复合材料拉挤型材结构设计、施工和验收的技术标准；土木系参编的国家标准《纤维增强复合材料工程应用技术标准》GB50608-2020也正式发布，冯鹏、陆新征教授、叶列平教授参与起草，该标准是原国家标准《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB50608-2010的新版本；另外，冯鹏主编的国家标准《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》GB/31539-2015英文翻译版正式出版，该标准是我国纤维增强复合材料领域首部英文翻译版国家标准；同时，冯鹏提出ISO国际标准项目——纤维增强复合材料拉挤型材全截面压缩试验（Full section compressive test for pultruded FRP Profiles，ISO/AWI 23930）获批立项，并担任负责人（Project Leader）组织编写，该标准是复合材料技术领域里第一个由我国提案并主导制订的国际标准项目。

    纤维增强复合材料拉挤型材产品及其应用

    这一系列标准工作的进展，推动我国纤维增强复合材料拉挤型材结构技术逐渐走向成熟。纤维增强复合材料拉挤型材是一种将浸润树脂的纤维牵引通过模具加热固化后的纤维增强复合材料制品。纤维增强复合材料拉挤型材具备轻质高强、耐腐蚀性、功能性等优点，广泛应用于工程结构，可实现施工安装便捷、施工周期短、后期免维护的目标，并有效降低全寿命成本，是一种应用前景广阔的新型建筑材料。从2010年开始，土木系冯鹏教授带领团队开展了系列化研究，在一些典型工程应用中获得了突破，例如桁架桥、冷却塔、飘窗板等。在多项工程应用的基础上，总结工程经验，编制了纤维增强复合材料拉挤型材从产品到工程应用的一系列标准，形成了我国纤维增强复合材料拉挤型材的标准体系。标准体系的建立解决了纤维增强复合材料拉挤型材工程缺乏依据的问题，并且通过标准体系的建立推动了纤维增强复合材料拉挤型材结构应用技术走向成熟。

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    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-16
    • 清华大学航天航空学院李晓雁课题组、与中国科学院金属所、美国布朗大学以及大连理工大学合作，在《纳米快报》（Nano Letters）发表了题为《克服强度-可恢复性制约的三维高熵合金—聚合物复合纳米点阵超材料》（Three-Dimensional High-Entropy Alloy–Polymer Composite Nanolattices That Overcome the Strength–Recoverability Trade-off）的研究论文。该论文设计并制备了一种由高熵合金和聚合物组成的复合纳米点阵超材料。该点阵材料兼具高强度和良好的可恢复性，克服了早先所有微纳米点阵材料的强度与可恢复性之间相互制约的问题。 　　三维微纳米点阵材料具有优异的力学性能，如低密度、高刚度等。但是，现有的微纳米点阵材料的强度与可恢复性之间存在着相互约束，即高强度的点阵材料通常表现为脆性，而可恢复性能好的点阵材料的强度较低。这一强度与可恢复性的制约在很大程度上限制了微纳米点阵材料在能量存储和机械致动等领域的应用潜力。　　 复合纳米点阵材料克服了传统微纳米点阵材料的强度与可恢复性之间的相互制约 　　李晓雁课题组提出了一种基于复合材料的设计方案，解决上述难题。该设计方案首先采用了先进的纳米尺度增材制造技术（三维双光子光刻激光直写）直接打印高弹性聚合物材料组成的纳米点阵结构（最小特征尺寸约为260nm），然后通过磁控溅射手段将具有高强度的高熵合金材料均匀镀层在聚合物骨架的表面（厚度仅为14.2-126.1nm），从而实现了“1+1>2”的优异力学性能。该纳米点阵不仅保有聚合物材料的高弹性和良好的可恢复性，而且由于高熵合金纳米镀膜的存在，使得该纳米点阵兼具高强度的优点，从而使得该复合纳米点阵材料克服了早先微纳米点阵材料具有的强度与可恢复性之间相互制约的问题。　　 （a-h）复合纳米点阵材料的原位电镜压缩实验； （i,j）复合纳米点阵材料的比强度、单位体积能量吸收与其他微纳米多孔材料的比较 　　在论文中，研究团队首先展示了该复合纳米点阵材料的制备和微结构及其力学性能表征。通过原位扫描电镜压缩实验证实了复合纳米点阵材料同时具有高的强度和良好的可恢复性。该纳米点阵结构的比强度高达0.027MPa/kg·m3，最大压缩应变超过50%仍然可以实现几乎完全恢复，且单位体积能量吸收高达4.0MJ/m3，这一数值比自然界具有相同密度的多孔材料高1-3个数量级。研究结果同时表明，随着高熵合金镀层厚度的增加，压缩过程中主要变形机制发生从局部屈曲到脆性断裂的转变。当厚度介于14.2-50.0nm之间时，复合纳米点阵材料的比模量和比强度达到极大。 　　近年来，李晓雁副教授研究团队主要从事新型微纳米结构材料力学行为和力学性能的研究，在相关领域取得了多项重要的成果。相关工作发表在《自然材料》（Nature Materials）、《自然通讯》（Nature Communications）、《科学进展》（Science Advances）、《先进材料》（Advanced Materials）等期刊上。 　　清华大学航院李晓雁副教授、中国科学院金属所姚佳昊副研究员、李毅研究员和美国布朗大学高华健教授为本文的共同通讯作者。清华大学航院2013级博士生张璇为本文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、中组部青年相关人才计划项目的资金支持。 　　论文链接： https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b01241
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  • 《德国科学家开发的纤维增强复合材料有望代替金属，实现汽车轻量化》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-09-14
    • 汽车应该通过轻量化实现环保的目的。一个重要的方法是用与金属具有相同稳定性的纤维 - 塑料复合材料代替金属部件。来自德国Halle (Saale)的Fraunhofer Institute材料与系统微结构研究所的一个团队与合作伙伴共同开发了纤维增强塑料复合材料。这些复合材料不仅具有非常好的轻质性能，而且是在可再生原料基础上生产的。 纤维塑料复合材料是一种理想的轻质结构材料，它既具有高强度、高刚性、低密度，又具有良好的阻尼性能，耐腐蚀性。 在与德国北莱茵威斯特法伦州Wesel的BYK Chemie GmbH和德国德累斯顿的GK Concept GmbH的联合研究项目中，Fraunhofer IMWS开发了生物基连续纤维增强的半成品。这些半成品也被称为UD带，由平行叠加的连续纤维和基于聚乳酸的热塑性基质组成。通过将纤维加入聚乳酸从而形成环形纤维增强膜。对多个薄膜层进行叠加和热压可生成高性能板材。当进一步处理这些时，组件中的纤维取向可以在以后的应用中直接适应负载。 Fraunhofer IMWS热塑性塑料的纤维复合半成品组的负责人Ivonne Jahn表示我们将高质量的生物基纤维与作为主料的热塑性基质相连，从而获得具有非常好的机械性能的材料，例如弯曲和拉伸性能。我们的开发工作对于可持续轻质结构的应用是非常好的促进。与GKC GmbH合作，他们在Schkopau的Fraunhofer Pilot Plant Center聚合物合成和加工PAZ的同事们使用混合注塑和压制方法生产各种样品先导组件，例如扶手指示器。 此类技术和材料的发展为这些生物聚合物基复合材料未来在汽车制造业的使用奠定了基础。Ivonne Jahn预见了多种可能应用生物UD磁带领域：复合层压板性能变得越来越好。例如在以后的工业规模下，就可以为汽车内饰制造出更经济的专用部件。工厂中心现有的创新和先进工艺，加上新的材料组合，增加了未来轻量化建筑的潜力。因此生物基复合材料对于新一代材料应用是不可或缺的。
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