纖維增強熱塑性復合材料
關注創建者：晉源貔貅 創建時間：2018-07-27
纖維增強熱塑性復合材料的視頻教程
ABAQUS-復合材料工程應用案例四-芳綸纖維增強樹脂基復合材料切削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復合材料切削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復合材料的材料本構參數設置、網格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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ABAQUS-復合材料工程應用案例五-芳綸纖維增強樹脂基復合材料鉆削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復合材料鉆削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復合材料的材料本構參數設置、網格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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纖維增強熱塑性復合材料的實例教程
來源：SAMPE
作者：姚志佳
一、概述
連續纖維增強熱塑性復合材料由于其輕質、高剛度、高韌性等特性，在汽車工業，航空航天，軍工，電子等諸多領域已經廣泛的應用。連續纖維增強熱塑性復合材料（CFRTP）是以連續纖維作為增強材料，以熱塑性樹脂為基體，通過將熱塑性樹脂熔融浸漬的工藝制造的高強度、高剛性、高韌性的復合材料。可選用的增強材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、植物纖維、以及玄武巖纖維。可以選用的樹脂基體有PP、PE、PA6、PA66、PC、PET、TPU、PPS、PEEK等。根據產品性能及成型要求的不同，增強材料的形態可以是單向的，也可以是織物。
盡管短纖維和長纖維熱塑性復合材料占整個熱塑性復合材料市場的主導地位。但由于連續纖維獨特的特點，近年來國際上連續纖維增強熱塑性復合材料市場仍然保持著快速增長，國外行業巨頭也正將連續纖維增強的熱塑性復合材料及相關企業作為重點開發方向和并購的首選標的。其中朗盛收購了德國Bond-Laminates、三菱收購QPC、東麗公司收購荷蘭的Tencate；而韓華、巴斯夫、科思創、英力士等化工巨頭也都推出了相應的連續纖維增強熱塑性復合材料。
目前，掌握連續纖維增強熱塑性復合材料技術的企業主要集中在德國、荷蘭、英國、美國等少數歐美國家。我國有部分企業掌握了一部分連續纖維增強熱塑性復合材料的技術，但是在連續纖維增強特種工程塑料復合材料方面，我國與國外依舊存在非常大的差距。
展開 此外，在飛行器服役過程中的沖擊載荷、高低溫環境、濕熱環境等均對復合材料的使用提出了較高的要求。連續纖維增強高性能熱塑性復合材料（CF/PEEK，CF/PPS等），相比于傳統熱固性復合材料，具有更明顯的性能優勢，滿足航空領域應用的多種需求。隨著國外基礎研究的深入和工業制造能力的提升，以及材料成本和制造成本的降低，近年來CF/PEEK熱塑性復合材料憑借優異的性能開始在眾多領域開展應用研究。目前，處于研究階段的部件主要集中在航空、航天、船舶、石油以及高端民用制造領域。部分已經應用和正在科研攻堅的部件如圖5所示，這些應用和研究進展表明連續纖維增強高性能熱塑性復合材料，尤其是CF/PEEK熱塑性復合材料的廣闊前景。
圖5 CF/PEEK熱塑性復合材料已經應用和正在研發的部件實例
（a）衛星支架或蒙皮；（b）機翼前緣；（c）彈艙門；（d）發動機機匣和風扇葉片；（e）直升機旋翼槳轂和起降支承；（f）采油管道
國內對于連續纖維增強高性能熱塑性復合材料制件的結構設計與應用尚處于起步階段，高性能熱塑性復合材料的上游材料即高性能熱塑性預浸料的批量化生產尚屬空白，追趕國外高性能熱塑性復合材料設計和制造技術，積累國內熱塑性復合材料設計和制造經驗仍是當前研究的重要內容。
原文出處：
連續纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料的制備與應用（點擊“題目”可鏈接全文）
肇 研，劉寒松
2020, 48(8): 49-61
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000209
展開 科思創宣稱：他們最近推出了一款品牌名為Maezio的連續纖維增強熱塑性復合材料，這是一種在輕量化和靈活性上均優于金屬的材料。
我在四月份的博客上曾經寫過：“對于世界上最大的電器制造商來說，將目光放在連續纖維熱塑性塑料上是一個明智的選擇。”這篇博客討論了以CFRTP為原料生產的高端空調的發展，這個項目是由材料供應商科思創和世界上最大的電器制造商海爾共同推進的。目前，科思創已經將這種材料注冊“Maezio”，這種材料是由含有聚碳酸酯（PC）、熱塑性聚氨酯（TPU）或其他熱塑性樹脂的碳纖維或玻璃纖維組成的。該公司在德國馬爾克特比巴爾特的生產現場進行單向強化磁帶和板材的制造。
CFRTP材料是由德國的科思創生產的
圖片來源:科思創
CFRTP項目的聯合首席執行官David Hartmann表示：“這個品牌賦予了我們一個明確有力的身份，使我們得以不斷提高在熱塑性復合材料方面的專業程度。我們相信，這種新材料能夠提供輕量的結構，一定的強度以及更大的規模來為新一代產品創造價值。”
科思創展示的各種成品都令人印象深刻。該公司的媒體頁面展示有一段視頻，視頻內容是來自供應鏈的多個參與者的采訪，他們都表示這種材料極具美感和設計靈活性，同時還能突破傳統金屬和塑料一直存在的重量和厚度問題。
該公司品牌名為“Maezio”的CFRTP材料具有強度高、輕量化和美觀的特點，能夠生產出無數的產品，給設計師的創造性設計帶來機會。
圖片來源：科思創
多市場大規模生產
該公司聲稱，成本效益和靈活制造工藝的缺乏給先進復合材料的廣泛傳播帶來了極大的阻礙。該公司在其媒體新聞稿中指出，復合材料也很難集成到大容量的產品中，而Maezio正在逐漸改變這一點：
這些創新材料可以有效提升全球范圍內的資源保護力度和能源效率。
展開 來自特種化學品公司朗盛的Tepex dynalite連續纖維增強熱塑性復合材料板材，能夠被用于制造采用汽車輕量化設計的高度集成的更大型的結構部件，比如，梅賽德斯-奔馳GLE SUV 的前端支架，它包括兩個焊接的由聚丙烯基Tepex dynalite 104-RG600(3)/47%材料制成的復合材料半殼，截面尺寸大約是1.2 m長、0.35 m寬，兩個半殼在一副擁有兩個型腔的注塑模具中采用一種混合模塑工藝被制成，這涉及正在形成的訂制復合材料預切割，以及同時通過注塑成型而提供附加的功能。“這種高度集成的一次注射的生產工藝擁有非常高的成本效益，且成型周期短。由這兩個半殼制成的前端支架，重量比采用鋼板制成的同類設計輕約30%，同時提供了出色的碰撞性能和扭轉剛度。”朗盛高性能材料業務單元Tepex Automotive負責人 Henrik Plaggenborg解釋道。鳳凰改性環氧樹脂廠家https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48359.html
梅賽德斯-奔馳GLE SUV的前端支架包括由Tepex dynalite 104-RG600(3)/47%材料制成的兩個焊接的復合材料半殼，增強的玻璃纖維粗紗賦予了部件碳纖維一樣的運動外觀（圖片來自梅賽德斯-奔馳）
無需在引擎罩鎖扣周圍進行加強
該前端支架是由梅賽德斯-奔馳技術中心、朗盛和其他行業合作伙伴協同開發的產品，其空心的截面，連同復合材料的強度和剛性，為這一至關重要的安全部件提供了優良的碰撞性能。其良好的機械彈性，也通過“無需用鋼板來加強引擎罩鎖扣周圍區域”而得到了證明，而這種加強在純粹注塑成型的前端支架上是常見的。
高水平的功能集成
該前端支架擁有許多為發動機提供新鮮空氣的開口和管道，這些開口和管道是在混合成型工藝的注射成型階段被創建的，之后再對兩個半殼進行焊接。
展開 美國密歇根州陸軍坦克、汽車研究開發和工程中心（TARDEC）的三位研究人員最近發表了一項名為“通過熔融長絲制造連續纖維增強復合材料表征”的研究，該研究用于連續碳在Mark Two 3D打印機上打印纖維增強熱塑性復合材料部件。
研究人員表示：“目前的工作重點是通過連續長絲制造（CFF）連續纖維增強樣品的拉伸性能。在有和沒有連續碳纖維增強的情況下，在多個方向上測試樣品。當將0碳纖維增強試樣與沒有連續增強的試樣進行比較時，平均屈服強度，拉伸強度和彈性模量分別增加20倍，15倍和240倍。當將具有90取向連續增強的試樣的結果與0試樣進行比較時，屈服強度下降60％，拉伸強度下降62％，彈性模量下降52％。這些結果表明，當垂直于纖維取向施加載荷時，機械性能明顯降低。通過垂直豎立在印刷床上的印刷樣品測試相鄰層之間的粘合性。這些樣本的所有樣本的強度最低。作者建議按照ASTM D3039-17使用帶有粘接片的矩形樣品進行測試，以減少樣本遇到的纖維排列問題。“
由于大多數3D打印部件是自下而上構建的，因此平面外材料特性比平面內部特性要弱。當連續纖維發生面內印刷時，完成的部件可以具有增加的剛度和面內強度，但是研究人員并不清楚連續纖維增強件如何影響制造部件的機械各向異性。
“為了讓設計工程師在結構應用中使用連續纖維增強AM部件，他們將需要這些材料的三維機械性能，”研究人員解釋說。
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突破長度極限，開啟制造新紀元
在高端復合材料領域，長度一直是衡量制造能力的核心標尺。傳統CF/PEEK單向帶受限于工藝瓶頸，往往只能提供數十米至數百米的斷續產品，接頭頻繁、性能波動、效率低下成為困擾行業的頑疾。
如今，江蘇君華特種高分子材料股份有限公司自豪地推出連續長度1000米CF/PEEK預浸帶（LU-CF/PEEK）—這不是簡單的數字疊加，而是熱塑性預浸料制造技術的革命性跨越。
在此背景下，以連續纖維增強熱塑性復合材料（Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic， CFRTP） 為代表的輕量化高性能材料方案應運而生，正引領一場從“金屬護甲”到“復合材料鎧甲”的靜默革命。
圖3 底盤全方位保護5件套
在這場材料革新中，我國材料科技企業已走在前列。
隨著汽車、航天與消費性電子等產業對輕量化高性能材料的需求日益提升，對于短纖∕長纖增強熱塑性塑料（Fiber Reinforced Thermoplastic，FRT）射出成型的先進模擬技術需求也隨之增加。然而，傳統的CAE方法往往無法準確模擬這些材料的行為。為了解決這項挑戰，AirGo與Moldex3D共同發表了最新白皮書《ATLAS-AI: Accurate yet Faster CAE Simulation
筆名：復材失效仿真
關鍵詞：纖維增強復合材料，航空航天，漸近損傷模型，有限元仿真，沖擊
復合材料結構漸進損傷研究
復合材料因其輕質高強廣泛應用于航空航天、交通運輸等領域。當復合材料具備復雜結構（如連接結構）或承受復雜工況（如沖擊載荷）時，層內損傷的模式包括多種損傷模式纖維/基體脫粘、基體開裂和纖維斷裂，從而引起復合材料結構漸進失效。為了模擬這些現象，漸進損傷模型（PDM）在過去二十年中常被使用并已被證明是一種有效的方法
精彩直播預告
連續纖維增強復合材料（CFRP）憑借高比強、高比模、良好的工藝性與耐久性，成為輕量化結構設計的核心材料體系，在航空航天、船舶、風機等領域得到廣泛應用。然而，受制于通用 CAE 軟件的能力局限，CFRP 結構至今缺乏成熟的疲勞分析方法，使得其疲勞耐久性評估過度依賴實驗驗證，難以實現高效仿真評估。雖然CFRP材料體系由于疲勞限較高，在部分場景下可通過 “靜強度覆蓋疲勞”
abaqus碳纖維復合材料熱固化模擬，球形件模型，chile模型，內附inp，CAE，ODB模型
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熱塑性聚氨酯(TPU)是一類性能優良的彈性體，具有較高的拉伸強度，達到6倍以上的伸長倍率。廣泛應用于建筑、汽車、電線和電纜。但是TPU極易被火焰點燃，快速燃燒，在燃燒的過程中伴隨著強烈的黑煙和致命的氣體產物，因此帶來較高的安全隱患。
通常添加型阻燃劑會對聚合物基體的機械性能造成明顯損害。特別是彈性體材料，阻燃劑的加入通常造成伸長率成倍下降。因此在彈性體阻燃中，需要針對性開發高效且與基體界面相容性好的阻燃體系
來源 | 復合材料學報，知網
作者 | 謝世紅1，高潔*1，寧來元2，鄭可1，馬永1，于盛旺1，賀志勇1
單位 | 1.太原理工大學材料科學與工程學院；2.豐聯科光電（洛陽）股份有限公司
原文 | DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20230714.001
