玻璃纤维增强复合材料 (GFRC) 在现代生活中无处不在。在任何时候,人们可能都站在 GFRC 组件 20 英尺范围内,无论是汽车、船、风力涡轮机还是住宅复合甲板。尽管它们无处不在,但目前处理使用寿命结束时的 GFRC 的方法并不理想。这些复合材料通常最终进入垃圾填埋场,占用大量空间并浪费了在新产品中重复使用这些材料的潜力。近年来,由于社交媒体平台的发展,人们对这一问题的关注度显著提高。风力涡轮机叶片在垃圾填埋场中广为流传的照片是可再生能源产生的罕见垃圾的缩影,也是试图为实际问题寻找真正解决方案的行业的挫折和创新的缩影。如果我们希望继续使用 GFRC,短期内需要采取权宜之计,例如将复合材料倾倒在垃圾填埋场或将废物用作水泥窑的替代燃料。但从长远来看,这些选择并不能为报废复合材料提供生态甚至人道主义负责的解决方案。2019 年,美国能源部向 Carbon Rivers(田纳西州诺克斯维尔)提供了一项小企业创新研究补助金 (SBIR),以探索复合材料循环经济的解决方案,主要关注风力涡轮机叶片。该公司成立于 2017 年,旨在利用
材料体现的碳包括在整个材料生命周期中释放的所有排放,从原材料提取到材料生命的尽头处置。截至2018年,建筑材料制造占全球CO 2排放量的11%。诸如水泥,混凝土,钢和玻璃之类的建筑材料是碳密集型的,最多占建筑物体现碳的50%。一些建筑材料,例如绝缘材料,是建筑物体现碳排放的相对较小的贡献者。隔热材料在建筑材料之间也是独特的,因为其特定目的是通过减少加热和冷却需求来减少建筑物的气候排放。根据美国能源部,供暖和冷却部的说法,约占典型房屋中使用的能源的50%。绝缘建筑物可以将供暖和冷却的能源消耗降低30%。4
这是以下文章的同行评审版本:Shang,Jian; Yu,Wancheng;王,雷; Xie,Chuan; Xu,冰雹; Wang,Wenshuo;黄,Qiyao; Zheng,Zijian(2023)。金属玻璃 - 纤维织物:一种新型的灵活,超轻质和3D电流电池的收集器。高级材料,35(26),已在https://doi.org/10.1002/adma.202211748上以最终形式出版。本文可以根据Wiley使用自算版版本的条款和条件来将其用于非商业目的。未经Wiley的明确许可或根据适用立法的法定权利的明确许可,本文可能不会增强,丰富或以其他方式转化为衍生作品。版权声明不得删除,遮盖或修改。该文章必须链接到Wiley在Wiley在线图书馆上的记录版本,并且必须禁止第三方通过平台,服务和网站提供任何嵌入,框架或以其他方式提供其文章或页面。
此外,玻璃纤维增强塑料 (GFRP) 和其他复合材料物品(例如船舶、飞机、汽车零件、风力涡轮机叶片等)的使用越来越多,导致废物积累率不断增长。通常情况下,GFRP 物品不易回收,因为组成材料基质的热固性树脂在固化过程之后不能轻易与增强纤维分离。因此,它们的生产、使用和报废遵循线性经济方案。目前,还没有针对这些材料的经济高效、环保或实用的回收解决方案。大多数情况下,它们只是被丢弃在垃圾填埋场;有时,为了节省处理成本,它们被非法遗弃在环境中,导致因纤维释放而造成的污染和潜在的健康问题。仅在欧洲,每年就有约 55 000 吨 GFRP 被送往垃圾填埋场 [9,10];尽管如此,欧盟还是设定了目标,到 2030 年,通过采用创新的回收/再利用方法,将最终进入垃圾填埋场的垃圾量减少 10%。[11]
随着对环境保护和能源需求不断增长的需求的越来越多,对可持续储能设备的研究变得越来越紧迫。1 - 4个锂离子电池已经迅速发展,但是有毒和易透明电池极为危险,因此近年来,无毒和安全的水性锌电池引起了很多关注。5 - 8个锌金属在水溶液中相对稳定,因此可以直接用作水性电池(AZB)的阳极电极。实际上,Zn金属电极具有许多优势,包括:9 - 11(1)高丰度和低价,(2)化学稳定性,(3)高理论能力(820 mA H G -1,5855 mA H CM -2)和(4)低氧化还原电位(-0.76 Vs vs. vs.sha)。在AZBS中,Zn 2+离子在AZB充电/放电期间在阳极电极处镀金/剥离,而树突和侧反应危害了电池的寿命和库仑的效率。12 - 14因此,Zn阳极的改进对于AZBS至关重要。
摘要:纤维增强聚合物复合材料由于其高刚度,正在成为传统金属材料修复和替代中的重要且方便的材料。复合材料在其使用寿命期间会承受不同类型的疲劳载荷。增强纤维增强聚合物复合材料在疲劳应力下的设计方法和预测模型的动力依赖于更精确和可靠的疲劳寿命评估技术。在拉伸-拉伸疲劳场景中研究了纤维体积分数和应力水平对玻璃纤维增强聚酯 (GFRP) 复合材料疲劳性能的影响。本研究的纤维体积分数设置为:20%、35% 和 50%。使用万能试验机对样品进行拉伸试验,并使用四种不同的预测模型验证杨氏模量。为了确定复合材料的失效模式和疲劳寿命,对聚酯基 GFRP 样品在五个应力水平下进行了评估,这五个应力水平分别为最大拉伸应力的 75%、65%、50%、40% 和 25%,直到发生断裂或达到五百万次疲劳循环。实验结果表明,玻璃纤维增强聚酯样品在高施加应力水平下发生纯拉伸失效,而在低应力水平下,失效模式受应力水平控制。最后,利用不同体积分数的 GFRP 复合材料样品的实验结果进行模型验证和比较,结果表明,所提出的框架在拉伸-拉伸疲劳状态下预测疲劳寿命与实验疲劳寿命具有可接受的相关性。
摘要:纤维增强聚合物复合材料由于其高刚度,正在成为传统金属材料修复和替代中的重要且方便的材料。复合材料在其使用寿命期间会承受不同类型的疲劳载荷。增强纤维增强聚合物复合材料在疲劳应力下的设计方法和预测模型的动力依赖于更精确和可靠的疲劳寿命评估技术。在拉伸-拉伸疲劳场景中研究了纤维体积分数和应力水平对玻璃纤维增强聚酯 (GFRP) 复合材料疲劳性能的影响。本研究的纤维体积分数设置为:20%、35% 和 50%。使用万能试验机对样品进行拉伸试验,并使用四种不同的预测模型验证杨氏模量。为了确定复合材料的失效模式和疲劳寿命,对聚酯基 GFRP 样品在五个应力水平下进行了评估,这五个应力水平分别为最大拉伸应力的 75%、65%、50%、40% 和 25%,直到发生断裂或达到五百万次疲劳循环。实验结果表明,玻璃纤维增强聚酯样品在高施加应力水平下发生纯拉伸失效,而在低应力水平下,失效模式受应力水平控制。最后,利用不同体积分数的 GFRP 复合材料样品的实验结果进行模型验证和比较,结果表明,所提出的框架在拉伸-拉伸疲劳状态下预测疲劳寿命与实验疲劳寿命具有可接受的相关性。
本研究的主要目的是研究夹层复合材料的分层损伤。夹层结构的这种损伤模式对结构行为尤其有害。芯部开裂和表面/芯部分离是软木团芯夹层结构中常见的失效模式。这些测试的夹层样品由软木团芯制成,夹在玻璃纤维聚酯(04 层层压板)之间作为表皮。实验研究包括精心制作不同类型的夹层样品,以确定它们在模式 I 中的断裂。双悬臂梁 (DCB) 样品通过初始裂纹的大小来区分。后者是通过在精心制作过程中在芯部和上层表皮之间放置具有不同初始裂纹长度(a= 30、40、50、60 和 70 毫米)的铝膜来获得的。裂纹的萌生