晶须增强增韧聚合物基复合材料机理研究进展

简介了晶须增强增韧聚合物基复合材料研究的现状;并较全面地介绍了各种增强增韧机理,主要包括:裂纹桥接、裂纹偏转、拔出效应等机理。晶须增强增韧聚合物基复合材料主要表现在:(1)晶须导致基体局部应力状态改变;(2)晶须对基体结晶行为产生影响。文中还简要介绍了在实验过程中影响聚合物基晶须复合材料性能的几个重要的因素,如与界面相关的一系列因素和晶须在基体中含量、晶须在基体中的分散程度、晶须长径比以及在基体中的排列方向等。     

钛酸钾晶须填充新型PPESK的性能及形态研究

采用填料对含二氮杂萘结构的聚醚砜酮(PPESK)进行填充改性,能够快捷有效的提高其性能,为此采溶液共沉析的方法制备了含二氮杂萘结构的聚芳醚砜酮/钛酸钾晶须(PPESK/Whisker)复合材料.使用不同比例的钛酸酯偶联剂进行晶须表面处理,研究了晶须表面处理和晶须含量对PPESK复合材料机械性能的影响;考察了复合材料的热性能,并用扫描电镜观察了复合材料的形貌.结果表明,钛酸钾晶须作为填充材料,使得复合材料机械性能得到明显改善;对晶须进行适当的表面处理后,晶须与PPESK基体的相容得到改善.     

钛酸钾晶须改性聚合物基复合材料的研究

对钛酸钾晶须的特性及其在聚合物基复合材料方面的应用研究进行了综述。讨论了复合材料的制备工艺、晶须的表面处理对复合材料性能的影响。提出当前研究的主要问题所在。     

SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的力学性能

以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiCf/SiC-SiCw复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响.结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiCf/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20％的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6％,可达673.9 MPa.通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9％,8.8％和19.0％.     

晶须/聚合物基复合材料的研究

综述了钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须及有机晶须等在改性聚合物基复合材料中的研究概况，分析了这几种晶须在改性热塑性树脂基体的机械性能、热性能、摩擦磨损方面的应用，并讨论了影响复合材料性能的主要因素，提出了复合材料制备中存在的主要问题，及复合材料的制备工艺对晶须的表面改性研究是这一领域中的重要研究方向。     

晶须在复合材料中的应用

论述了几种类型晶须的性能及在增强陶瓷,金属及聚合物基复合材料中的应用状况,分析了晶须增强复合材料主要面临的几个问题,展望了其应用前景。     

碳纳米管/聚合物复合材料界面结合性能的研究进展

碳纳米管(CNT)优异的力学性能使其成为复合材料优选的增强体。CNT/聚合物复合材料的力学性能主要受其界面结合性能的影响。综述了CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究方法和研究现状。对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究,实验上采用微观表征技术、拉曼光谱分析技术和纳米力学拔出法,分子模拟方法则是通过对CNT施加位移或外力模拟CNT从聚合物基体中的抽拔过程。概述了聚合物的类型、晶态结构以及CNT的手性、功能化处理等因素对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的影响,并展望了CNT/聚合物复合材料界面结合性能未来研究的重点方向。     

硼酸盐晶须改性环氧树脂性能研究

以4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)/甲基纳狄克酸酐(MNA)体系作为树脂基体,分别以硼酸铝晶须和硼酸镁晶须为增强相,制备了晶须增强复合材料.研究了以不同的偶联剂表面处理的晶须对树脂体系力学性能的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)分析了复合材料弯曲断面的形貌.结果表明支化程度最高的硼酸酯偶联剂(tert-BE4)的表面处理效果最好,硼酸镁晶须/树脂体系的力学性能优于对应的树脂/硼酸铝晶须共混体系.     

钛酸钾晶须增强双马来酰亚胺树脂体系的研究

以钛酸钾晶须(TKw)为增强剂,以N,N'-二胺基二苯甲烷型双马来酰亚胺(BMI)/O,O'-二烯丙基双酚A(BA)树脂作为基体,制备了晶须增强热固性树脂基体复合材料.研究了晶须对树脂体系凝胶特性的影响,同时利用红外光谱分析研究了晶须对体系固化反应性的影响;考察了晶须的表面处理方法、含量及复合工艺对树脂体系力学性能和热性能的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)分析了材料的弯曲及冲击断口形貌.研究结果表明,在晶须添加质量分数约为15%左右,所制备的复合材料的综合性能较佳.     

硼酸铝晶须增强氰酸酯树脂的性能

采用硼酸铝(AlBw)晶须改性氰酸酯树脂制备出氰酸酯树脂/晶须复合材料,研究了表面处理和晶须用量对氰酸酯树脂体系的反应活性、复合材料力学性能以及耐湿热性的影响.结果表明,未经表面处理的AlBw晶须不能改善氰酸酯树脂体系的韧性,反而使树脂韧性下降,表面处理的晶须均可以改善树脂的力学性能,经硼酸酯偶联剂处理后的AlBw晶须使树脂体系冲击强度提高.采用硼酸酯偶联剂对AlBw晶须进行表面处理可明显改善晶须在树脂体系中的分散性.在晶须用量低于8%时,随着晶须加入量的增加,树脂体系的力学性能增大,氰酸酯树脂/晶须复合材料表现为韧性断裂并有明显的晶须拔出现象.晶须的加入使树脂体系耐热性和耐湿热性提高,加入8%的AlBw晶须使体系吸水率下降,冲击强度和弯曲强度保持率提高.     

Inorganic whiskers reinforced bismaleimide composites

The whisker-reinforced polymer composites have good friction and wear properties and widely used in many fields. Potassium titanate (K₂Ti₆O₁₃) whiskers have good properties, lower prices and show good foreground in whisker-reinforced polymer matrix composites. The surface properties of the whisker are vital for the performance of the reinforced composites. In this paper, the friction and wear properties of potassium titanate whiskers reinforced bismaleimide copmposites and the surfaces of whiskers treated by coupling agents were studied. Two coupling agents, a silane compound (KH550) and a titanate (NDZ311) were selected to treat the surface of K₂Ti₆O₁₃ whiskers, respectively. Three whisker-reinforced BMI composites, K₂Ti₆O₁₃/BMI, K₂Ti₆O₁₃ (KH550)/BMI and K₂Ti₆O₁₃ (NDZ311)/BMI, were prepared and their tribological behaviors were investigated. Results show that the wear-resistance of the matrix improved by the incorporation of whiskers into the matrix, while the improvement efficiency is depended on the nature of the surface of whiskers and whisker content. The composite containing KH550 treated whiskers has the best wear-resistance, and that containing untreated whiskers has the poorest wear-resistance among the three composites. Experiment results were explained from the point of the interfacial adhesion between the matrix and whiskers as well as the surface morphologies of worn surface and wear particles of the matrix and composites.     

Performance of Potassium Titanate Whisker Reinforced PPESK Composites

A group of poly (phthalazinone ether sulfone ketone)/potassium-titanate-whisker (PPSEK/whisker) composites was prepared by coprecipitation from solution. The whisker surface was modified using titanate coupling agent prior to blending. The tensile, impact, morphology and thermal properties of the moulded composites were investigated. The measurements showed that the tensile strength and impact strength of the composites increased with increasing whiskers content up to 10 to 20 phr, thereafter they showed a decrease in the whiskers content reached 40 phr. At the same time, the modulus of the composites increased with increasing whiskers content. Scanning electron microscopy studies revealed that the whiskers within the composites were dispersed uniformly by treated with coupling agent. Finally, thermogravimetric analysis showed that the heat resistance of the composites tended to increase with increasing whisker content. The results were analysed and discussed in terms of established models of the behavi     

不同偶联剂改性PTW对PP/GF复合材料性能的影响

目的研究六钛酸钾晶须表面改性对聚丙烯复合材料的力学性能影响,以探索最佳表面改性手段。方法分别采用硅烷偶联剂KH550、KH570、正十二烷基三甲氧基硅烷,钛酸酯偶联剂NDE311、改性六钛酸钾晶须(PTW),然后将改性过的六钛酸钾晶须、玻璃纤维、聚丙烯通过熔融共混制得聚PP/GF/PTW复合材料。结果比较六钛酸钾晶须经不同偶联剂改性前后对聚丙烯/玻璃纤维复合材料性能的影响,发现改性过的六钛酸钾晶须可改善复合材料的力学性能。比较不同偶联剂改性六钛酸钾晶须对聚丙烯/玻璃纤维复合材料性能的影响,发现经KH550偶联剂处理后,与未改性相比,复合材料的弯曲性能提高了58.63%,拉伸性能提高了16.07%,冲击性能提高了63.1%。结论六钛酸钾晶须经KH550偶联剂处理后,复合材料的综合性能最好。     

增强体含量对SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料强韧性的影响

采用流延-化学气相渗透(TC-CVI)工艺制备SiC晶须(SiC_W)/SiC层状陶瓷复合材料,研究了SiC_W含量对层状陶瓷复合材料力学性能和微观结构的影响,探讨了SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料的强韧化机制。结果表明:TC-CVI工艺能够有效提高复合材料中晶须含量(40vol%),减少制备过程对晶须损伤,所制备的SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料具有合适的层内及层间界面结合强度。随着SiC_W含量增加,层状陶瓷复合材料的密度和力学性能均有明显提高。含40vol%晶须的SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料的密度、弯曲强度和断裂韧性均比含25vol%晶须的分别提高了8.4%、30.8%和26.7%。断口形貌中能够观察到层间及层内的裂纹偏转,层内的裂纹桥接和晶须拔出等,这些为主要的增韧机制。高含量SiC_W及合适的层间和层内界面结合强度,对提高SiC_W/SiC层状陶瓷复合材料强韧性有明显作用。     

Effect of whisker surface treatment on the mechanical properties of 20vol%SiCw/BAS glass-ceramic composites

20vol%SiCw/BAS (barium aluminosilicate) composites with as-received, acid-leached and heat-treated whiskers were fabricated by a hot-pressing technique and their mechanical properties were evaluated. The whiskers used in these composites were characterized using Auger electron spectrometry (AES) and scanning electron microscopy (SEM), and the observations were correlated with the mechanical properties. The results show that the oxygen content of the whisker surfaces was reduced by the hydrogen fluoride (HF) acid-leaching treatment and the surface geometry of whiskers was smoothed by the heat-treatment in an inert gas atmosphere. The corresponding composites show an obvious increase (18% and 31%, respectively) in toughness compared with the composites reinforced with as-received whiskers. Fracture surfaces revealed evidence of toughening by the mechanisms of crack deflection, crack bridging and whisker pullout for the composites with surface treated whiskers.     

偶联剂对硼酸铝晶须/双马来酰亚胺性能的影响

应用自行合成的一类新型硼酸酯偶联剂及硅烷偶联剂等对硼酸铝晶须进行表面处理,考察了硼酸铝晶须对双马来酰亚胺树脂体系性能的影响.结果表明,硼酸酯处理后的晶须对材料的改性作用较硅烷更加显著;硼酸铝晶须添加到双马来酰亚胺树脂中后,材料的弯曲强度在晶须含量为5%时达到最大值,而后随晶须含量的增大稍有下降;随晶须添加量的增大材料的弯曲模量和耐热性逐渐提高;经硼酸酯处理的晶须与树脂基体具有更好的界面粘接.     

团簇对粉末热挤压铝基复合材料力学性能的影响

为明确晶须团簇行为对材料力学性能的影响,采用粉末热挤压法制备了硼酸镁晶须增强铝基复合材料,对不同含量的晶须增强铝基复合材料进行了力学性能测试,并基于载荷传递模式提出相应的模型对材料强度进行预测.结果表明:随着硼酸镁晶须含量的增加,团簇加剧;当晶须体积分数大于10%时,材料力学性能降低;提出的模型考虑了团簇因素,成功预测了复合材料的实验强度.     

碳化硅晶须补强氧化铝复合材料的制备及其力学性能

本论文利用商用γ-Al₂O₃粉体和上海硅酸盐所制备的碳化硅晶须,通过热压工艺来制备碳化硅晶须补强氧化铝复合材料．当晶须含量为30vol％时,室温下复合材料的抗弯强度为812±38MPa,断裂韧性为8．8±0．1MPa·m^1／2;在1200℃、Ar气氛下,分别为560±61MPa和6．1±0．4MPam^1／2．在氮气氛下,由于晶须的损伤易导致材料的力学性能下降．添加剂可降低复合材料的烧结温度,但不利于其力学性能．显微结构观察发现,不同温度下,AS复合材料的增韧机理有变化．