健身器械用碳纤维复合材料成型与性能研究

研究了模压温度、模压压力和模压时间对健身器械用碳纤维/聚碳酸酯复合材料宏观形貌、0°和45°方向拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明,随着模压温度的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料的拉伸强度和冲击功呈现先增加而后减小的特征,在模压温度为240℃时取得最大值;随着模压压力的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,当模压压力为6MPa,碳纤维/聚碳酸酯复合材料具有最佳拉伸强度和冲击韧性结合。随着模压时间的延长,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,在模压时间为10min时取得最大值。碳纤维/聚碳酸酯复合材料的适宜的模压成型工艺参数为:模压温度240℃、模压压力6MPa、模压时间10min。     

乒乓球拍用复合材料的成形工艺与性能研究

研究了成型温度和成型压力对兵乓球拍用碳纤维复合材料弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,随着成型温度和成型压力的增大,碳纤维复合材料的弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小特征,在成型温度为380℃、成型压力为4.7MPa时取得弯曲强度和弯曲模量最大值。随着成型温度和成型压力的增大,碳纤维复合材料的拉伸强度呈现先增加而后减小特征,在成型温度为380℃、成型压力为4.7MPa时取得拉伸强度最大值,为1.71GPa。碳纤维复合材料适宜的成型工艺为:成型温度380℃、成型压力4.7MPa。     

碳纤维增强聚苯硫醚复合材料感应焊接研究

以碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)层合板为研究对象,采用DOE方法优化设计感应焊接实验方案,研究焊接接头性能,并对其截面和断口形貌进行观察,揭示焊接工艺参数对焊接接头性能的影响机制。结果表明,通过DOE方法获得最佳焊接工艺参数(功率2.0kW、压力1.5MPa、时间3.0min),焊接接头最大单搭接剪切强度为13.87MPa,与实验验证结果(13.25MPa)相近;接头剪切强度随着焊接工艺参数值的增加,均呈现先增大后减小的变化趋势;在最佳焊接工艺参数下,焊接接头结合紧密,失效形式为不锈钢网的撕裂与纤维的断裂拔出,呈现出高剪切强度;而在过低或过高焊接工艺参数下,界面脱黏为主要失效形式,剪切强度较低。     

乒乓球拍用碳纤维板的制备与力学性能研究

采用上浆剂法对短切碳纤维进行了界面改性,并制备了乒乓球拍用短切碳纤维增强乙烯基酯树脂片状模塑料复合板,研究了短切碳纤维长度和压机压力对复合材料拉伸性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,随着碳纤维长度的增加,复合材料的弹性模量和拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,在碳纤维长度为3.9mm时取得弹性模量最大值,在碳纤维长度为9.7mm时取得拉伸强度最大值。当压机压力为2MPa时,复合材料的弹性模量约为12.8GPa;随着压机压力的增加,碳纤维复合材料的弹性模量呈现逐渐增加的趋势,在压机压力为10MPa时取得最大值,约32.2GPa,但是弹性模量提升幅度相对8MPa时较小,且断口中部分碳纤维在高压力下发生了断裂而被树脂基体填充。     

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。     

铺放成型工艺参数对复合材料板材弯曲强度和层间剪切强度的影响

为得出铺放成型过程中热风枪温度、铺放速度、压力辊压力、压力辊温度和底板温度五个工艺参数对复合材料板材弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)的影响,用自制连续玻璃纤维增强聚苯硫醚预浸带进行铺放成型实验制备复合材料板材,分别用正交试验和单因素实验研究其规律。结果表明,压力辊压力对板材ILSS影响最大,底板温度对ILSS影响最小,铺放速度对弯曲强度影响最大,压力辊温度对弯曲强度影响最小。在合适的范围内,降低铺放速度,升高压力辊压力,选择适中的热风枪温度、底板温度和压力辊温度,有利于材料弯曲性能和ILSS的提升。在铺放小车速度为40 cm/min、压力辊压力为0.4 MPa、压力辊温度为240℃、热风枪温度为340℃和底板温度为240℃的条件下,GF/PPS复合材料板材的层间剪切强度和弯曲强度达到最优值,分别为79.94 MPa和1097.37 MPa。     

中等分子量PP在动态保压单向流动场中的结构与性能研究

利用自行研制的能够方便改变工艺条件的新型动态保压注射成型(DPIM)装置,研究了中等分子量聚丙烯(PP)注射成型试样的结构与性能.研究表明:所得中等分子量PP试样的结构与性能与注射成型过程中的工艺条件有密切关系,如:振动压力、熔体温度等.振动压力、熔体温度对试样性能的影响呈二次曲线关系,拉伸强度随着振动压力的升高先提高而后减小,有一个最大值.拉伸强度同样也随着熔体温度的升高先提高后减小,有一个最大值.DSC曲线表明:动态试样熔融呈现明显的脊纤维晶和片晶两个熔融峰,而静态试样呈现明显的片晶熔融单峰.SEM照片显示静态试样剪切层结晶形态主要为球晶结构,动态试样剪切层产生明显的高度取向串晶结构.所有的测试结果表明:中等分子量PP在动态保压单向流动场中所得试样内部结晶由静态试样中的球晶转变成了串晶,且性能明显提高.     

图书馆书架用改性胶粘剂的制备与性能研究

为了提升图书馆书架用胶粘剂的胶接强度,研究了反应温度、反应时间、—OH与—NCO摩尔比、催化剂用量、热压温度和热压时间对聚氨酯胶粘剂中—NCO含量和胶粘剂试样剪切强度的影响。结果表明,胶粘剂体系中适宜的反应温度为70℃、反应时间为5 h、催化剂用量为0.1%、—OH与—NCO摩尔比为0.4。随热压时间的增加,试样的干状剪切强度(τ_d)和湿状剪切强度(τ_m)都先增大后保持稳定。随着热压温度(T_r)从130℃增至150℃,试样的τ_d和τ_m先增大后减小,当热压温度为140℃时取得最大值。在热压温度为140℃、热压时间为75 min时,胶粘剂试样具有最大的τ_d和τ_m,且为适宜的热压工艺参数。     

武术器械用碳纤维的表面改性与性能研究

采用表面涂层法对武术器械用碳纤维进行了表面改性处理,对比分析了原始碳纤维、表面涂覆ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层的碳纤维的表面形貌、物相组成和界面剪切强度,并分析了涂层层数对涂覆Y-ZrO_2涂层的碳纤维的表面形貌和界面剪切强度的影响。结果表明,ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层可以在碳纤维表面均匀涂覆,ZrO_2粉主要物相为m-ZrO_2和t-ZrO_2,Y-ZrO_2粉的主要物相为t-ZrO_2;随着温度的升高,碳纤维、碳纤维表面ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层都会发生不同程度的质量损失,但是Y-ZrO_2涂层的失重速率最小;在Y-ZrO_2涂层层数为4时,Y-ZrO_2涂层在碳纤维表面可以均匀完全涂覆且不会在碳纤维间产生Y-ZrO_2涂层剩余;随着Y-ZrO_2涂层层数的增加,界面剪切强度呈现先增加而后减小的特征,在Y-ZrO_2涂层层数为4时取得最大值。     

软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C材料弯曲行为

以z向穿插炭棒、x-y向铺层纤维束法编织的软硬混编4D炭纤维预制体为增强体,采用沥青液相浸渍/炭化法制备了4D-C/C复合材料,研究了材料z向(炭棒方向)高温弯曲行为及损伤机理。结果表明:在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,4D-C/C复合材料z向弯曲强度呈现先增加后减小的趋势,在室温~1 800℃时弯曲强度呈现增加的趋势,1 800℃后随着温度升高弯曲强度开始逐渐降低,但当温度达到2 100℃时其弯曲强度仍比室温下稍高。在室温~2 100℃范围,随着温度的升高,软硬混编预制体增强沥青基4D-C/C复合材料z向弯曲断裂应变一直呈增加的趋势,而弯曲弹性模量总体呈减小的趋势。室温下4D-C/C应力-应变曲线几乎为线性关系,高温下4D-C/C复合材料z向弯曲破坏更加趋向于非线性的破坏模式。损伤表征结果表明,随着温度的升高,材料破坏时的最大损伤逐渐增加。     

人造金刚石精密刀具钎焊工艺及切削磨损研究

利用光学显微镜、高频感应钎焊机、剪切强度仪等设备,对人造金刚石精密刀具(简称PCD刀具)的钎焊温度、钎焊时间、钎焊压力和切削磨损进行了研究。结果表明,随着钎焊温度的升高,PCD刀具的剪切强度逐渐变强,当钎焊温度升高至695℃时,刀具的剪切强度趋于稳定。随着钎焊时间的延长,刀具的剪切强度先增加后降低,当钎焊时间延长至15 s时,刀具的剪切强度最大为361 MPa。随着钎焊压力不断增大,刀具剪切强度先大幅增加后降低然后再小幅度增加,当钎焊压力为4 MPa时,刀具剪切强度最大。可见刀具的最优钎焊工艺为钎焊温度695℃、钎焊时间15 s、钎焊压力4 MPa,此钎焊工艺下刀具最耐磨。     

国产线性聚苯硫醚树脂流变行为研究

以国产线性聚苯硫醚树脂为原料,研究了分子质量、剪切速率、温度对PPS树脂流变行为的影响。随着剪切速率的增大,树脂的粘流活化能减小,结构化粘度随温度升高而减少。阐述了树脂流变性能与可纺性关系。研究表明剪切速率和温度共同影响着PPS的表观粘度:低剪切速率时,温度对表观粘度的影响明显;高剪切速率时,表观粘度对温度的依赖性降低。     

电热载荷对CFRP修理搭接接头剪切性能的影响

采用单层预浸料搭接简化构型,研究电热载荷对复合材料层板挖补修理搭接接头层间剪切性能的影响。通过自制的复合材料电热测试平台,测试了不同电流制度下,随搭接长度不同试样接头处温度分布。研究了不同电流强度下搭接接头温度变化规律,初步揭示了搭接接头长度-温度-电阻之间的关系,并对不同电流载荷下挖补搭接接头的层间剪切性能进行研究。研究结果表明,通电过程中,搭接区域温度升高较快,非搭接区域温度无明显变化。低电流时,电热促使接头树脂进一步固化,适当提高了接头搭接界面的粘接性能,其剪切强度略有上升;当通电电流过大时,接头温度急剧上升,对搭接区域产生过热损伤,降低了接头的剪切强度。     

进口聚苯硫醚树脂流变性能的研究

采用毛细管流变仪研究了日本聚苯硫醚(PPS)树脂的流变性能。结果表明:随着剪切速率的增加,PPS的表观粘度降低;当温度升高时,PPS的表观粘度也降低;剪切速率越高,温度对剪切速率的影响越小;随着温度的增加,非牛顿指数增加且趋近于1,PPS熔体为假塑性流体;PPS的粘流活化能随着温度的增加而减小;此外,随着温度的增加,结构粘度指数减小。     

聚苯硫醚的流变性能研究

采用毛细管流变仪研究了纤维级聚苯硫醚(PPS)的流变性能。结果表明,PPS在剪切速率为150～400s~(-1)时,会出现剪切增稠现象;剪切速率在400～1000 s~(-1)时,PPS熔体为假塑性流体,PPS的非牛顿指数随温度的升高而逐渐趋近于1,PPS熔体的表观粘度与温度之间的关系符合Arrhenius方程,PPS熔体的粘流活化能随剪切速率的增大而减小,减小的速度随剪切速率的增大而变慢。     

既有建筑隔震碳纤维复合材料的性能测试

采用快速模压成型法制备了建筑隔震碳纤维复合材料,研究了模压压力、加压温度和固化温度对碳纤维复合材料拉伸性能和摩擦性能的影响。结果表明,当模压压力从6 MPa上升至14 MPa时,碳纤维复合材料的拉伸强度和标准化拉伸强度都呈现先增加后减小,摩擦系数表现为先减小后增大;当加压温度从100℃上升至130℃时,碳纤维复合材料的拉伸强度和标准化拉伸强度都先增大后逐渐减小,摩擦系数表现为先减小后增大;当固化温度从130℃上升至160℃时,碳纤维复合材料的拉伸强度和标准化拉伸强度都先增大后逐渐减小,摩擦系数表现为先减小后增大的趋势。适宜的建筑隔震碳纤维复合材料制备工艺为：模压压力10 MPa、加压温度110℃、固化温度140℃。     

聚苯硫醚流变行为研究

采用高压毛细管流变仪研究了进口聚苯硫醚(PPS)树脂的流变性能,分析了剪切速率、温度对PPS树脂流变行为的影响。结果表明,PPS树脂的非牛顿指数均小于1;在低剪切速率下,PPS树脂的表观黏度对温度的依赖程度高于高剪切速率下的依赖程度;PPS树脂的黏流活化能随剪切速率的增加呈减小趋势,其结构黏度指数随温度升高而减小。     

乒乓球拍用碳纤维复合材料的改性与性能研究

在乒乓球拍用碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行了不同含量纳米微晶纤维素涂覆的改性处理,研究了纳米微晶纤维素含量对复合材料表面形貌、单丝拉伸强度、剪切强度和弯曲性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,硅烷化改性处理并不会对纳米微晶纤维素的形貌和尺寸产生显著改变;去除上浆剂后的碳纤维抗拉强度约为3.44GPa,剪切强度约为48.3MPa,碳纤维的弯曲强度和弯曲模量分别为418.3MPa和20.1GPa,随着AMEO-NCC含量增加,AMEO-NCC涂覆的碳纤维的单丝抗拉强度、剪切强度、弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小的特征,在AMEO-NCC含量为质量分数0.3%时取得单丝抗拉强度最大值,且都高于去除上浆剂后的碳纤维。     

保温时间对低体积分数SiCp/A356复合材料真空钎焊影响

在真空度为10-3 Pa、加热速率为20 ℃/min、加热温度为565℃的条件下,使用Al-5 Si-28Cu-Zn-Ti钎料,采用不同保温时间分别对体积分数20％的SiCP/A356复合材料进行真空钎焊,测定了钎焊接头的抗剪切强度以及接头显微硬度,分析了不同保温时间对钎焊接头性能的影响.结果表明,接头抗剪强度和焊缝硬度均随保温时间的延长先增加后减小.当保温时间25 min时,钎焊接头抗剪强度最大,为28.35 MPa,此时,焊缝硬度最高,为127.2HV.对比不同保温时间下钎焊接头综合性能,25 min保温时间最好.     

挤出工艺及螺杆组合对膨胀阻燃PP性能的影响

利用无卤膨胀阻燃剂对聚丙烯(PP)进行改性,研究了不同挤出工艺参数(温度、螺杆转速、喂料量)及螺杆组合对无卤膨胀阻燃PP材料性能[熔体流动速率(MFR)、力学性能、阻燃性能、颜色等]的影响。结果表明,随着喂料量的增加,材料的MFR、断裂伸长率和缺口冲击强度总体呈下降趋势,适宜的喂料量为60 kg/h;随着螺杆转速的增加,材料的MFR逐渐提高,断裂伸长率、缺口冲击强度和极限氧指数呈现先增加后降低的趋势,材料颜色逐渐变黄;随着挤出温度升高,材料的断裂伸长率和缺口冲击强度呈现先升高后降低的趋势;使用弱剪切螺杆组合时阻燃剂分散性能较差,使用集中强剪切螺杆组合时容易导致材料降解,使用分散多段剪切的螺杆组合时,材料的断裂伸长率、缺口冲击强度提升显著,分别比弱剪切螺杆组合生产的材料提高了80%和40.5%。当喂料量为60 kg/h、螺杆转速为500 r/min、挤出温度为180~200℃并采用分散多段剪切的螺杆组合时,无卤膨胀阻燃PP材料的综合性能最优。