碳纤残存长度预测模型的建立与实验验证

纤维残存长度及其分布是影响纤维增强聚合物基复合材料性能的重要因素之一。通过对碳纤维在纯剪切流场中的受力断裂行为分析,建立了复合材料中碳纤残存长度和重均残存长度的预测模型,并借助密炼机混合实验,对上述2个模型进行了验证。结果表明:预测结果与实验结果误差在15%以内;随着转子转速的增加,碳纤残存长度和重均残存长度减小;随着混合时间的增加,纤维受到的累积解聚功增加,碳纤残存长度和重均残存长度减小。     

混炼设备结构对PP/GF复合材料中GF残存长度及其力学性能的影响

基于熔融共混法,分别采用双转子连续混炼挤出机和同向啮合双螺杆挤出机制备了20 %玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）复合材料,并对制备出的GFRPP复合材料中玻璃纤维残存长度及其力学性能进行了相应表征,在此基础上探讨了具有不同混炼特性的混炼设备结构对GFRPP复合材料中玻璃纤维残存长度及其力学性能的影响。结果表明,GFRPP复合材料的力学性能随玻璃纤维残存长度的增加而明显提高;双转子连续混炼挤出机相对于同向啮合双螺杆挤出机更有利于保留长玻璃纤维,同时适当减弱双转子连续混炼挤出机的转子的分散混合能力,降低转子转速,有利于提高玻璃纤维的残存长度,制备出更高性能的GFRPP复合材料。     

基于双转子连续混炼挤出机的PPS/CF复合材料制备及性能研究

采用双转子连续混炼挤出机并通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)增强聚苯硫醚(PPS)复合材料，并对其微观形貌、动态力学性能、力学性能和导电性能进行了研究，且对相关的影响因素进行了分析。结果表明，适当降低挤出机转子转速、提高CF含量可以改善PPS/CF复合材料的力学性能和导电性能；当转子转速为200r/min时，采用含量为20 % (质量分数，下同)的CF制得的PPS/CF复合材料的冲击强度达到49.94 J/m，体积电阻率达到60.65 Ω·cm，均优于纯PPS。     

腰鼓构型对混合性能的影响及其在制备CF/PVDF复合材料的应用

文章利用Polyflow软件,对密炼机叠片式转子和新型高拉伸腰鼓形转子的混炼流场特性进行了数值模拟。采用示踪粒子法(PTA)与实验验证的方法探讨了不同构型转子的分散与分布混合性能,并对所制备CF/PVDF复合材料的力学性能、CF残余长度及分布进行了表征。研究表明:腰鼓形转子混炼流场中较弱的剪切作用赋予复合材料中较长的碳纤残余长度,其较强的拉伸流动特性使碳纤在基体中得到良好分布,使CF对PVDF的增强作用更加显著。     

聚乳酸/剑麻复合材料流变性能表征

利用转矩流变仪测量流变特性的方法,表征了不同剑麻纤维含量下,聚乳酸(PLA)/剑麻复合材料的流变性能,并测量实验后纤维的长度和宽度、PLA分子量,分析剑麻纤维含量和转速对复合材料体系中纤维长度的影响,以及PLA降解情况。结果表明,复合材料的非牛顿指数在纤维含量为10%左右出现峰值,并进一步随含量的增加而减小。复合体系中,刚性剑麻纤维受到来自于转子、聚合物和纤维之间的作用力,纤维被剪短,长径比减小;聚乳酸会受到转速和纤维含量的影响发生降解,这些因素都会影响PLA/剑麻复合材料的流变性能。     

填料改性PTFE复合材料的性能

用MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机对4组填料填充PTFE复合材料摩擦磨损性能进行研究,并考察相同含量填料由一元增至三元对其摩擦学性能及力学性能的影响。结果表明:单一CF与其混合填料均能提高PTFE复合材料的硬度及压缩强度,降低比重,大幅增强PTFE耐磨性;混合填料改性效果更明显,其中三元填料改性效果最优,且CF/SiC纤维/石墨三元填料改性比CF/GF/石墨三元填料改性效果更佳;石墨、CF与SiC纤维协同效应更显著。     

碳纤维/玄武岩纤维/聚丙烯复合材料力学性能的研究

以碳纤维(CF)、玄武岩纤维(BF)、聚丙烯(PP)为原料,再与增容剂、抗氧剂混合制备改性PP粒料.讨论了 CF/BF复合纤维含量、CF与BF的配比、增容剂用量、抗氧剂用量、纤维添加方式对复合材料力学性能的影响.结果表明:CF/BF/PP复合材料中复合纤维的质量分数以20％～30％为宜;复合纤维中CF含量的增加能提高复...     

双转子连续混炼机混沌型转子混合性能的研究

在提出一种新型混沌型转子结构的基础上,运用Polyflow软件对其混炼过程进行三维非牛顿等温模拟,并借助于粒子示踪法对物料所经历的流场特性进行统计学分析;分析了转子结构和工艺参数对转子混合性能的影响,同时通过共混改性实验,对转子的混合效果进行了评估和表征。结果表明,高混沌型转子的分布混合能力有较大的提高,同时保持着良好的分散混合能力;混沌型转子制备的复合材料力学性能优于经典转子;转子转速的提高可以增强混沌转子的分散及分布混合能力,适当的加料速率是保证取得较好混合效果的关键因素。     

纤维增强PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

分别以玻璃纤维(GF)与碳纤维(CF)作为增强体制备了纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。利用MM-200型摩擦磨损试验机研究了GF/PTFE和CF/PTFE复合材料的摩擦磨损性能,以及不同体积分数的纤维增强体、不同载荷与滑动速度对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:GF与CF的引入有效地提高了复合材料的摩擦磨损性能,随纤维体积分数的增加,复合材料的摩擦因数逐渐增加;另外,随载荷的增加,复合材料的摩擦因数亦逐渐降低,但磨损率增大。     

连续碳纤维增强PPBES基复合材料的力学性能

以共聚型二氮杂萘联苯结构聚醚砜(PPBES)树脂为基体、连续碳纤维(CF)为增强体,通过溶液预浸、热压成型工艺制备单向复合材料.通过对树脂溶液黏度、复合材料纤维体积含量测试,复合材料样条三点弯曲、层间剪切试验,研究了纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,并借助SEM断面形貌分析了复合材料受力破坏模式.结果表明:CF/PPBES复合材料的弯曲强度随纤维体积含量的增加呈现先增大后减小的趋势,极值出现在CF体积分数60％时;弯曲模量和层间剪切强度随纤维体积含量的增加呈现逐渐增大的趋势;复合材料受力破坏模式以树脂基体内部破坏为主.     

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料制备及性能

使用实验室自制的叠片转子密炼机研究了相容剂含量、转子转速和混炼时间对聚丙烯(PP)/蒙脱土纳米复合材料流变及力学性能的影响。研究发现:相容剂含量对PP/蒙脱土纳米复合材料的力学性能和流变性能均有较大影响。随着相容剂含量增加,复合材料的抗拉强度不断增大。当蒙脱土与相容剂质量比为1∶2时,复合材料的抗拉强度和断裂伸长率达到最大值。复合材料的冲击强度随着相容剂含量的增加呈现先增大后减小的趋势。复合材料的力学性能随转子转速提高而降低。复合材料的抗拉强度和断裂伸长率随着混炼时间的增加而提高,冲击强度则随着混炼时间的增加而降低。     

采用新型变间隙转子混炼短纤维/橡胶复合材料

分析短纤维/橡胶复合材料的混炼机理,针对短纤维胶料混炼特点设计新型变间隙六棱同步转子。转子棱峰与密炼室内壁间隙影响短纤维在胶料中的混合和分散以及混炼胶中短纤维的长度。新型六棱同步转子采用变间隙设计,大间隙有助于短纤维的混合,小间隙有助于短纤维的分散。采用新型六棱同步转子可改善短纤维/橡胶复合材料的混炼质量和性能,并能够提高生产效率。     

纤维增强聚苯硫醚复合材料摩擦磨损性能的研究

分别以玻璃纤维(GF)与碳纤维(CF)作为增强体制备了聚苯硫醚(PPS)纤维增强复合材料。研究了GF/PPS和CF/PPS复合材料的摩擦磨损性能,以及不同体积分数的纤维增强体、不同载荷与滑动速度对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:GF与CF的引入有效地提高了复合材料的摩擦磨损性能;随纤维体积分数的增加复合材料的摩擦系数逐渐增加,随载荷的增加复合材料的摩擦系数逐渐降低,但磨损率增大。     

碳纤维—铜复合材料的制造及其断裂行为

本文在探讨碳纤维—铜(CF/Cu)复合材料制造工艺的基础上,对其弯曲强度进行了测定并对断口进行了观察和讨论。制造方法采用首先在碳纤维(CF)上进行化学镀,而后电镀、热压。结果表明,在CF预处理和镀覆合适的条件下,可以得到界面结合较好、均匀连续的镀铜复合丝。热压应选择不破坏该结合状态和不压断纤维的条件下进行。结合状态的不同引起了两种不同的断裂方式,进而影响到复合材料的强度。CF/Cu复合材料的弯曲强度与纤维含量(V_f)有关,但并不随V_f作单调增加。     

表面处理对碳纤维/聚苯硫醚复合材料性能的影响

以碳纤维(CF)平纹织物、聚苯硫醚(PPS)纤维为原材料,通过混杂铺丝及热压的方法制备出CF/PPS热塑性复合材料。研究了不同表面处理方法对CF表面官能团、碳(C)与氧(O)元素含量比、单丝拔出强度及复合材料两相浸润性、界面性能、力学性能等的影响。结果表明:丙酮处理可以有效去除CF的上浆剂,利于PPS熔体在CF之间的均匀分散与浸渍,在一定程度上提升了CF/PPS复合材料的力学性能;硝酸溶液处理可以增加CF平纹织物表面的O/C摩尔比,且CF表面轴向产生缺陷和沟壑;CF与PPS之间的界面剪切强度随硝酸处理时间的增加而明显增加,但CF/PPS复合材料的力学性能呈现先增加后降低的趋势;通过表面处理改善CF与PPS之间的浸润性以及界面相互作用力,可以提升CF/PPS复合材料的力学性能。     

环氧树脂/CF/亚麻纤维复合材料电磁屏蔽性能

电子电气设备等产生电磁辐射污染会严重影响到人体健康,并干扰设备的正常运行,解决电磁污染的关键是使用电磁屏蔽材料。采用模压工艺制备了具有电磁屏蔽功能的环氧树脂/碳纤维(CF)/亚麻纤维复合材料。借助矢量网络分析仪、热重分析仪、万能试验机、扫描电子显微镜(SEM)等研究CF粉对复合材料的电磁屏蔽性能(EMI SE)、热稳定性和力学性能的影响。结果表明,复合材料的弯曲强度随着CF粉含量的增加而增加,并在其质量分数为30%时达到最大值,为102.5 MPa,与未加CF的材料相比较,提高了31.1%,此后进一步增加CF粉含量,复合材料的弯曲强度开始下降。SEM证实,复合材料力学性能的提高来源于CF与环氧树脂界面性能的改善。CF粉的加入提高了环氧树脂/亚麻纤维复合材料的热稳定性,热分解温度从206℃提高到268℃。同时复合材料的体积电阻率随着CF粉含量的增加而下降,从0.65Ω·cm降至0.132Ω·cm。在8.4～12.4 GHz电磁波范围内,环氧树脂/CF/亚麻纤维复合材料的EMI SE达到20 dB以上,基本满足商业要求。     

芦苇/碳纤维增强PP/EVA复合材料的制备及性能研究

采用双辊开炼机将芦苇纤维(LF)、碳纤维(CF)与聚丙烯(PP)、聚醋酸乙烯酯(EVA)进行熔融共混,制备了PP/EVA/LF/CF复合材料,以及LF经碱处理、CF经硫酸/硅烷偶联剂处理后,制备了PP/EVA/改性芦苇纤维(ALF)/改性碳纤维(SSi CF)复合材料,研究了2种纤维复配质量比对复合材料力学性能的影响,探讨了复配改性纤维对复合材料接触角、热稳定性的影响。结果表明:当LF与CF复配质量比为1∶5时,PP/EVA/LF/CF复合材料的综合力学性能较好;与PP/EVA复合材料相比,ALF与SSi CF复配质量比为1∶5时,PP/EVA/ALF/SSi CF的拉伸强度提高了11.13 MPa,弯曲强度提高了16.31MPa,冲击强度降低;PP/EVA/ALF/SSi CF复合材料较PP/EVA复合材料的表面亲水接触角提高了7°,残炭率由0增加至23.1%,热稳定性明显提高。     

多环混合复合材料飞轮应力分析与结构设计

基于线弹性理论,考虑纤维缠绕复合材料各向异性,建立了多环混合复合材料飞轮过盈配合的平面应力分析理论模型,并通过有限元验证了模型的正确性。利用建立的复合材料飞轮转子力学分析模型,研究了各复合材料环模量比值、环数、环厚度以及环间过盈量分布对静止和高速旋转飞轮转子应力分布的影响。结果表明,多环混合复合材料转子中,各因素相互影响,共同作用,当各环复合材料模量比、厚度从内到外依次增加,同时优先保证轮毂与内环环间的大过盈量时,可以有效改善在高速旋转载荷下转子应力的分布,提高复合材料层间强度,避免层间脱开。在此基础上,设计了一种玻璃纤维、T700、T800组成的三环过盈装配的高储能密度超导磁悬浮储能复合材料飞轮,并用三维有限元模型进行了验证。     

CF/ASA复合材料的电磁屏蔽性能影响因素

通过填料分散复合法制备CF/ASA(苯乙烯、丙烯晴和丙烯酸酯类橡胶体的接枝共聚物)复合材料,研究CF的长度及含量对复合材料电磁屏蔽效能的影响,并且,对其导电性和微观形貌进行表征。激光共聚焦显微镜研究结果显示,复合材料内部碳纤维分散均匀,碳纤维之间相互搭接形成了较好的导电网络。分析表明,随着导电性的提升,复合材料电磁屏蔽性能逐渐提升;随着纤维含量的增加,复合材料的膜电阻逐渐减小,其电磁屏蔽效能得到提高,当碳纤维含量为29%、碳纤维长度为6 mm的复合材料样品膜电阻最小,其值为23.36Ω/sq,而有效屏蔽带宽达到最大,其值为6 GHz,电磁屏蔽性能最优。电磁波频率在10～15 GHz范围内,复合材料具有较好的电磁屏蔽性能,并且,碳纤维长度越长,复合材料电磁屏蔽效能越好。     

双转子连续混炼机混炼过程和原理的研究

研究了双转子连续混炼机的混炼过程和混炼原理,并建立了混合过程的数学和物理模型。研究结果表明,转子组合（螺棱交汇区的长度）、转子转速、螺棱顶部与混炼腔内壁之间的间隙、嵌入块形状和卸料门开启度是影响混合过程的主要参数。