UHMWPE纤维增强LDPE复合材料的界面形态研究

为实现聚乙烯单聚合物复合材料(PE SPC)的嵌件注射成型,研究基体与增强体间的界面非常关键.本文采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强低密度聚乙烯(LDPE)基体,对纤维和基体进行了差示扫描量热仪测试,在偏光显微镜下模拟了基体与纤维的复合过程,研究不同因素对复合材料界面结晶形态的影响.根据DSC确定了UHMWPE和LDPE复合的温度范围在110.98~147.14℃;合适的温度和剪切作用都有利于界面横晶的产生,从而使基体和纤维产生更好的粘结,提高复合材料的力学性能;温度比剪切的影响更大,注射温度设置在125~135℃可在保证纤维与基体复合的情况下不破坏纤维的增强作用;纤维丝之间会相互影响界面结晶形态,部分界面有横晶产生,说明在实际注射成型过程中纤维束或纤维布的结构对基体渗透和界面形成有较大影响.     

界面脱粘对正交铺设SiC/CAS复合材料基体开裂的影响

采用细观力学方法研究了正交铺设SiC/CAS复合材料在单轴拉伸载荷作用下界面脱粘对基体开裂的影响。采用断裂力学界面脱粘准则确定了0°铺层纤维/基体界面脱粘长度, 结合能量平衡法得到了主裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式3)和次裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式5)的临界开裂应力, 讨论了纤维/基体界面剪应力、 界面脱粘能对基体开裂应力的影响。结果表明, 模式3和模式5的基体开裂应力随纤维/基体界面剪应力、 界面脱粘能的增加而增加。将这一结果与Chiang考虑界面脱粘对单向纤维增强陶瓷基复合材料初始基体开裂影响的试验研究结果进行对比表明, 该变化趋势与单向SiC增强玻璃陶瓷基复合材料的试验研究结果一致。     

植物纤维增强生物质基聚氨酯复合材料研究进展

以生物质原料如木质纤维、植物油等为起始原料,制得生物质基多元醇,进而得到生物质基聚氨酯,这种聚氨酯与植物纤维复合所得的材料具有良好的力学性能。在植物纤维增强树脂基复合材料中,亲水性的植物纤维与疏水性的树脂基体相容性较差,对植物纤维进行表面改性可改善其相容性。碱处理可除去纤维表面的杂质、半纤维素和木质素,使表面粗糙度增加,有利于纤维与基体之间形成机械互锁,增强界面结合。纤维形态和纤维含量对其在基体中的分散性、界面性质以及复合材料的力学性能都有影响。长纤维容易缠绕,产生应力集中;粒状纤维尺寸较小时,界面结合较好;纤维含量过高时在基体中的分散和浸润性变差。植物纤维的亲水性促进了复合材料的吸水,更易于生物降解。     

陶瓷基复合材料界面结合强影响断裂过程的有限元研究

提出了纤维增强复合材料断裂有限元模型,该模型既用弹簧单元考虑了基体与纤维之间的分离,又用接触单元考虑了基体与纤维之间的摩擦,较真实地模拟了纤维增强复合材料的断裂过程。通过有限元计算,预测了基体与纤维之间的界面结合强度对整个复合材料断裂模式的影响。还对强弱两种不同基体弹性模量的材料进行进一步的探讨。对比其他文献 , 本文中预测结果与真实情况较为吻合。结果表明,对于纤维增强复合材料,不论是强基体还是弱基体,适中的界面结合强度有助于提高其韧性及整体抗拉强度。       

单纤维复合材料模型试样阻尼实验研究

本文首次采用单纤维增强的铝基丝状复合材料定量化地研究了复合材料界面的阻尼行为.对所采用的三种金属纤维复合试样的研究表明,复合材料对于应变幅的非线性变化来自纤维与基体界面,与基体组织特性无关.该结果对复合材料阻尼特性的设计具有参考意义.     

连续碳化硅纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料的制备技术及界面特性研究综述

连续碳化硅纤维(SiCf)由于具有比强度、比模量高,耐磨性、热稳定性好等性能优点,常作为增强体制备SiC纤维增强钛基复合材料。与钛合金基体相比,其具有密度更低、强度更高、疲劳蠕变性能大幅提升等优点,但横向性能却明显下降。因此,该类材料常被设计制作成单向增强性部件,广泛应用在航空航天等领域,如发动机的传动轴、整体叶环、盘类及风扇叶片等多种复合材料的结构件。碳化硅纤维增强钛基复合材料的性能主要由碳化硅纤维的性能、基体性能及纤维与基体之间的结合界面性能决定。目前批量生产的SiC纤维性能较差,界面结合状态与复合材料性能之间关系的研究开展较少,还不能为钛基复合材料构件设计提供足够的数据支持。因此,近年来研究者们主要从SiCf/Ti基复合材料力学行为的研究角度出发,探究不同基体及纤维类型、复合材料制备工艺方法、界面特性及产物对SiCf/Ti基复合材料界面结合力及破坏机制的影响,获得了大量有价值的数据,以期开发出成本低、产物稳定性好、可批量生产SiCf/Ti基复合材料的制造工艺方法。目前较为成熟的碳化硅纤维有英国DERA-Sigma公司提供的Sigma系列SiCf及美国Textron公司提供的SCS系列SiCf,后者强度最高达到6 200 MPa。SiCf/Ti基复合材料的制备工艺包括金属箔-纤维-金属箔工艺(FFF)、单层带工艺(MT)、基体-涂层纤维工艺(MCT)等,制备复合材料的工艺根据零部件的用途来定,FFF适用于制备板材等大尺寸构件,MCT适用于制备叶环、轴、管、叶片等复杂结构件。界面是增强体与基体之间的纽带和桥梁,界面结构设计、界面反应控制及反应产物均影响着界面的力学特性。在SiCf/Ti基复合材料的纤维和基体之间添加过渡层能够减缓它们之间的相互扩散及化学反应,过渡层选用反应层和惰性涂层组成的双层涂层较好。界面反应产物受涂层成分、基体组织、复合和热处理工艺、环境因素等的影响,增强纤维及基体性能、优选制备工艺、控制界面反应及产物有利于提高复合材料的力学性能。本文总结了连续SiC纤维(SiCf)增强钛基复合材料的应用研究现状,详述了SiCf/Ti基复合材料的钛合金基体材料、SiCf的种类及性能,SiCf与SiCf/Ti基复合材料的制备方法,分析了SiCf/Ti基复合材料界面结构设计及反应产物,阐明了界面力学特性与复合材料性能的关系,指出国内SiCf/Ti基复合材料发展的重点应放在高性能SiC纤维的研究与开发、界面层设计及界面与性能的关系以及复合材料分析检测手段三个方面,为SiCf/Ti基复合材料的制备及其今后的实际应用提供了参考。     

短纤维增强金属基复合材料基体中的应力分布及其变形特征

基体行为是影响随机分布短纤维增强金属基复合材料力学性能的一个重要因素。本文作者将在短纤维复合材料单纤维三维模型的基础上, 借助于弹塑性有限元分析方法, 研究在加载过程中, 不同纤维位向和界面结合状态下基体中的应力分布情况及基体的变形特征。研究表明, 该类复合材料中基体的应力分布情况和变形特征将受到纤维位向改变和界面结合强弱的显著影响。      

玻璃纤维增强热塑性有机复合材料界面强度及其对材料力学性能的影响

本文研究了 BK-10玻璃纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯两种热塑性有机基复合材料中纤维与基体界面强度的测量、控制及其对复合材料性能的影响。用有机硅烷耦联剂涂覆纤维表面可以提高纤维与基体的界面强度并相应提高复合材料的力学性能。实验发现四种基体纤维界面破坏形式分别存在于界面强度强和弱的韧性和脆性基体复合材料体系中。选用折光率相匹配的基体和纤维,适当控制制备工艺可以制备出光学透明的复合材料。     

云母和纤维组合增强聚丙烯复合材料Ⅱ.界面性能研究

用单丝拔出法测定了云母和纤维组俣增强聚丙烯合材料中纤维与基体之间的界面结合强度，测定了云母和纤维组合增强聚丙烯复合材料的结晶温度，动态储存模量和线膨胀系数，并计算了纤维因基体体积收缩而形成的径向热残余压缩应力和基体与纤维之间的摩擦系数，研究了云母对纤维和基体界面性能的影响，结果表明，云母的加入使纤维受到的残余应力增加，摩擦系数显著下降，导致基体与纤维界面的结合强度随云母含量的增加先上升后下降。     

界面相性态对纤维增强复合材料内应力传递的影响

本文用有限元法研究了具有基体裂纹的纤维增强复合材料内的应力传递问题.假设纤维与基体的界面为非理想的,文中运用“弹簧层”模型首先分析了在不同的组分弹性模量比、纤维体积含量与边界约束条件下,界面相性态对复合材料内的应力传递的影响,然后进一步考察了在几种典型的损伤模式下界面附近的应力分布情况.     

氧化铝／锌合金复合材料的凝固组织及其共晶转变模式

研究了氧化铝／锌合金复合材料的凝固组织及其共晶转变模式,结果表明,在复合材料中纤维与基体间存在致密界面层;合金元素通过适当的化学反应可改善纤维与基体间的结合;在凝固过程中,纤维／基体界面上的硅在共晶本的共生生长过程中起领先相作用,导致复合材料的共晶转变是由铝硅共晶转变和锌铝共晶转变两者组成。     

硅酸铝短纤维增强镁基复合材料的界面反应及其热力学分析

用晶化的硅酸铝短纤维作增强体, 用磷酸铝作黏结剂制得预制体, 用AZ91D作基体金属, 通过挤压浸渗工艺制备镁基复合材料。通过光学显微分析、 XRD衍射分析、 SEM扫描分析等, 初步观察研究了硅酸铝短纤维增强镁基复合材料的界面反应规律和反应产物。结果表明: 用硅酸铝短纤维增强AZ91D镁合金通过浸渗挤压法制备镁基复合材料是可行的; 镁与磷酸铝黏结剂反应后在界面上生成一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl₂O₄颗粒, 致使硅酸铝增强纤维和镁合金基体之间形成较强界面结合; 另外, 在硅酸铝短纤维的晶化处理过程中, 由于非晶态SiO₂的析出, 导致Mg₂Si脆性相在界面附近产生, 从而对该复合材料的力学性能产生一定影响。      

铝—氧化铝复合材料压缩时的高温金相观察

为了考察铝－氧化铝复合材料可热塑加工能力，利用高温金相显微镜，对其在４５０Ｃ和６００Ｃ压缩时组织地动态变化进行了观察，发现纤维可以随基体合金流动，但未发现纤维断裂和脱离基体现象。这表明纤维和基体接触面有坚固的粘结力，能随从基体到纤维间的较强载荷，该复合材料可以进行热塑加工。     

Microstructure and Eutectic Transformation of Squeeze Casting Alumina／Zinc Alloy Composites

Alumina fiber-reinforced zinc alloy composites were manufactured by squeeze casting, and the eutectic transformation in the zinc alloy composites was studied. The results indicate that there is a fine and close interface between the fiber and the matrix,and the alloy elements can improve the combination between the fibers and the matrix in the composites. The fibers can serve as the sites of heterogeneous nucleation of the eutectic in the zinc alloy during the solidification of the composites, and the silicon on the interface between the fibers and the matrix plays a leading role during the coupled growth of the eutectic so that the eutectic transformation of the composites consists of Al-Si eutectic transformation and Zn-Al eutectic transformation.     

高温下短纤维增强金属基复合材料界面的微观结构和热残余应力状态研究

利用透射电镜观察了δ-Al₂O₃短纤维增强Al-5.5Mg合金复合材料界面在不同环境温度下的微观结构特征。 同时, 基于该类复合材料的单纤维模型, 利用弹塑性有限元分析方法, 研究了在不同温度下界面热残余应力的大小和分布情况, 并讨论了热残余应力对界面行为的影响。 最后, 讨论了界面的微观结构和热残余应力特征对复合材料整体性能的影响。 研究表明, 不同环境温度下, 界面具有不同的微观结构和热残余应力特征, 这些特征的变化将引起复合材料整体性能的明显变化。     

碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展

综合评述了碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展.介绍了碳纤维增强体的优点和两种不同的去胶方法,比较了不同的碳纤维涂层和基体成分对复合材料界面状态的影响,并对今后碳纤维增强镁基复合材料的研究方向进行了展望.     

碳-铝复合材料浸渍成型工艺探讨

本文采用碳铝复合丝液相浸渍成型方法制得复合材料试样.经高温处理后的复合材料显微组织用光学和扫描电子显微镜进行观察,用气相色谱分析了碳化物的生成量并用X射线衍射鉴定反应的产物.本文讨论碳-铝复合丝高温浸渍中的行为,在高温下碳纤维和铝发生了界面反应,反应形成了碳化铝脆性层.并且指出脆性层生成与成型工艺条件有关,温度越高,时间越长,反应就越明显,由此显见选择适当的成型工艺、合适的纤维种类和结构及适当的涂层对防止界面反应是十分重要的.     

SMA 增强含损伤智能结构的失效研究

从细观角度出发, 运用变分原理着重对形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA) 增强含损伤智能结构的热、力学行为进行了分析, 给出了含损伤典型单元体的细观位移场、应力应变场的数学描述, 建立了SMA增强智能结构界面的失效判据, 并通过算例对失效判据进行了直观的几何描述。本文的结果为进一步研究智能结构的完整性提供了相应的理论支持。     

界面相多重开裂对纤维强度的影响

当纤维表面的界面相(如涂层)较脆时,纤维发生断裂之前界面相一般会发生多重开裂的损伤,这种损伤裂纹垂直于纤维轴向,故能导致纤维强度下降.本文以四相(纤维,界面相,基体,复合材料)圆柱体模型为基础,并假设界面脱粘后不再传递剪应力.首先用剪切滞后理论求得了界面相发生多重开裂后,纤维、界面相中的应力集中系数,以及界面上的剪应力,并同时考虑了纤维与界面相间界面部分脱粘的影响;然后,假设纤维强度统计特性用Weibull分布函数表示,从而根据界面相多重开裂在纤维中引起的应力集中系数K_f得到广纤维破坏概率的变化.最后利用界面脱粘区的大小,定性研究了界面剪切强度τ0对纤维强度的影响,结果表明:存在一个最佳的界面剪切强度τ0,使界面相多重开裂对纤维强度的影响最小.     

Improvement of the bonding interface in hybrid fiber/particle preform reinforced Al matrix composite

The bonding interface between the reinforcement and the matrix alloy in hybrid AZS fiber/SiC particle preform based aluminum metal matrix composites (Al MMCs) has been investigated as a function of reinforced particle size and the binder content. It is observed that high binder and large particle will result in a poor bonding interface. This has deleterious effects on the mechanical properties of the cast MMCs. Estimation of the binder thickness indicates that there exists a critical particle size above which the particles are not appropriate to be used in fabricating the hybrid fiber/particle preform based MMCs.