三维编织碳纤维/环氧复合材料的吸湿特性及外应力的影响

采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C_3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C_3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。 结果表明,与环氧树脂不同,C_3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C_3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。     

碳化硼颗粒/镁合金复合材料的工艺与性能

本文探索了制造碳化硼颗粒/镁合金(B₄C_p/ZM5)复合材料的挤压铸造工艺和复合材料坯件的二次加工性能,测试了B₄C_p/ZM5的抗压强度、硬度、密度等性能,结果表明:碳化硼颗粒/镁合金复合材料具有低密度、高强度、高硬度、良好的成型性能和二次加工性能。     

声波作用下的单圆柱绕流及传热特性数值研究

为了研究声波对单圆柱绕流流动和传热特性的影响,建立了流场、声场、对流传热多物理场耦合的二维数学模型,并利用有限元软件COMSOL进行数值模拟。结果表明：（1）当频率f=50 Hz、声压级L_SP=123～149 dB时,斯特劳哈尔数Sr随声压级增大而减小,圆柱表面压力系数C_P随声压级增大而增大;（2）L_SP=143 dB、f=20～80 Hz时,斯特劳哈尔数Sr、压力系数C_P均随频率f增大而增大;（3）对比f=50 Hz、L_SP=143 dB声波作用与无声波作用的情况,阻力系数C_DF和升力系数C_DL都呈周期性变化,但有声波作用时振幅增大;（4）声波作用会促进圆柱表面热量传递,但当L_SP>143 dB,圆柱表面局部努塞尔数Nu_θ开始减小。该研究结果为强化圆柱绕流传热提供了理论研究基础。     

Cf-ZrW2O8/9621复合材料制备及碳纤维和ZrW2O8含量对其热膨胀的影响

热膨胀是影响复合材料性能和使用寿命的主要因素之一。为研究具有低/负热膨胀的复合材料,本文以碳纤维粉、ZrW₂O₈颗粒和环氧树脂为原料,采用模压法制备了C_f-ZrW₂O₈/9621环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维粉和ZrW₂O₈颗粒含量对复合材料热膨胀行为的影响规律,并分析了不同温度区间内C_f-ZrW₂O₈/9621环氧树脂基复合材料热膨胀的变化规律。研究结果表明:在30~200 ℃范围内,当ZrW₂O₈颗粒含量不变时,随着碳纤维粉含量的增加复合材料的平均热膨胀系数逐渐降低,其中碳纤维粉含量增加到12%时,复合材料的平均热膨胀系数最低,为29.9×10^{-6/℃,降低了约60%;当碳纤维粉含量不变时,ZrW₂O₈颗粒含量逐渐增加到12%时,复合材料的平均热膨胀系数呈现先减小后增加的趋势,当ZrW₂O₈颗粒含量为9%时,复合材料的热膨胀系数最低,为40.8×10-6}/℃,降低了约28%。在30~200 ℃范围内,C_f-ZrW₂O₈/9621复合材料在热膨胀过程中,温度升高后试样长度的变化量dL与试样原始长度L₀的比值出现增加、减小和增加3个阶段。碳纤维粉和ZrW₂O₈颗粒均能够降低复合材料的热膨胀系数,但碳纤维粉降低复合材料热膨胀的效果比ZrW₂O₈颗粒更好些。     

短纤维增强透气性莫来石/铁(A3S2/Fe)复合材料烧结特性的研究

本文研究了A₃S₂/Fe复合材料的烧结特性、透气性和纤维增强效果,分析了烧结过程中材料宏观结构和微观组织的形成机理.实验结果表明:纤维增强A₃S₂/Fe复合材料在900～1000℃具有良好的烧结性能,烧成后表层存在一定厚度的硬化层;纤维增强效果显着.材料抗压强度达17～23MPa,相对透气系数为4.30～9.69cm3/(cm2·s·atm).已能满足实际应用的需要.     

交联对聚乙烯醇/明胶生物复合材料溶胀性能的影响

采用溶液共混法制备了聚乙烯醇/明胶（PVA/gelatin）生物复合膜,研究了三种不同的物理和化学交联法（戊二醛（GTA）蒸汽、紫外（UV）照射和干燥脱水交联）对其溶胀性能的影响。结果表明,三种交联方式都能有效地降低其平衡溶胀度,改善其耐水性。戊二醛蒸汽交联对复合材料溶胀性能的影响最大,其中明胶组分的交联是影响PVA/...     

聚乙烯/ 石墨纳米复合材料的制备、结构和导电性

用溶液插层(SI ) 和母料熔体混合(MMM ) 方法制备了聚乙烯(PE ) / 马来酸酐接枝聚乙烯(gPE ) / 膨胀石墨(EG) 导电纳米复合材料, 以直接熔体混合(DMM ) 法制备的PE/ gPE/ EG、PE/ EG复合材料作对照, 通过电导率(σ) 测试, TEM、SEM、OM 观察和DSC 分析, 研究了制备方法、EG体积或质量分数( ? 或f_m ) 和gPE质量含量( C_g ) 对复合材料结构和σ的影响。结果表明, SI、MMM、DMM 法制备的C_g/ f_m = 115 复合材料和PE/ EG对照材料的逾渗阈值?_c 分别为2.19 %、3.81 %、4.68 %和5.35 %;当C_g/ f_m 由1 增至4 时, MMM、DMM 法制备的f_m = 9 %复合材料的σ分别跃升12 和8 个数量级;产生这些差异和现象的原因, 可根据复合材料中EG分散相形态和内部微结构随制备方法、?和C_g/ f_m 的变化, 按逾渗理论来解释。     

累托石/热塑性聚氨酯弹性体纳米复合材料的制备与性能

将累托石(REC)有机化处理后通过熔融插层复合法制备了REC/热塑性聚氨酯弹性体(TPUR)纳米复合材料,并用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),X-射线和扫描电镜(SEM)等进行了表征。研究结果表明:十二烷基芳基季铵盐(C₁₂)对REC的处理效果及在TPUR中的分散性优于十六烷基季铵盐(C₁₆)和联苯胺(BZD);少量有机化处理REC(分别记作C₁₂-REC,C₁₆-REC和BZD-REC)加入TPUR就可使复合材料的力学性能大幅度提高,其中C₁₂-REC/TPUR的拉伸和撕裂强度在2 wt% C₁₂-REC含量时分别由38.87 MPa和92.8 kN/m提高到57.93 MPa和123.37 kN/m ,增幅分别达49 ％和33 ％;初步考察了有机化处理条件对力学性能的影响,结果发现:用处理2h的REC制备的纳米复合材料性能最佳。     

先驱体硅树脂高温连接Cf / SiC 复合材料——-惰性及活性填料对连接性能的影响

对先驱体硅树脂高温转化陶瓷接头连接C_f / SiC 复合材料进行了研究。探讨了硅树脂固化裂解过程、惰性及活性填料对连接性能的影响。研究表明, 硅树脂的交联固化主要通过消耗Si —OH 来完成。适当加入惰性填料SiC(5 % ,质量分数) 或活性填料(纳米Al 、Si 粉) 可以大幅度提高硅树脂对C_f / SiC 复合材料的连接性能。     

三维整体编织物增强陶瓷基复合材料的制备工艺及性能表征

本文研究了以连续碳纤维(C_f)三维整体编织物(3D-B)为增强体,以聚碳硅烷(PCS)裂解转化成碳化硅(SiC)为基体的陶瓷基复合材料(CMC)的制备工艺,探讨了不同工艺方法对复合材料微观和宏观性能的影响,并提出进一步改善制各工艺,提高复合材料性能的途径。研究结果表明,采用聚碳硅烷/二乙烯基苯(PCS/DVB)体系浸渍经交联固化后可以大大缩短裂解时间,致密化效率较聚碳硅烷/二甲苯溶液(PCS/Xylene)体系有着显著提高。对于3D-B C_f/SiC CMC用PCS/DVB体系浸渍经7个浸渍裂解周期后试样密度为1.65g/cm3,弯曲强度达326MPa,断裂韧性K_IC为13.72MPa·m1/2;用PCS/Xylene体系浸渍的试样密度为1.54g/cm3,弯曲强度为243MPa,断裂韧性K_IC为8.19MPa·m1/2。研究中利用扫描电镜观察了弯曲试样的断口以分析材料破坏时纤维的断裂、拨出形貌。     

循环湿热环境中CCF300/5405复合材料的吸湿脱湿行为

研究了CCF300碳纤维/5405双马树脂复合材料在71 ℃恒温水浸循环吸湿-脱湿行为。试样经过三次饱和吸湿-脱湿过程, 探讨不同循环次数CCF300/5405复合材料的吸湿率和水分扩散速率变化, 并采用SEM观察纤维/基体界面变化, 分析了造成循环湿热环境下复合材料体系吸湿-脱湿变化的原因。研究结果表明: CCF300/5405复合材料的吸湿行为基本满足Fick第二定律, 并且在水浸14天后达到饱和吸湿状态, 饱和吸湿率约为0.66%; 材料吸湿处理后, 纤维与基体间的界面遭到水分破坏, 产生大量空隙和裂纹, 使水分的扩散速率明显增加, 饱和吸湿率略有增大, 并且这种破坏不可逆。      

C/ C坯体对 C/ C2Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭2铜 (C/ C2Cu) 复合材料 , 在 MM22000型环2块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能 , 利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌 , 研究 C/ C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明 : 随着 C/ C坯体密度的增加 , 摩擦系数及 C/ C2Cu材料自身和对偶的磨损量均降低 ; 采用浸渍/炭化 ( I/ C) 坯体的 C/ C2Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI) 坯体的试样; 摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样 , 但磨损率较高。     

热处理对炭/炭-铜复合材料载流磨损行为的影响

为探明炭/炭(C/C)多孔体热处理对炭/炭-铜(C/C-Cu)复合材料载流磨损行为的影响,采用化学气相渗透法(CVI)增密的C/C多孔体,再通过压力熔渗法制备C/C-Cu复合材料.采用载流动态磨损试验机测试C/C-Cu复合材料载流磨损行为,利用数字式三维视频显微镜和扫描电子显微镜观察复合材料磨损前后的表面形貌,研究了C/C多孔体经过2 000℃热处理对C/C-Cu复合材料载流磨损行为的影响.结果表明:C/C-Cu复合材料的质量磨损率和线磨损率比C/C多孔体未经热处理的复合材料分别降低了34.42%和17.84%;C/C多孔体经过2 000℃热处理,石墨化度提高,片层劈裂阻力减小,在载荷的作用下石墨片层易于劈裂形成细小的石墨微晶碎片,迅速填充修复表面缺陷,形成具有一定润滑作用、平整的摩擦膜,有效抑制了局部非均匀磨损的扩大,减弱了磨粒磨损和电弧放电引起的烧蚀、粘着、氧化磨损之间的循环交替磨损,载流磨损性能提高.     

A dual-phase-lag diffusion model for interfacial layer growth in metal matrix composites

The time dependence of a reinforcement-matrix interfacial layer growth (RMILG) in most metal matrix composites (MMC's) is not t^1/2 as described by Fick's law. Moreover, the RMILG vs. t^1/2 could be linear for relatively short and long times, and an anomaloustransition behavior exhibits in between. In this paper, a dual-phase-lag diffusion (DPLD) model is proposed to characterize the RMILG kinetics. Unlike Fick's law, it accounts for the two lagging times required for the processes of interdiffusion and chemical reaction. This unique feature empowers the DPLD model to capture the multiple stages response over the entire RMILG history. Model validation is verified with the experimental results of seven different MMC systems.     

Molecular dynamics study of the interfacial strength between carbon fiber and phenolic resin

The interfacial strength between carbon fiber and phenolic resin is studied using molecular dynamics simulations to demonstrate that carbon fiber-reinforced carbon matrix composites (C/C composites) have improved tensile strength. Simulations are performed using two carbon fiber models, one of which has only carbon atoms and the other has carbon atoms and some fluorinated carbon groups. The carbon fiber models are regarded as two-layer graphite, and the phenolic resin model is treated as cross-linked structures. All force field parameters are based on the Dreiding force field. The tensile stress and interfacial fracture energy are calculated for the estimation of the interfacial strength. The results show that the model including the fluorinated carbon groups has lower interfacial strength than the model having only carbon atoms, up to a certain coating ratio of fluorinated carbon groups. Similarly, within the limits of the coating ratio, the interfacial fracture energy of the fluorinated carbon fiber model is lower than that of carbon fiber model having only carbon atoms.     

Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood–plastic composites

The aim of this study was to understand the roles of processing method and fiber size on the properties of wood–plastic composites (WPC). Composites were manufactured using extrusion or injection molding (IM) and fibers of different fiber length-to-diameter (L/D) ratio. IM resulted in better mechanical properties and lower water absorption and swelling than extrusion. These differences can be explained by the structure and surface quality of the composites. Fiber L/D ratio had a beneficial effect on mechanical properties but resulted in decreased water absorption characteristics. These results allow identifying a suitable forming process and/or fiber size according to application needs. This study provides a better understanding of the relationships between processing method, fiber characteristics, and composite behavior.     

复合材料在传动过程中的摩擦磨损行为

采用化学气相渗透法(CVI)制备了二维碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料. 基于耦合应力等效模拟系统的开发, 采用摩擦扭矩的变化表征传动过程的摩擦磨损性能. 研究了以传动为背景的高载荷、低转速摩擦磨损行为及机理. C/SiC复合材料以其较低的摩擦扭矩、低的磨损率特别是在高载荷下的较小变形验证了良好的耐磨特性以及承载能力. 相同条件下其磨损率只有Ti合金的1/10～1/20. 低转速下磨损机理以磨粒磨损为主, 高载荷没有引起表面热裂纹.     

晶硅炉热场用碳材料在硅蒸汽中的腐蚀行为研究

对晶硅炉热场用三种碳材料(石墨、C/C复合材料、硬质碳毡)在不同腐蚀条件下进行了硅蒸汽腐蚀实验, 研究了不同碳材料的硅化腐蚀行为。结果表明: 三种材料的结构组成不同, 导致三种碳材料在高温环境下与硅蒸汽发生硅化腐蚀的程度不同, 硅蒸汽主要通过材料的孔洞以及缺陷扩散进入材料内部进行腐蚀, 腐蚀造成材料表面产生大量的裂纹, 并且会造成C/C复合材料以及硬质碳毡材料内部严重的破坏。材料中碳纤维的存在方式以及纤维强度对硅化腐蚀程度有较大影响, C/C复合材料中的腐蚀主要是碳基体和碳纤维的剥离以及碳纤维的缩颈、劈裂等; 而由强度较差的短碳纤维为主要组成的硬质碳毡材料的腐蚀最严重, 其内部碳纤维出现了明显的碎断、粉化。腐蚀参数对材料硅化腐蚀的程度具有较大影响, 随着腐蚀温度的升高以及腐蚀时间的延长, 三种碳材料的硅化腐蚀程度均增加。     

壳聚糖透明质酸复合水凝胶的制备及性能

用零长度的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)作为偶联剂和稳定剂制备了壳聚糖基透明质酸复合水凝胶,探讨了溶液pH值对该类水凝胶溶胀性的影响。溶液的pH在4.0时,该类水凝胶的溶胀率最低,升高和降低溶液的pH,该类水凝胶的溶胀率均升高,文中还对水凝胶的降解率进行了研究,实验发现,交联后的水凝胶具有一定的稳定性。包埋在此水凝胶中的牛血清蛋白(BSA)释放随载药介质pH值的变化而显著不同,pH 7.4条件下载药的水凝胶释药率大于pH 1.2条件下的释药率。因此,具有pH敏感性的壳聚糖透明质酸复合水凝胶在药物运输领域具有潜在的应用。