含环氧-SiC复合微/纳米纤维的层合板制备及其力学性能

应用同轴静电纺丝技术制备环氧包覆纳米SiC 复合微/ 纳米纤维, 将该复合微/ 纳米纤维收集成无纺布薄膜引入层合板层间界面并固化成型, 研究其对层合板力学性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜( TEM) 分析了微/ 纳米纤维的形貌和结构, 并测试了微/ 纳米纤维薄膜的拉伸性能。应用三点弯曲、短梁剪切和简支式冲击实验测定了层合板的弯曲性能、层间剪切强度和冲击韧性。结果表明, 一定厚度及一定SiC 含量的微/ 纳米纤维无纺布薄膜对层合板的力学性能无显著影响。      

超细纤维增强复合材料Ⅰ型层间断裂韧性分析

采用静电纺丝技术制备了厚度约0.1mm的超细纤维无纺布薄膜, 并入层合板中间界面, 固化成型后加工为双悬臂梁(DCB)试样。根据ASTM D5528标准测试了 Ⅰ 型层间断裂韧性。实验结果表明, 增强试样比空白试样的 Ⅰ 型临界应变能释放率(G_{Ⅰ C})提高了约35％。同时采用有限元分析方法研究了含无纺布薄膜试样和空白试样的裂纹扩展过程, 数值结果与实验结果吻合较好, 更好地解释了含无纺布薄膜层合板的层间断裂机理。      

MWNTs/PU复合微/纳米纤维的形态及力学性能

应用静电纺丝技术制备多壁碳纳米管/聚氨酯(MWNTs/PU)复合微/纳米纤维 , 将该复合纤维收集成无纺布薄膜 , 采用扫描电子显微镜 (SEM)和透射电子显微镜 (TEM)观察了纤维的微观形貌和结构 , 分别利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)测试了复合纤维的结晶行为及玻璃态转变温度 , 并测试了纤维薄膜的拉伸力学性能随 MWNTs含量的变化关系。结果表明 , 一定含量的 MWNTs能有效地分散于 PU 溶液中 , 并能成功地纺出 MWNTs/PU 复合微/纳米纤维。随 MWNTs在 PU 纤维中含量的增加 , 纤维的直径变细 , 复合纤维的玻璃态转变温度提高。在所研究的含量范围内 , 无纺布的拉伸强度和断裂伸长率随 MWNTs 含量的增加而有所增大。      

单取向聚酰亚胺纳米纤维膜及其同质复合薄膜的制备

通过静电纺丝的方法制备了单轴取向的聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜,并且采用不同环化温度的纳米纤维膜与聚酰亚胺基体进行复合,制备了一种PI纳米纤维增强PI复合薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)研究了纳米纤维的取向情况,以及纳米纤维膜与其基体的界面粘接情况;采用红外光谱对不同热处理温度PI纳米纤维膜的亚胺化程度进行了表征;并对复合薄膜的力学性能进行了表征。结果表明:通过提高滚筒转速可以得到高度取向结构的纳米纤维膜;纳米纤维膜的环化程度随热处理温度升高而提高;纳米纤维的亚胺化程度越低,其与基体之间的界面粘接性越好,复合薄膜的力学性能越佳。     

利用静电纺丝技术制备纳米黏土/聚乳酸复合纳米纤维与其表征

利用静电纺丝技术制备了纳米黏土/聚乳酸(PLA)复合纳米纤维,并将该复合纳米纤维收集成无纺布薄膜,采用SEM和TEM观察了复合纳米纤维的微观形貌和结构,分别利用XRD和TGA测试了复合纳米纤维的结晶行为及热学行为,并分析了复合纳米纤维薄膜的拉伸力学性能随纳米黏土含量的变化关系。结果表明:当PLA含量为10wt%、纳米黏土含量为1wt%、CHCl3与DMF体积比为3∶1溶剂条件下,所制备的纳米黏土/PLA复合纳米纤维的细度和均匀性均得到改善;XRD测试结果表明,纳米黏土成功附着在PLA中。TGA和力学测试结果表明,纳米黏土/PLA复合纳米纤维的热稳定性和力学性能相对于纯PLA纤维有较大幅度提高,当纳米黏土含量为1wt%时,其初始分解温度提高了60℃,拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量分别提高了111.3%、74.9%和20.0%。     

VGCF对尼龙无纺布共固化复合材料性能的影响

纳米碳材料以其优越的力学性能,高的电热传导特性引起人们极大的关注,首先将纳米碳材料VGCF加入聚偏二氟乙烯(PVDF)中,然后将其负载到尼龙无纺布上采用共固化工艺制备碳纤维增强环氧树脂基结构阻尼复合材料。通过DMA实验,单悬臂强迫共振实验、电阻率测试、摆锤冲击实验和扫描电子显微镜下的断口形貌观察,测试并分析了复合材料层合板的储能模量和损耗因子的温度谱,共振频率及模态损耗因子、3个方向上电阻率和冲击断裂韧性。分析结果表明,通过在复合材料体系中添加VGCF可进一步提高层合板的损耗因子和储能模量,同时明显改善复合材料在3个方向上导电性能且不明显降低其冲击断裂韧性。     

碳纤维增强镁合金层合板及其基本力学性能

对碳纤维增强镁合金金属层合板FML(Fiber Metal Laminates)进行了初步的探索和研究.在几种不同层数和体分比下,制备了碳环氧/镁合金层合板这种轻型结构材料,通过对这种新材料的初步力学性能的试验测试,给出了碳纤维增强镁合金金属层合板的应力-应变曲线,以及强度极限、弹性模量与纤维/环氧复合材料百分含量的关系.     

SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜及其特性

采用低压化学气相沉积(LPCVD)系统以高纯SiH4为气源,在p型10.16 cm<100>晶向单晶硅衬底SiO2层上制备纳米多晶硅薄膜,薄膜沉积温度为620℃,沉积薄膜厚度分别为30 nm、63 nm和98 nm.对不同薄膜厚度的纳米多晶硅薄膜分别在700℃、800℃和900℃下进行高温真空退火.通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜进行特性测试和表征,随着薄膜厚度的增加,沉积态薄膜结晶显著增强,择优取向为<111>晶向.通过HP4145B型半导体参数分析仪对沉积态掺硼纳米多晶硅薄膜电阻I-V特性测试发现,随着薄膜厚度的增加,薄膜电阻率减小,载流子迁移率增大.     

Si含量对NbN/CrSiN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射工艺在Si底片依次沉积NbN、CrSiN纳米层,通过改变靶材的Si含量,制备出一系列NbN/CrSiN纳米多层膜。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪研究Si含量对NbN/CrSiN纳米多层膜显微结构和力学性能的影响。实验结果表明,随着Si含量的增加,NbN相的结晶程度先增加后降低,薄膜的硬度和弹性模量也是先增高后降低,在n(Si)∶n(Nb)=3∶22时获得最高硬度和弹性模量,分别为31.92和359.3GPa。显微结构表征表明,当n(Si)∶n(Nb)=3∶22时,NbN/CrSiN纳米多层膜柱状晶生长状况最好,CrSiN层在NbN层的模板作用下转变为面心立方结构,并与NbN层呈共格外延生长。薄膜力学性能的提高主要与CrSiN与NbN形成的共格外延生长结构有关。     

风电叶片玻璃纤维层合板的力学性能试验研究

针对风电叶片玻璃纤维层合板的力学性能进行试验研究,确定其主要力学性能参数,分析各种铺层、测试方向及配方因素对玻璃纤维层合板力学性能的影响。依据BS EN ISO测试标准,应用微机控制万能试验机、应变仪对风电叶片玻璃纤维层合板进行拉伸、压缩及剪切破坏试验,得到试件的拉伸、压缩、剪切强度及弹性模量、泊松比等力学性能,并对四...     

分层界面角度对CFRP层板Ⅱ型分层的影响

Ⅱ型层间断裂韧度是复合材料结构损伤容限设计的关键力学参数。针对5种具有不同预置分层界面的国产T300复合材料端部缺口弯曲(ENF)实验件,开展Ⅱ型分层测试,获得预嵌薄膜末端开裂的Ⅱ型层间断裂韧度 G Ⅱc,NPC 和预开裂裂纹处扩展的Ⅱ型层间断裂韧度 G Ⅱc,PC 。结果表明:5种分层界面下 G Ⅱc,NPC 均比 G Ⅱc,PC 高,并且对于 G Ⅱc,NPC 值,0°/0°分层界面的最高,0°/90°分层界面的最低;而对于 G Ⅱc,PC 值,0°/45°分层界面的最高,0°/90°分层界面的最低。同时,采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)模拟不同分层界面处的Ⅱ型分层扩展,获得了分层扩展过程中分层前缘应变能释放率分布,结合实验结果分析了分层界面角度对Ⅱ型断裂韧度测量值的影响。     

Carbon nanofiber paper for lightning strike protection of composite materials

Carbon fiber reinforced polymer matrix composites have been increasingly used for aircraft structures. Such relatively low-conductivity composite materials need to be engineered with lightning strike protection to achieve lightning tolerance comparable to metallic components. This study developed a specialty paper made of carbon nanofibers and nickel nanostrands as a surface layer on the composite panels and explored potential replacement for existing lightning strike protection materials. The porous, flexible, non-woven papers of nanofibers and nanostrands were first prepared by the papermaking process. They were then incorporated onto the surface of carbon fiber reinforced polymer composites through resin transfer molding process. A method of applying a temporary surface barrier on the paper was developed to prevent the infused resin from breaching the paper’s surface. This minimized the resin on the composite panel’s surface and allowed its surface conductivity to remain high. The lightning strike tests conducted on these composite panels showed that lightning strike tolerance correlated to the surface conductivities of composite panels.     

模压工艺对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层合板力学性能的影响

利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板,通过差示扫描量热（DSC）法试验分析,确定相变参数,运用ANSYS有限元分析,将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中,研究模压成型过程中温度场变化情况,为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标,采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响,得到最优模压工艺制备参数,获得最高复合材料层合板力学性能,为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明:模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为:热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为:热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa,在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板,层间剪切强度为31.12 MPa,压缩强度为100.96 MPa,冲击韧性为2.27 kJ/cm2。      

Hybrid multi-scale epoxy composite made of conventional carbon fiber fabrics with interlaminar regions containing electrospun carbon nanofiber mats

Herein we report the development and evaluation of hybrid multi-scale epoxy composite made of conventional carbon fiber fabrics with interlaminar regions containing mats of electrospun carbon nanofibers (ECNs). The results indicated that (1) the interlaminar shear strength and flexural properties of hybrid multi-scale composite were substantially higher than those of control/comparison composite without ECNs; in particular, the interlaminar shear strength was higher by ∼86%; and (2) the electrical conductivities in both in-plane and out-of-plane directions were enhanced through incorporation of ECNs, while the enhancement of out-of-plane conductivity (∼150%) was much larger than that of in-plane conductivity (∼20%). To validate the data reduction procedure, a new shear stress formula was formulated for composite laminates, which took into account the effect of layup and inter-layers. The study suggested that ECNs could be utilized for the development of high-performance composites, particularly with the improved out-of-plan properties (e.g., interlaminar shear strength).     

高性能针刺碳/碳复合材料的制备与性能

为获得高性能针刺碳/碳复合材料, 拓展其应用领域, 通过优化针刺工艺参数, 设计并研制了不同结构参数的针刺预制体。采用沥青高压致密化工艺将针刺预制体制备成一系列针刺碳/碳复合材料, 研究了针刺碳/碳复合材料的微观结构、力学性能和热物理性能。结果表明, 针刺预制体的针刺深度、针刺密度以及短/长纤维配比等对碳/碳复合材料的力学性能和热物理性能影响显著。当针刺深度为12 mm、针刺密度为22针/cm ²、短/长纤维比例为1.0 : 4.8时, 针刺碳/碳复合材料表现出优良的综合性能, 拉伸、压缩、弯曲、面内剪切和层间剪切强度分别达到207、228、285、54和28 MPa。     

Solid-state additive manufacturing for metallized optical fiber integration

The formation of smart, Metal Matrix Composite (MMC) structures through the use of solid-state Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) is currently hindered by the fragility of uncoated optical fibers under the required processing conditions. In this work, optical fibers equipped with metallic coatings were fully integrated into solid Aluminum matrices using processing parameter levels not previously possible. The mechanical performance of the resulting manufactured composite structure, as well as the functionality of the integrated fibers, was tested. Optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Focused Ion Beam (FIB) analysis were used to characterize the interlaminar and fiber/matrix interfaces whilst mechanical peel testing was used to quantify bond strength. Via the integration of metallized optical fibers it was possible to increase the bond density by 20–22%, increase the composite mechanical strength by 12–29% and create a solid state bond between the metal matrix and fiber coating; whilst maintaining full fiber functionality.     

聚砜纳米纤维增韧CFRP的制备及性能

介绍了一种聚砜纳米纤维增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的新方法。无规取向的纳米纤维通过静电纺丝直接将纳米纤维接收于碳纤维/环氧树脂预浸布上,实现增韧复合材料的目的。探讨了混合溶剂(丙酮、DMAC)配比和聚砜纺丝溶液浓度对纳米纤维直径及分布的影响,测试了不同含量的聚砜纳米纤维增韧复合材料的型层间断裂韧性（G_ⅡC）,并同相等含量的聚砜溶剂法膜增韧复合材料性能进行了比较。在聚砜质量分数分别为1%、3%、5%的情况下,纳米纤维增韧复合材料的G_ⅡC分别增加54%、130%、177%,高于溶剂法膜增韧的复合材料。微观结构照片表明,纳米纤维增韧复合材料中,相分离后的聚砜小球贯穿于整个复合材料层间,而且呈现无规取向分布的海岛结构。增韧后复合材料的层间剪切强度（ILSS）都有略微的减小,溶剂法膜增韧后ILSS减小更明显。DMTA试验表明,与溶剂法膜相比较,纳米纤维与环氧树脂基体的相容性更好。      

烧蚀防热复合材料用压力辅助RTM工艺

针对目前模压、缠绕等工艺成型烧蚀防热复合材料易造成层间结合差、脱粘、抗烧蚀性能差、易剥蚀等问题,提出了一种新型压力辅助RTM工艺,并对其进行了树脂充模流动模拟,制备了烧蚀防热复合材料,测试了材料的孔隙率、力学性能、烧蚀性能。结果表明:压力辅助RTM工艺具有可行性与优越性,复合材料孔隙率4.64%,层间剪切强度39.3 MPa,线烧蚀率0.017 mm/s,质量烧蚀率0.053 8 g/s。说明压力辅助RTM工艺适合成型烧蚀防热复合材料。