等离子体处理碳纤维/树脂复合材料

为了提高碳纤维/树脂复合材料的表面浸润性,采用等离子体直接对复合材料进行表面处理,通过接触角测试、拉伸试验、金相显微分析和红外光谱分析,探究了等离子体处理碳纤维/树脂复合材料的最佳处理工艺、处理前后碳纤维/树脂复合材料的力学性能和表面官能团的变化。结果显示:电流、气压和处理时间均对碳纤维/树脂复合材料表面浸润性有明显影响,当电流为1.0A、气压为1.0Pa、处理时间为10min时,表面浸润性最佳;处理后碳纤维/树脂复合材料的拉伸强度没有减小,反而提高了8%。红外光谱分析显示处理后碳纤维/树脂复合材料表面酯基链发生断裂,酯基数量降低,相应形成更多的酮基、羧基和醇羟基,表面极性增强,浸润性显著提高。研究解决了碳纤维/树脂复合材料表面呈惰性的问题,为其表面功能涂层制备奠定了基础。     

水环境下等离子体处理聚乙烯木塑复合材料表面性质的演变

利用等离子体处理技术,对木粉/聚乙烯复合材料进行表面处理以改善其胶接性能.为探究胶接接头在水环境下的耐久失效机制,采用水浸实验,利用FTIR和XPS分析手段,研究了水对等离子体处理后的木塑复合材料表面性质的影响.红外光谱分析结果表明,经等离子体处理后,复合材料表面有-OH,C-O和C-O基团生成;随着水浸时间的延长,材...     

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜.利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试.结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO_2和U_2N_3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大.     

通用级沥青基炭纤维的表面处理及增强ABS复合材料力学性能的研究

通过自制实验装置,以ＮＨ４ＮＯ３ 作为电解液,对短切通用级沥青基炭纤维进行阳极氧化表面处理。结果表明：处理后,纤维表面粗糙度和含氧官能团数目明显增大,有效地改善了ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的界面粘结性。当处理条件为电解液浓度５ ％ ,电流强度０．８ Ａ,氧化时间１２０ ｓｅｃ时,ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的力学性能达到最好。当ＣＦ含量为１２．８ Ｖ／％ 时,拉伸强度由４５ ＭＰａ 提高到６９ ＭＰａ,拉伸模量由０．７３ ＧＰａ 提高到１．６５ ＧＰａ,弯曲强度由９０．５ Ｍｐａ 提高到１１０．８ ＭＰａ,弯曲模量由２．６０ ＧＰａ提高到４．２１ ＧＰａ。并对处理前后沥青基炭纤维增强ＡＢＳ复合材料的机理进行了分析。     

Ti_2AlNb基合金表面磁控溅射Al/Al_2O_3薄膜及扩散处理对其抗高温氧化性能的影响

为提高Ti2Al Nb合金的抗高温氧化性能,在Ti2AlNb合金表面磁控溅射Al/Al2O3薄膜,于真空退火炉内对其进行600℃,1 h扩散处理后,分别在650,750,850℃下氧化100 h。利用XRD,SEM,EDS技术对基体和扩散试样的相组成、微观形貌进行了分析;研究了Al/Al2O3薄膜扩散层的抗高温氧化性能及扩散处理对Al/Al2O3薄膜氧化动力学曲线的影响。结果表明:Al/Al2O3薄膜扩散层的氧化行为受氧离子渗入薄膜运动过程的控制,在高温条件下表层形成连续致密的Al2O3膜,使薄膜扩散层的氧化系数远低于基体,并且次表层的富铝相能有效阻止氧离子扩散通道的形成,减少基体与氧化性气体接触,从而显著提高Ti2Al Nb基合金的抗高温氧化性能。     

三维编织碳纤维复合材料电阻率的估算

从影响材料电阻率的主要因素——碳纤维体积分数入手,主要分析了材料的电阻率这一电气特性,根据材料表面测量的数据,估算出材料内部碳纤维的体积分数。再根据多个试件测量的数据,拟合出材料的碳纤维体积分数和电阻率的关系曲线。根据估算出的碳纤维体积分数,估算出材料的电阻率。利用三维编织碳纤维复合材料的编织角和花节长度,估算出材料的电阻率。根据材料的电阻率这一电气特性,便于以后对材料进行涡流无损检测分析。      

Mechanical properties of 3D fiber reinforced C/SiC composites

High toughness and reliable three dimensional textile carbon fiber reinforced silicon carbide composites were fabricated by chemical vapor infiltration. Mechanical properties of the composite materials were investigated under bending, shear, and impact loading. The density of the composites was 2.0–2.1 g cm⁻³ after the three dimensional carbon preform was infiltrated for 30 h. The values of flexural strength were 441 MPa at room temperature, 450 MPa at 1300°C, and 447 MPa at 1600°C. At elevated temperatures (1300 and 1600°C), the failure behavior of the composites became some brittle because of the strong interfacial bonding caused by the mis-match of thermal expansion coefficients between fiber and matrix. The shear strength was 30.5 MPa. The fracture toughness and work of fracture were as high as 20.3 MPa m^1/2 and 12.0 kJ·m⁻², respectively. The composites exhibited excellent uniformity of strength and the Weibull modulus, m, was 23.3. The value of dynamic fracture toughness was 62 kJ·m⁻² measured by Charpy impact tests.     

三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料横向压缩性质的温度效应

采用实验和有限元方法,研究了三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料在低温场（20、0、-50、-100℃）中横向压缩性质温度效应。研究结果表明：温度对碳纤维/环氧树脂横向压缩模量、屈服应力及切向模量均有不同程度影响。三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料横向压缩后,试样表面形貌受温度影响显著。低温场中,表面鳞纹现象减弱,且纱线-树脂间界面出现开裂。温度降低导致碳纤维/环氧树脂内部产生热应力。热应力对碳纤维/环氧树脂力学性能影响有限,不是温度效应的主导因素。基体性质随温度变化是三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料横向压缩性质温度效应的主要机制。     

Interface and performance of 3D printed continuous carbon fiber reinforced PLA composites

A novel 3D printing based fabrication process of Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites (CFRTPCs) was proposed. Continuous carbon fiber and PLA filament were utilized as reinforcing phase and matrix, respectively, and simultaneously fed into the fused deposition modeling (FDM) 3D printing process realizing the integrated preparation and forming of CFRTPCs. Interfaces and performance of printed composites were systematically studied by analyzing the influencing of process parameters on the temperature and pressure in the process. Forming mechanism of multiple interfaces was proposed and utilized to explain the correlations between process and performance. Fiber content of the printed specimens can be easily controlled by changing the process parameters. When the fiber content reached 27%, flexural strength of 335 MPa and modulus of 30 GPa were obtained for the printed composite specimens. Composite components were fabricated to demonstrate the process feasibility. Potential applications could be found in the field of aviation and aerospace.     

三维打印碳纤维增强聚合物复合材料热残余解析解

三维打印碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料因层间材料失配和打印过程中梯度降温而产生热残余现象,影响工件成形质量。本文取代简单的同步降温假设,提出了符合实际制备工艺的梯度降温概念,据此建立了三维打印正交铺层复合材料板和梁的热残余变形和应力的解析解。为反映三维打印过程中随时序动态变化的制备和降温过程,考虑每层制备轮次的降温梯度并进行热残余分析,最后合成得到热残余变形和应力。讨论了4种梯度降温模式,覆盖了所有可能的三维打印工艺。以CFRP复合材料三维打印为例,验证了本文解析解的精度和可靠性,显示了同步降温假设会产生显著的误差,表明热残余水平与降温梯度成正比,讨论了铺层方式对热残余的影响。为优化三维打印CFRP复合材料的结构设计和制备工艺、降低热残余水平提供了可靠的分析方法。      

三维编织超高分子量聚乙烯纤维-碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料摩擦磨损性能

以超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)-碳纤维(CF)三维混杂编织体为增强体,环氧树脂(ER)为基体,通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织混杂复合材料,研究了其摩擦磨损性能了,并采用混合正压力模型对摩擦系数进行了预测。结果表明,在纤维总体积含量一定的情况下,随着CF体积含量的增加,复合材料的摩擦系数增大,而其比磨损率降低。UH_3D/ER复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,CF_3D/ER复合材料则以磨粒磨损为主,混杂复合材料的磨损机制主要取决于CF与UHMWPE纤维的相对含量 ,通过调节UHMWPE纤维和CF的体积比例可实现对复合材料摩擦磨损性能的有效调控。采用的计算模型可较好地预测UH_3D/ER的摩擦系数。     

三向正交碳纤维增强纳米碳化硅生物复合材料的制备和力学性能

碳纤维增强的纳米碳化硅陶瓷基复合材料力学性能优良,且具有一定的生物相容性,因此可作为一种新型的可取代钛合金的全尺寸整体人工骨骼。研究了具有三向正交结构的T300和M30碳纤维预制体对C/SiC复合材料制备过程和抗弯强度的影响规律。以聚碳硅烷为先驱体,以二乙烯基苯为溶剂和交连剂,采用聚合物浸渍热解法制备了C/SiC复合材料,采用阿基米德排水法测量其密度和气孔率,采用三点抗弯法测量其抗弯强度。M30 C/SiC抗弯强度比T300 C/SiC高6.7％,表明碳纤维弹性模量对复合材料基体开裂强度有显著影响,并通过增加纤维径向强度以及承担载荷的比例提高了复合材料的断裂强度。      

Influence of processing conditions on bending property of continuous carbon fiber reinforced PEEK composites

The purpose of this study is to achieve an optimum fabrication condition for the continuous carbon fiber reinforced PEEK matrix composites based on a micro-braiding fabrication method. The composite plates were fabricated at three processing temperatures (380, 410 and 440 °C) and three holding times (20, 40 and 60 min), respectively, with a total number of nine different fabrication conditions, and their bending properties were investigated in terms of thermal and fracture characterizations. As a result, the bending performance of the fabricated composites was significantly affected at the 440 °C temperature. Although no significant change in the bending performance was seen at the 380 and 410 °C with all the holding times, the thermal and fracture characterizations implied a degradation of the PEEK matrix property during the fabrication process. In order to avoid the matrix degradation and the decrease of mechanical properties, a lower fabrication temperature with a shorter holding time should be recommended for the carbon/PEEK composites fabricated by the micro-braiding method.     

三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。      

三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料在热环境中的拉压力学性能实验

针对不同编织角度的三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料,进行了热环境下的轴向拉伸和压缩力学性能实验研究,讨论了温度对三维四向编织复合材料的轴向拉伸和压缩力学性能的影响,并根据宏观断裂形貌和SEM图像分析了材料的破坏和断裂机制。结果表明,随着测试温度的升高,三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料的纵向拉伸强度有小幅提高,而纵向压缩强度显著降低。在室温条件下,编织角对材料的纵向拉伸破坏特征没有影响,而对材料的纵向压缩破坏特征有较大影响。随着测试温度的升高,不同编织角度复合材料的纵向拉伸和压缩的损伤破坏形态均与室温条件下明显不同。