钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接接头的失效形式

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备同质与异质材料单搭接胶接接头。利用数字图像相关技术、万能试验机、光学显微镜等手段,对拉伸载荷下的接头应变、极限载荷与破坏模式进行表征,分析不同搭接材料接头应变场及胶接性能,研究了钛合金-芳纶纤维复合材料接头失效形式。结果表明,在拉伸载荷下,钛合金-芳纶纤维复合材料接头复合材料应变远大于钛合金应变,搭接区域外部应变大于搭接区域内应变;接头偏移及被胶接件变形高于钛合金或芳纶纤维复合材料同质接头,承载能力较低;搭接区域复合材料端头剥离及剪切应力集中,是接头的薄弱部位,易出现渐进失效;破坏模式主要为复合材料层间破坏与钛合金-胶层界面破坏,芳纶纤维丝束承受剥离或剪切力断裂。     

混杂比对碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响

利用层内混杂的方式制备碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物,通过对材料进行拉伸、三点弯曲等实验研究该织物增强复合材料的力学性能及混杂比对其力学性能的影响。结果表明,按照一定的混杂比加入芳纶纤维后复合材料的拉伸性能提高,表现出积极的混杂效应。由于延伸性好的芳纶纤维的加入,使复合材料的拉伸断裂伸长率明显提高,材料破坏模式出现了完全脆性断裂模式(C12材料破坏形式)和“扫帚”形纤维断裂模式(C8A4,C6A6材料破坏形式)。此外,按照一定的混杂比加入芳纶纤维也有效改善了碳纤维增强复合材料的破坏韧性,碳/芳纶纤维混杂MBWK织物增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量随混杂比的提高而呈下降趋势,当复合材料中芳纶含量从42%(体积分数,下同)(C6A6)到59.2%(C4A8)的变化过程中,弯曲强度和弯曲模量的降低率较高。0°试样在混杂比为59.2%(C4A8)时,弯曲挠度最大,达到7.49 mm,远高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料。所有90°混杂复合材料试样的弯曲挠度均高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料,表现出积极的混杂效应。     

微型注塑制备碳纳米管硅橡胶导电复合医用材料

柔性导电材料是制备一些尖端医疗电子器件的重要材料。文中采用高速机械搅拌、超声波分散、球磨工艺制备了综合性能优异的碳纳米管液体橡胶纳米复合材料,碳管分散均匀,导电率最高可达25S/m,柔韧性保持不变。医疗电子器件具有微型化高精度的特点,需采用微加工成型技术,文中研究了液体橡胶柔性导电材料的微注射成型技术,考察了微加工条件对材料的导电性能的影响。结果显示,注射压力和模具温度越高,材料的导电率越低,其他加工条件则对材料导电性能影响不大。在拉伸的循环实验中导电率随应变呈指数变化。     

静电纺丝法制备PLA/CNCs纳米复合薄膜及其性能研究

采用静电纺丝法成功将纳米纤维素晶体(CNCs)植入聚乳酸(PLA)基体中,制备出网状结构的绿色纳米复合材料,并探讨了PLA/CNCs薄膜的微观形貌、结晶度、热学性能和机械性能随CNCs添加量的变化趋势。结果表明,随着CNCs添加量的增加,静电纺PLA/CNCs纳米复合材料薄膜珠状纤维减少,纤维直径增大;纳米复合纤维薄膜的结晶度提高了87.9%;纳米复合纤维薄膜的最大热解温度由369.36℃提升到380.02℃;纳米复合纤维的拉伸性能随CNCs添加量的增加而显著提高,CNCs添加量为11%(质量分数)时得到的最大拉伸力和拉伸强度最大分别为3.76N和4.58MPa,与纯PLA薄膜相比分别提高了289%和159%。     

碳纳米管/天然橡胶热界面材料制备及热管理性能研究

热界面材料是解决现代高功率和高集成化电子器件热量聚集和耗散的有效手段。基于三维网络结构调控导热性能的策略,以三聚氰胺泡沫(MF)为骨架,采用化学表面改性制备碳纳米管三维网络结构(CNT),并采用真空浸润法制备碳纳米管/天然橡胶热界面复合材料(CNT/NR),研究CNT含量对材料微观结构、导热性能和热管理性能的影响。结果表明,当CNT的含量为2.2%(质量分数)时,CNT可附着于MF骨架并呈现完整连续的三维网络结构,其热界面复合材料垂直面外的导热率为1.58 W m^-1 K^-1,拉伸强度为12.9 MPa,断裂伸长率为489%,并具有显著的热管理性能,这表明CNT/NR热界面复合材料有望成为一种机具应用价值的热管理材料。     

苯丙乳液-矿渣地聚物泡沫复合材料的制备及性能

以苯丙乳液、矿渣地聚物、导热石墨粉为原料,利用化学发泡原理制备出一种具有自流平、成膜固化快、高弹、高导热等特点的泡沫复合材料。详细研究了H2O2掺量、导热石墨粉掺量及其粒度分布对泡沫复合材料传热性能、材料力学性能及压缩变形性能的影响规律。研究结果表明,随H2O2掺量的增加,泡沫复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、压缩强度、导热系数均降低,弹性恢复率增加;随导热石墨粉掺量增加,拉伸强度先增加后降低,断裂伸长率降低,压缩强度增加,弹性恢复率小幅波动,导热系数增大;随导热石墨粉平均粒径增大,拉伸强度减小,压缩强度增大,导热系数先增大后减小;导热石墨粉的颗粒级配对其导热性具有重要影响,相比粗、细颗粒,适中的颗粒级配可使其形成更有效的导热网络获得更高导热系数。     

加工芳纶纳米纤维/聚乙烯醇水凝胶制备高强度复合薄膜

芳纶纳米纤维(ANF)具有大长径比、高比表面积、丰富的表面酰胺官能团和优异的力学性能,是制备高强度纳米复合材料的理想构筑单元。本文开发了一种新颖的水凝胶加工策略,用于制备ANF增强聚乙烯醇(PVA)复合薄膜,逐步优化了ANF的含量、水凝胶的预拉伸比和PVA组份的化学交联,表征分析了复合薄膜中ANF的分散、取向、PVA的交联形式及ANF与PVA之间的界面氢键作用,当ANF的质量分数为25wt%、水凝胶的预拉伸比为55%和采用氯化铜交联PVA基体时,复合薄膜的力学性能最优,其杨氏模量和拉伸强度分别高达(14.6±0.3) GPa 和(496.5±10.0) MPa,远远优于文献报道的ANF增强聚合物复合材料。此外,该高强度纳米复合薄膜同时具有良好的透明性和优异的紫外屏蔽性能,透明度大于72.1%,能够屏蔽大于99.98%紫外线,可用做先进包装材料。      

高透明羧甲基纤维素/纤维素纤维复合薄膜的制备及其力学性能

针对传统电子器件衬底柔韧性差、不可生物降解的问题,研究了以羧甲基纤维素（CMC）和纤维素纤维为原料,结合抄纸和浸渍工艺,制备在柔性电子器件领域具有潜在应用的高透明CMC/纤维素纤维复合薄膜衬底。分别探究了CMC与北木纤维的配比和CMC分子量对薄膜透明度和力学性能的影响。研究了纤维素纤维的种类（北木、桉木、马尼拉麻和蔗渣纤维）对高透明CMC/纤维素纤维复合薄膜力学性能的影响。结果表明：CMC与北木纤维质量比为7∶3、CMC分子量为700 000时,所制备CMC/北木纤维复合薄膜的透明度为90%,拉伸强度约为111 MPa,耐折度达到2 526次。这种可生物降解、高柔韧性、高强度和高透明的CMC/纤维素纤维复合薄膜有望作为衬底用于构建下一代绿色、柔性电子器件,促进人类社会的可持续发展。     

TiO2改性PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料

利用同轴共纺技术制备出壳（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA）－芯（聚碳酸酯,PC）复合纳米纤维,再通过热压将壳层熔融后得到PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料. 分别在复合纳米纤维的壳层或芯层中添加不同含量的纳米二氧化钛（TiO₂）粒子,观察纳米颗粒在复合纤维不同结构中的分布,并分析其含量及分布状态对透光复合材料的可见光透过率、紫外光透过率以及力学性能的影响. 研究结果表明,分布在壳层的纳米TiO₂可明显提高复合材料的紫外光屏蔽性,拉伸性能得到增强,但是透光率有所下降;分布在芯层的纳米TiO₂对复合材料的透光率影响较小,而对拉伸性能的提高较引入壳层的效果更为显著.     

PVDF/SBS柔性复合纤维薄膜压电-摩擦电纳米发电机

可将无规则机械能转换为电能的压电纳米发电机与摩擦纳米发电机能够为低功耗可穿戴电子设备提供独立、持续性供电，有利于促进柔性自供能电子器件多元化的发展。将二者进行集成，可综合二者电输出特性的优点，提高纳米发电机的性能。本文分别以聚偏二氟乙烯(PVDF)与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)为正、负极摩擦材料，采用静电纺丝方法制备了PVDF/SBS复合纤维薄膜，并利用该复合纤维薄膜得到压电-摩擦电复合纳米发电机。研究结果表明：当PVDF掺入量为20wt%时，PVDF/SBS复合纤维薄膜的电学输出性能最佳，器件的开路电压与短路电流最大可达108 V与0.34μA，分别是纯SBS样品的5倍与6倍。将器件固定在手掌、鞋底处，收集拍手、行走、跑步等运动的能量，可产生不同幅度的输出电压，表明器件可有效收集人体运动的机械能；通过手掌拍打器件，可点亮64只商用蓝色LED灯珠；同时器件可检测瞬时压力变化，灵敏度最大可达3.685 V·N^-1。上述结果表明PVDF/SBS柔性复合纤维薄膜压电-摩擦电纳米发电机在传感监测和电子器件自供能领域具有良好的应用前景。     

High Dielectric Performances of Flexible and Transparent Cellulose Hybrid Films Controlled by Multidimensional Metal Nanostructures

Various wearable electronic devices have been developed for extensive outdoor activities. The key metrics for these wearable devices are high touch sensitivity and good mechanical and thermal stability of the flexible touchscreen panels (TSPs). Their dielectric constants (k) are important for high touch sensitivities. Thus, studies on flexible and transparent cover layers that have high k with outstanding mechanical and thermal reliabilities are essential. Herein, an unconventional approach for forming flexible and transparent cellulose nanofiber (CNF) films is reported. These films are used to embed ultralong metal nanofibers that serve as nanofillers to increase k significantly (above 9.2 with high transmittance of 90%). Also, by controlling the dimensions and aspect ratios of these fillers, the effects of their nanostructures and contents on the optical and dielectric properties of the films have been studied. The length of the nanofibers can be controlled using a stretching method to break the highly aligned, ultralong nanofibers. These nanofiber‐embedded, high‐k films are mechanically and thermally stable, and they have better Young's modulus and tensile strength with lower thermal expansion than commercial transparent plastics. The demonstration of highly sensitive TSPs using high‐k CNF film for smartphones suggests that this film has significant potential for next‐generation, portable electronic devices.     

Bioinspired Impact-Resistant and Self-Monitoring Nanofibrous Composites

Lightweight and impact-resistant materials with self-monitoring capability are highly desired for protective applications, but are challenging to be artificially fabricated. Herein, a scalable-manufactured aramid nanofiber (ANF)-based composite combining these key properties is presented. Inspired by the strengthening and toughening mechanisms relying on recoverable interfaces commonly existing in biological composites, mechanically weak but dense hydrogen bonds are introduced into the ANF interfaces to achieve simultaneously enhanced tensile strength (300 MPa), toughness (55 MJ m⁻³), and impact resistance of the nanofibrous composite. The achieved mechanical property combination displays attractive advantages compared with that of most of previously reported nanocomposites. Additionally, the nanofibrous composite is designed with a capability for real-time self-monitoring of its structural safety during both quasi-static tensile and dynamic impact processes, based on the strain/damage-induced resistance variations of a conductive nanowire network inside it. These comprehensive properties enable the present nanofibrous composite with promising potential for protective applications.     

短切芳纶纤维/聚硅氧烷-甲基丙烯酸锌复合材料的结构与性能

为提高聚硅氧烷-甲基丙烯酸锌(ZDMA)树脂材料的性能,采用短切通用型芳纶纤维与聚甲基乙烯基硅氧烷-ZDMA复合并在高温下交联固化,得到短切芳纶纤维/聚硅氧烷-ZDMA复合材料.采用SEM、FTIR、拉伸和压缩试验方法、霍普金斯压杆试验方法,表征了短切芳纶纤维/聚硅氧烷-ZDMA复合材料的结构和静态力学性能,研究了芳纶...     

高强度聚苯胺-聚丙烯酸/聚丙烯酰胺导电水凝胶的制备与性能

将导电聚合物引入到水凝胶网络中的导电高分子基导电水凝胶,因结合了水凝胶的三维网络结构、良好的生物相容性、优异的力学性能等和导电高分子良好电学性能等优点而被广泛研究,特别是以聚苯胺(PANI)为导电高分子的导电水凝胶.但PANI不溶于水,因此很难制备PANI基导电水凝胶.本文以制备高强度PANI基导电水凝胶为目的,尝试将...     

SiC填料对光伏封装用EVA导热复合胶膜的影响

目的探讨乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜中加入晶须碳化硅(SiC)无机填料后,对EVA胶膜交联度、力学性能及导热性能的影响。方法通过将晶须SiC无机填料导入EVA,使得在整个体系内呈连续相的有机大分子与呈分散相的无机填料共混成一体,再通过挤出流延成形得到厚度均一的胶膜。结果随着晶须SiC含量的增加,EVA复合胶膜的抗拉强度和断裂伸长率均有所下降。交联度随着SiC含量的增加而略微增大,最终达到平衡,剥离强度先增大后减小。使用不同的偶联剂对SiC表面进行处理,EVA导热复合胶膜导热性能存在差异。使用同一种偶联剂对SiC表面进行处理,SiC粒径尺寸的差异同样对EVA导热复合胶膜导热性能存在差异。结论添加晶须SiC的尺寸规格、添加量、表面处理情况对EVA导热复合胶膜的力学性能、交联度影响较大。     

基于界面相互作用构建纳米纤维素-羧基化碳纳米管-石墨/聚吡咯柔性电极复合材料

以纳米纤维素(CNF)、羧基化碳纳米管(CNTs—COOH)、铅笔石墨(PGr)、聚吡咯(PPy)为原料,通过真空抽滤、涂覆、氧化聚合等方法,同时基于氢键界面相互作用的原理,制备出具有石墨层结构的CNF-CNTs—COOH-PGr/PPy柔性电极复合材料。结果表明,CNF-CNTs—COOH-PGr/PPy柔性电极复合材料在平直、折叠和拉伸时不会断裂,展现出较强的力学性能,其拉伸强度达到28.90 MPa。亲水性CNF与CNTs—COOH构筑的多孔结构增强了离子和电子的扩散路径。PGr的加入有效增加了CNF-CNTs—COOH-PGr/PPy柔性电极复合材料的导电路径,赋予其优良的导电性能。氧化聚合后得到的CNF-CNTs—COOH-PGr/PPy柔性电极复合材料的电导率达到5.403 S·cm?1。在1 mol·L?1 H₂SO₄溶液中,0.5 A·g?1电流密度下,CNF-CNTs—COOH-PGr/PPy柔性电极复合材料具有521 F·g?1的高比电容量,且经过1 500次充放电循环后,其电容保持率高达68%。基于柔性电极优良的力学性能、电化学性能和导电性能,CNF-CNTs—COOH-PGr/PPy柔性电极复合材料具备成为柔性储能器件电极材料的基本特性。      

氮化铝/氮化硼/碳纳米管/硅橡胶复合材料的力致填料取向对导热性能的影响

随着科学技术的发展,电子元器件发热量大幅度增加,因此开发兼具高导热和高绝缘性能材料日益迫切。以甲基乙烯基硅橡胶（SR）为基体,碳纳米管（CNTs）、六方氮化硼（BN）以及氮化铝（AlN）为导热填料,通过机械共混法制备导热复合材料。研究3种导热填料复配对复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能的影响,研究填料取向对复合材料导热性能的影响,研究材料表面温升与加热时间的关系。采用Agari模型预测复合材料的理论热导率。通过热红成像、扫描电子显微镜、X射线衍射分析、热重分析等对复合材料进行表征。结果表明：随着复配导热填料中AlN用量的减少,BN和CNT_S用量的增加,复合材料的热导率逐渐升高;当AlN为80 phr,BN为68 phr,CNTs为2 phr时,复合材料的垂直热导率为1.857 W·m^-1·K^-1,平行热导率为2.853 W·m^-1·K^-1,体积电阻率为2.18×10¹² Ω·cm,拉伸强度达4.3 MPa,复合材料的综合性能较好。     

电子束辐射交联硅橡胶的力学性能及导热性能

采用导热无机填料氧化铝对甲基乙烯基硅橡胶进行改性,并采用电子束辐射交联硅橡胶,对辐射交联硅橡胶的力学性能及导热性能进行了研究。结果表明,随着辐射剂量的增加,硅橡胶的交联密度增大,拉伸断裂强度逐渐增加,当辐射剂量为30kGy时,强度出现极大值;断裂伸长率则随着辐射剂量的增加而逐渐下降。随着白炭黑含量的增加,硅橡胶的拉伸断裂强度及断裂伸长率均逐渐增加。导热无机填料氧化铝的加入能够有效地提高硅橡胶的导热率。随着氧化铝含量的增加,硅橡胶的导热系数逐渐增大,共混体系的拉伸断裂强度和断裂伸长率下降,硬度增加。     

氧化纳米纤维素增强再生纤维素全纤维素复合薄膜的制备及性能

以2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)氧化松木粉纳米纤维素(TOCNs)为增强相、α-纤维素粉制备再生纤维素(RC)为基体,采用溶胶-凝胶法制备氧化纳米纤维素增强再生纤维素(TOCNs/RC)全纤维素复合薄膜。对不同TOCNs添加量下TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能、光学性能、氧气阻隔性能和热稳定性能进行研究,并通过FTIR、SEM、TEM、XRD和流变仪对TOCNs和TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的结构、形貌及纤维素溶液流变性能进行表征。结果表明,TOCNs添加量对TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能有显著影响,当TOCNs添加量(与纤维素基体的质量比)为1.0%时,TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的拉伸强度和断裂能分别可达134.3 MPa和21.51 MJ·m?3,具有最佳的综合力学性能;TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的透光率随TOCNs添加量的增加而下降,雾度随TOCNs添加量的增加而增大,但仍保持较高的透光率(>85%)和较低的雾度(<14%);TOCNs/RC全纤维素复合薄膜还具有优异的氧气阻隔性,TOCNs添加量为1.6%时,其透氧系数仅为1.47×10?17cm3·cm/cm2·s·Pa。TOCNs/RC全纤维素复合薄膜有优于一般塑料薄膜的拉伸强度和氧气阻隔性,并有可媲美于塑料薄膜的透明度,可作软包装复合材料的强度层和阻隔层,在绿色高性能包装材料领域具有广阔的应用前景。      

High performance polyimide composite films prepared by homogeneity reinforcement of electrospun nanofibers

Highly aligned polyimide (PI) and PI nanocomposite fibers containing carbon nanotubes (CNTs) were produced by electrospinning. Scanning electron microscopy showed the electrospun nanofibers were uniform and almost free of defects. Transmission electron microscopy indicated that the CNTs were finely dispersed and highly oriented along the CNT/PI nanofiber axis at a relatively low concentration. The as-prepared well-aligned electrospun nanofibers were then directly used as homogeneity reinforcement to enhance the tensile strength and toughness of PI films. The neat PI nanofiber reinforced PI films showed good transparency, decreased bulk density and significantly improved mechanical properties. Compared with neat PI film prepared by solution casting, the tensile strength and elongation at break for the PI film reinforced with 2 wt.% CNT/PI nanofibers were remarkably increased by 138% and 104%, respectively. The significant increases in the overall mechanical properties of the nanofibers reinforced polyimide films can be ascribed to good compatibility between the electrospun nanofibers and the matrix as well as high nanofiber orientation in the matrix. Our study demonstrates a good example for fabricating high performance and high toughness polyimide nanocomposites by using this facile homogeneity self-reinforcement method.