不饱和聚酯/粘土纳米复合材料的制备与性能研究

通过XRD研究了不饱和聚酯／粘土纳米复合材料的微观结构。结果表明：有机粘土的晶层间距膨胀，用有机粘土制备的不饱和聚酯／粘土纳米复合材料的XRD曲线中反映粘土晶体结构的布拉格衍射峰已经消失，粘土在复合材料中已达到纳米级分散；宏观性能测试结果表明，在有机化粘土添加量适当的情况下，不饱和聚酯／粘土纳米复合材料可实现增韧增强；同时其耐热性能也得到明显改善。     

多尺度方法预测复合材料层板裂纹扩展

为了研究复合材料层板在细观和宏观尺度上的损伤分布,文中基于高精度通用单胞细观力学模型,发展了一种多尺度分析方法．该方法只需纤维和基体的材料属性、强度参数及纤维体积含量,而无需复合材料层合板的弹性参数和强度参数．文中使用该方法分析了复合材料结构的宏细观上的应力应变场;结合多尺度损伤模型,研究了复合材料的细观损伤以及宏观的裂纹扩展;通过二次开发ANSYS／LS-DYNA软件,文中将高精度通用单胞细观力学模型编译到用户自定义材料子程序中;使用这种方法分析了开孔层板轴向拉伸条件下的各个分层的应力分布、组分失效模式和裂纹扩展．并将计算结果与实验结果对比,结果表明: 数值模拟随时间变化的应力曲线与实验所得的曲线能较好的吻合; 预测的裂纹扩展与实验结果比较吻合．     

界面弹性模量对纤维增强复合材料力学性能的影响

研究界面弹性模量对纤维增强脆性基复合材料宏观力学特性和失效破坏机理的影响.从细观角度考虑材料介质力学参数的非均匀分布,对具有不同弹性模量界面的纤维增强复合材料的损伤破坏过程进行了数值模拟.结果表明,柔性界面可显著提高复合材料的宏观韧性;刚性界面不能有效改善材料的脆性.可观察到考虑柔性界面时的界面脱粘、裂纹偏折、纤维桥联和拔出等现象,而刚性界面复合材料的破坏路径表现出完全不同的特性,同时得到相应的声发射模拟结果.     

单丝复合体系界面力学行为的表征

界面是纤维增强树脂基复合材料的重要细观结构,极大程度地影响着该材料的宏观性能以及破坏模式.单丝复合体系是界面力学性能表征的主要研究对象.从细观力学实验,细观力学模型以及数值模拟3个方面出发,全面地阐述了单丝复合体系界面力学行为表征的手段和方法.细观力学实验是建立细观力学模型以及发展数值模拟方法的基础,应充分利用三者的关系,建立完善的界面性能表征体系,以便更加准确的预报复合材料的力学性能,满足各个行业的要求.     

纳米粒子对环氧-甲基丙烯酸酯树脂力学性能的影响

为了增强、增刚、增韧齿科材料基体树脂，研究了SiO2、TiO2、Al2O33种纳米粒子及含量对改性的环氧－甲基丙烯酸酯（EAM）树脂力学性能的影响。结果表明：不同纳米粒子及含量对EAM树脂性能影响不同，SiO2与TiO2增强增韧效果显；SiO2含量为3％时，EAM树脂综合性能最佳。     

纳米SiO2增强增韧HDPE的研究

采用微胶囊包覆的方法对二氧化硅无机纳米粒子进行表面处理,然后通过熔融共混法制备高密度聚乙烯(HDPE)/SiO2纳米复合材料.力学性能测试及材料断面形貌分析等显示,此改性方法制得的纳米SiO2微胶囊采用常规的熔融混合法就能在基体树脂HDPE中达到纳米级的均匀分散,对基体树脂HDPE具有明显的增强增韧效果.     

纳米SiO2增强增韧HDPE的研究

采用微胶囊包覆的方法对二氧化硅无机纳米粒子进行表面处理．然后通过熔融共混法制备高密度聚乙烯(HDPE)／SiO2纳米复合材料．力学性能测试技材料断面形貌分析等显示．此改性方法制得的纳米SiO2微胶囊采用常规的熔融混合法就能在基体树脂HDPF中达到纳米级的均匀分散，对基体树脂HDPE具有明显的增强增韧效果。     

基于线性接触模型的小麦三轴试验细观模拟

利用PFC3D离散元技术,采用线性接触模型,建立小麦三轴试验细观模型,模拟了小麦三轴试验.通过对比三轴室内试验获得的应力-应变曲线,对小麦的细观参数进行标定,并反算宏观参数.结果表明,PFC3D数值方法可很好地模拟小麦的三轴试验.小麦的宏观参数弹性模量、泊松比、内摩擦角、剪胀角与细观参数颗粒刚度、颗粒间摩擦系数等具有良好的相关性.     

刚性有机粒子增韧改性硬聚氯乙烯韧性体的研究

研究了刚性有机粒子(如SAN,PS,PMMA树脂)对硬聚氯乙烯韧性体(指PVC/ABS,PVC/MBS,PVC/CPE等二元共混物)的改性效果.发现在具有一定韧性的PVC基体中添加小份量有机粒子,能明显提高基体的冲击韧性,并保持基体拉伸强度不受损害或同时得到改善.不同粒子对各种硬PVC韧性体的改性效果不同,粒子浓度过大,改性作用消失.分析得知,实现刚性有机粒子增韧改性的必要条件有:粒子与被增韧基体间的良好相容性,恰当的粒子分散浓度及要求基体本身有足够的强度和韧性.刚性有机粒子使共混物流变行为变佳,挤出物外观改善,显示出与传统的弹性体增韧改性不同的规律及特色.     

周期性复合材料热力耦合性能的多尺度方法

基于多尺度方法预报了周期性复合材料的热传导系数、弹性模量和热膨胀系数.针对复合材料热力耦合问题,分别引入了细观和宏观两种尺度坐标描述细观单胞的非均匀化构造和宏观均匀化结构,利用小参数摄动展开技术,建立了复合材料内部温度场和位移场的多尺度表达式,给出了复合材料有效热传导系数、有效刚度系数和有效热膨胀系数的均匀化方程.利用有限元数值模拟分析了夹杂百分含量、形状、排列方式以及间距的变化对复合材料有效性能的影响.     

高韧性高流动性PP/POE复合材料的制备及其形态分析

用聚烯烃弹性体 (POE)代替传统的弹性体 ,对聚丙烯 (PP)增韧改性。探讨了基体树脂、POE和HDPE的用量对共混体系力学性能和流动性的影响。并通过扫描电镜观察冲击断面 ,研究共混物的形态结构与材料性能的关系。结果表明 ,POE能大幅度的改善材料的冲击韧性 ,HDPE具有协同增韧效应 ;制得的PP改性材料具有高韧性和高流动性 ,可用于制造汽车保险杠     

莫来石基复合材料的显微结构与增韧特性——(Ⅱ)SiCw/ZTM体系

本文分析了SiCw/ZTM系复合材料的显微结构及其与力学性能的关系,特别讨论了四方相氧化锆含量及其稳定化程度对增韧的影响。调节氧化锆相中稳定剂Y_2O_3的固溶量可在ZTM复合材料中实现微裂纹增韧和一定程度的相变增韧。包含氧化锆增韧和晶须补强两种效应的SiCw/ZTM多相复合材料中,晶须补强与微裂纹增韧呈加和规律,晶须补强与相变增韧的复合能产生协同增韧效果,但这要求非常仔细地控制稳定剂含量及四方氧化锆晶粒度,以使其中四方氧化锆具备适当的稳定度。     

Fabrication, property characterization and toughening mechanism of HA-ZrO2(CaO)/316L fibre composite biomaterials

HA-ZrO₂(CaO)/316L fibre composites were successfully fabricated with vacuum sintering method and their properties and toughening mechanism were studied. The results showed that HA-ZrO₂(CaO)/316L fibre biocomposite having 20 vol% fibres had optimal comprehensive properties with bending strength, Young’s modulus, fracture toughness and relative density equal to 140.1 MPa, 117.8 GPa, 5.81 MPa·m^1/2 and 87.1%, respectively. The research also addressed that different volume ratios of the composites led to different metallographic microstructures, and that metallographic morphologies change regularly with volume ratios of the composites. 316L fibres were distributed randomly and evenly in the composites and the integration circumstance of the two phases was very well since there were no obvious flaws or pores in the composites. Two toughening mechanisms including ZrO₂ phase transformation toughening mechanism and fibre pulling-out toughening mechanism existed in the compsites with the latter being the main toughening mechanism. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50604017) and the Postdoctoral Science Foundation of Central South University     

印尼油砂尾砂/聚乙烯复合材料的性能

为了研究印尼油砂尾砂/聚乙烯（HDPE）复合材料的性能,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线荧光光谱分析（XRF）进行了分析,得出油砂尾砂改性前后形态、大小及主要成分碳酸钙（CaCO3）质量分数约为77.170%;用不同质量分数硬脂酸干法表面改性油砂尾砂,得出最佳改性剂质量分数为5%;通过冲击强度、拉伸强度、弹性模量和示差扫描量热分析仪（DSC）等表征分析油砂尾砂/HDPE复合材料的力学性能。结果表明,随着尾砂填充量的增加,油砂尾砂对HDPE有明显的增强增韧效果,当尾砂质量分数为50%时,增韧效果达到最好,但大量油砂尾砂分布在HDPE中,使基体中的缺陷增多,受到外力作用时产生应力集中现象致使拉伸强度下降。结晶性能研究表明,油砂尾砂的加入对聚乙烯具有异相成核的作用,增强复合材料的韧性。     

HPVC改性体系增耕机理形态学研究──PVC/CPE/SAN三元体系

用电子显微镜（ＴＥＭ、ＳＥＭ），研究了填加刚性粒子对ＰＶＣ／ＣＰＥ体系力学性能和形态的影响。结果发现，刚性粒子的加入，对体系的增韧效果明显。尤其在＂脆－韧＂转变区，促使二元体系产生网丝，使网丝结构变细、变密，促进＂脆－韧＂转变提前发生。ＳＡＮ与ＣＰＥ有较好的相容性，成网络结构分布，ＳＡＮ以粒子形式分散分布，拉伸时发生＂冷拉＂，产生大形变，使基体屈服，体系韧性提高。     

Al2O3／SiC（p）复合陶瓷力学性能研究

利用压痕强度技术系统研究了引入纳米、亚微米和微米粒径的ＳｉＣ颗粒对Ａｌ２Ｏ３陶瓷力学性能的影响．实验结果表明，微米级ＳｉＣ颗粒具有相对较好的增韧作用，纳米级ＳｉＣ颗粒具有相对较好的增强作用．复合陶瓷试样的断裂韧性受残余热应力和裂纹偏折作用共同影响．ＳｉＣ颗粒引入可以改善复合陶瓷表面抛光质量，减小缺陷尺寸，从而提高了试样的强度．     

层状化增韧层合复合材料低速冲击有限元分析

针对低速冲击作用下的层合复合材料,建立了冲击的二维有限元模型.为了提高层合复合材料的抗冲击损伤性能,采用层状化增韧方法,并利用国际通用显式动力分析程序ANSYS/LS-DYNA,对层状化增韧后的层合复合材料在冲击载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟,确定了增韧方案,为增韧结构设计和选择性增韧提供了理论依据.     

Study on T700/cyanate/PS/epoxy composites with ex-situ toughening technique

Composites were prepared with polysulfone through ex-situ toughening technique. The dynamic parameters of cyanate/epoxy resin were studied by differential scanning calorimetric（DSC） analysis and dynamic mechanical analysis（DMA）. Microstructual toughening mechanism was studied through scanning electron microscopy（SEM）. The particle microstructure in interlaminar region of composites toughened through ex-situ toughening technique revealed that a reaction induced phase decomposition and phase inversion happened in the interlaminar region. The thermosetting particles were surrounded by the PS phase, which could signifi cantly improve the delamination resistance of composites. The compression after impact（CAI） can be signifi cantly improved from 180 MPa to 260 MPa by using ex-situ toughening while the mechanical properties are not affected.     

橡胶/粘土协同增韧环氧树脂的研究

采用橡胶/粘土协同增韧环氧树脂,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对环氧树脂/橡胶/粘土复合材料的结构进行了研究,同时还研究了其力学性能.结果表明:纳米粘土和橡胶之间存在明显的协同增韧效应.从冲击断面的SEM分析可知,改性后的复合材料呈现明显的韧性断裂.XRD结果表明,粘土结构以插层结构为主,粘土片层间距由2.3nm增加到3.5nm以上.复合体系解决了单纯橡胶增韧环氧树脂时带来的强度和耐热性差的问题,使复合材料的力学性能和热性能均有一定的改善.     

乳化沥青对PVA纤维增强水泥基复合材料韧性的影响

为了研究乳化沥青对纤维增强水泥基复合材料韧性的影响,采用乳化沥青制备PVA纤维增强水泥基复合材料,对其强度和韧性性能进行测试,并采用SEM对试件断面微观形貌进行了分析。结果表明,加入乳化沥青以后,复合材料的抗压强度和抗折强度迅速下降,而韧性性能迅速上升;纤维的破坏模式由拉断破坏变成拔出破坏,随之在试件底部出现了多缝开裂;当乳化沥青用量为10%时,试件出现了明显应变硬化现象;当乳化沥青用量过大时,韧性反而下降。此外,结合微观力学原理,对乳化沥青的增韧机理进行了阐述。