熔纺三叶形聚乙烯醇纤维的制备及增强水泥基材料

采用自主创新的聚乙烯醇(PVA)熔融纺丝新技术,首次制备了三叶形截面PVA异形纤维,为水泥基复合材料提供新型增强纤维。研究了熔融纺丝和热拉伸对纤维截面形状、热性能、结晶性能、取向度和力学性能等的影响。结果表明,熔纺三叶形截面PVA初生纤维内部结构均匀致密,无明显皮芯结构。经热拉伸处理,纤维能较好保持三叶形截面,异形度为58.2%。PVA分子链在拉伸应力下诱导结晶,纤维结晶结构更完善,结晶度和取向度增加,纤维的强度增加,熔点升高。热拉伸8倍后,纤维强度达3.7 cN/dtex。将三叶形纤维用于水泥基复合材料的增强增韧,当其体积掺量为2%时,纤维增强水泥试件的挠度达17.3%,断裂能达10.5 J。     

静电纺纳米纤维对复合材料层间增强增韧的研究进展

综述了当前国内外静电纺纳米纤维对复合材料层间增强增韧的研究现状,总结了静电纺纳米纤维作为层间改性材料的优势,讨论了纳米纤维对复合材料层间韧性、抗冲击性能以及限制裂纹扩展等方面的应用,并提出了下一步的研究工作重点。     

甲基丙烯酸缩水甘油酯对水溶性聚乙烯醇纤维的表面改性及增强机理

以硝酸铈铵(CAN)作为引发剂,采用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)通过悬浮接枝共聚法对水溶性聚乙烯醇(PVA)纤维进行表面改性。讨论了GMA添加量、CAN浓度、H+浓度对PVA纤维接枝率(GR)的影响,以及GR对纸张强度的影响。研究结果表明,当GMA浓度为0.2mol/L,CAN浓度为6×10-3mol/L,H+浓度为0.1mol/L时,GR为35%,纸张获得较佳强度,耐折度为56次,干拉力为68.2N,湿拉力为17.8N。FT-IR表明,GMA在原纤维表面发生了接枝共聚反应。SEM表明,改性后PVA纤维表面由槽状结构变为鳞片状结构。     

聚乙烯醇纤维增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究

以聚乳酸(PLA)和高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维为原料,通过熔融共混热压成型工艺制备了不同PVA纤维含量的PLA/PVA复合材料,研究了复合材料的相形态、玻璃化转变、结晶和熔融行为以及力学性能。结果表明：低含量的PVA纤维能均匀地分散在PLA基体中,当纤维质量分数达到20%时,纤维发生团聚。差示扫描量热仪测试结果表明PVA纤维在PLA结晶过程中起到了成核作用。随PVA纤维含量增加,PLA的结晶度增加。此外,动态力学行为表明PVA纤维含量的增加有助于提高复合材料储能模量和刚性。复合材料的拉伸和弯曲模量随PVA纤维含量的增加而增加,当PVA纤维质量分数为20%时,拉伸和弯曲模量达到最大,与纯PLA相比,复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高了43.5%和38.6%。但是,PVA纤维的加入并没有使复合材料的拉伸和弯曲强度得到较大改善。     

纳米纤维素增强聚乙烯醇/水性聚氨酯静电纺膜的研究

采用TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物自由基)氧化纤维素纳米纤维(TOCNs)作为聚乙烯醇(PVA)/水性聚氨酯(WPU)静电纺膜的增强剂。研究中使用拉伸实验研究TOCNs的增强作用,此外还使用扫描电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪及差示扫描量热仪等对静电纺膜进行结构性能表征。扫描电镜观察发现当纳米纤维素加入量为5%(质量分数)时,其在聚合物基质中分散良好,所得静电纺纳米纤维保持了良好的形态。此外,加入5%(质量分数)的纳米纤维素能够将材料的抗张强度提高44%,且纳米纤维素的加入对材料的热稳定性也有一定的改善,纳米纤维素起到一种纳米填料的效果。鉴于PVA、WPU、TOCNs均为亲水性,无毒且具有生物相容性的物质,所得静电纺膜在组织支架及伤口护理材料等方面具有潜在应用。     

冲击荷载作用下纤维增强水泥砂浆模型研究

冲击荷载作用下，纤维增强水泥砂浆的冲击过程有五个阶段，即弹性压缩阶段、损伤阶段、材料内部发生大的贯穿性破坏阶段、孔洞崩塌阶段和“固体’’压缩阶段。根据此压缩过程进行模型分析，采用基于扰动态概念（DSC）模型和朱王唐（ZWT）模型建立的动态损伤模型描述材料的完整态和损伤态。本可以拟合测试波形，但与Lagrange分析结果存在一定差异。其余阶段采用状态方程进行描述。分析结果表明，此模型基这两种分析方法可以互相补充，相互检验。     

甲基丙烯酸缩水甘油酯对水溶性聚乙烯醇纤维的表面改性及增强机理EI北大核心CSCD

以硝酸铈铵(CAN)作为引发剂,采用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)通过悬浮接枝共聚法对水溶性聚乙烯醇(PVA)纤维进行表面改性。讨论了GMA添加量、CAN浓度、H+浓度对PVA纤维接枝率(GR)的影响,以及GR对纸张强度的影响。研究结果表明,当GMA浓度为0.2mol/L,CAN浓度为6×10-3mol/L,H+浓度为0.1mol/L时,GR为35%,纸张获得较佳强度,耐折度为56次,干拉力为68.2N,湿拉力为17.8N。FT-IR表明,GMA在原纤维表面发生了接枝共聚反应。SEM表明,改性后PVA纤维表面由槽状结构变为鳞片状结构。     

聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron 落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。      

胶原-聚乙烯醇共混纤维的电纺工艺条件探索

以胶原、聚乙烯醇为原料,首先研究了两者不同配比共混液的流变性能,结果表明胶原-聚乙烯醇共混液的黏度随剪切速率增大而减小、随温度升高而降低;采用幂律方程拟合胶原-聚乙烯醇共混液流动曲线并计算了非牛顿指数,温度升高,非牛顿指数增大,向1靠近,牛顿特性突出。再以胶原与聚乙烯醇固含量配比(质量比)1∶1、1∶2、2∶1的共混液进行静电纺丝,实验结果显示胶原和聚乙烯醇配比为1∶1的纤维直径分布最宽,1∶2和2∶1的纤维直径分布较窄,均可明显看到胶原纤维与聚乙烯醇纤维纵横交错形成更稳固的纤维网结构,最终得到的胶原-聚乙烯醇静电纺的最佳配比为固含量2∶1。聚乙烯醇与胶原共混后静电纺丝制备的微纳纤维膜可充分发挥两者的优点,有望在今后用于血管支架、创伤敷料、止血纤维等方面。     

熔体纺丝和凝胶纺丝UHMWPE纤维结构对比

目前,通过熔体纺丝法制备出的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的拉伸强度不如凝胶纺丝纤维。文中利用热分析仪、广角X射线衍射仪、小角X射线散射仪研究了熔体纺丝和凝胶纺丝UHMWPE纤维的微观结构,通过对比发现,熔纺UHMWPE纤维拉伸强度不如凝胶纺丝纤维的原因在于熔体纺丝UHMWPE纤维的伸直链结晶含量低于凝纺纤维,大分子链没有获得充分的伸直,单斜晶的取向度较低,纤维的整体结构不如凝胶纺丝纤维致密。而造成这一结果的根本原因在于熔纺UHMWPE纤维的有效拉伸倍率不高。     

两种碳纤维增强Cf/BN-Si3N4复合材料性能对比

采用XRD,XPS和SEM对T300和T700两种碳纤维的物相结构、表面成分以及表面形貌进行了分析.分别以两种碳纤维编织件为增强体,采用先驱体浸渍一裂解(PIP)工艺制备了Cf/BN-Si3N4复合材料,并对其力学性能和微观结构进行分析.结果表明,两种碳纤维的石墨化程度、表面活性均相近,表面形貌差别很大.两种纤维增强的复合材料密度相当,但力学性能以及断裂行为有明显区别.与T300碳纤维增强的复合材料相比,T700增强的复合材料弯曲强度更高,弹性模量略低,具有更好的韧性.碳纤维表面状态的差异是纤维与基体的结合强弱以及复合材料力学性能不同的主要原因.     

掺PVA纤维的抗裂改性水泥的性能与应用研究

抗裂性差是水泥基材料存在的主要问题之一,严重影响水泥基材料物理力学性能和耐久性。本文对掺PVA纤维的抗裂改性水泥的性能与应用进行了研究。结果表明,与普通水泥砂浆相比,掺PVA纤维的抗裂砂浆的强度、变形性能、抗裂性和耐久性均具有明显改善。PVA纤维增强抗裂砂浆技术在工程中得到了实际的应用。     

熔体包覆法长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能

采用自行设计的熔体包覆模头制得长纤维增强聚丙烯粒料(LFG),研究了马来酸酐接枝聚丙烯(MPP)的含量、玻璃纤维的含量及长度等对长纤维增强聚丙烯(LGF/PP)力学性能的影响。通过注塑和压缩模塑两种成型工艺,比较纤维的损伤情况。结果表明,LGF/PP的力学性能随着MPP和GF含量的增加而增强;单螺杆挤出机挤出过程对纤维的损伤注塑过程更为严重。同时,由两者试样的断面扫描电镜图(SEM)可以得出,试样中纤维的浸渍和分散达到良好的效果。当MPP含量为8%左右,GF含量为30%~40%,LFG长度为12 mm,采用注塑成型可获得综合力学性能较好的LGF/PP制品。     

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

基于图像处理的纤维分布与取向分布对水泥基材料弯曲性能的影响

聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的弯曲性能与纤维在水泥基体内的分布和取向分布相关。采用抛光断面后涂荧光粉的显微成像法,基于图像处理程序对PVA纤维在水泥基材料中的分布和取向分布进行量化测定,对不同基体结构特征影响纤维分布的机理进行了讨论。结合弯曲试验结果,研究了纤维分布和取向分布对材料弯曲性能的影响。纤维分布测定结果表明,均匀的基体结构特征利于纤维的分布,同时对于材料组分和加工制作过程完全相同的试件,纤维分布系数越大,试件的弯曲强度与韧性越大;纤维取向分布测定结果表明,乱向分布的纤维当其长度方向与抛光断面方向的角度接近90°分布概率越大,试件的弯曲韧性也越大。     

纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦学行为

本文研究了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强的PI复合材料在于摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。研究表明,碳纤维增强PI复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数和磨损率都随碳纤维含量的增加而不断降低。而玻璃纤维和石英纤维增强PI复合材料的摩擦系数和磨损率则随纤维含量的增加而增大。材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导,相同纤维种类和含量增强PI复合材料在水环境下的磨损率均较干摩擦下的低,这主要归因于摩擦副表面吸附或存留的水分的边界润滑作用。     

无压熔渗制备TiC/Ni_3Al复合材料的微观组织与断裂韧性研究(英文)

以化学纯镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉为原料,采用燃烧合成方法制备了TiC/Ni3Al含孔预制件,用无压熔渗法制备了TiC/Ni3Al复合材料。对TiC/Ni3Al复合材料的微观组织、硬度和断裂韧性进行了研究并采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成、微观结构、断口形貌。采用压痕法计算了TiC/Ni3Al复合材料的断裂韧性。试验结果表明:无压熔渗法是制备致密的TiC/Ni3Al复合材料的有效方法。在完成渗透获得致密组织的前提下,渗透温度和渗透时间对TiC/Ni3Al复合材料的硬度及断裂韧性无显著影响。渗透后复合材料的组成相主要为Ni3Al和TiC两相,Ni3Al相和TiC颗粒结合良好。本文制备的Ni3Al/TiC复合材料的维氏硬度随TiC体积分数的增加而增加,TiC含量分别为70%和80%时,复合材料的维氏硬度平均值分别为569.6(Hv)和610.8(Hv)。复合材料的断裂韧性最高达到了10.5MPa.m1/2,TiC颗粒和Ni3Al界面的分离是复合材料断裂过程中存在的主要失效形式。断裂过程中Ni3Al可以有效地吸收裂纹扩展能量,阻止了裂纹的直线扩展,使裂纹扩展方向发生偏转,大大增加了材料的断裂韧性。     

纤维/混杂纤维-矿渣地质聚合物复合材料的弯曲强度与弯曲韧性

碱激发矿渣地质聚合物存在脆性大、韧性差、易开裂等缺陷。利用纤维/混杂纤维对矿渣地质聚合物进行改性,以纤维-矿渣地质聚合物复合材料的弯曲强度与弯曲韧性作为考察指标,分析了3种单一纤维及2种混杂纤维对矿渣地质聚合物的增强与增韧效果。研究结果表明,碳纤维增强效果优于钢纤维、玄武岩纤维,钢纤维增韧效果优于碳纤维、玄武岩纤维,而玄武岩纤维增强及增韧效果相对较差;碳纤维与钢纤维混杂,可充分发挥碳纤维的增强效应和钢纤维的增韧效应,适当掺量下混杂纤维较单一纤维具有更好的增强与增韧效果;纤维与浆料的容重差对矿渣地质聚合物硬化体的均质性具有重要影响,碳纤维与钢纤维混杂可显著降低不同加载方向下矿渣地质聚合物弯曲强度与弯曲韧性的离散性。     

碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究

传统的水泥混凝土材料由于功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度差,在一些特殊领域中的应用受到了很大限制.碳纤维由于具有高比强度、高比模量、密度小、耐腐蚀、导电性好、对人畜无害等优异性能而颇受材料科学工作者的青睐,被视为许多复合材料的优良增强体.将碳纤维加入到水泥基体中,制成碳纤维增强水泥基复合材料,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是能把普通的水泥建筑材料变成对温度和应力敏感、具有自感知内部应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的智能材料.