官能团化碳纤维/热塑性聚氨酯复合泡沫材料的制备及力学性能

采用浓H_3PO_4/浓HNO_3混酸体系对碳纤维(CF)表面进行预处理得到酸化碳纤维,再利用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与酸化碳纤维发生接枝反应,制得官能团化碳纤维(MCF)。将其与热塑性聚氨酯(TPU)熔融共混得到MCF/TPU复合泡沫材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱和场发射扫描电镜等表征了纤维接枝改性效果和复合材料结构及断面形貌。结果表明,化学接枝使得纤维表面官能团化,并且接枝改性增加了纤维表面的粗糙度及无序程度。从而成功地改善了纤维和TPU基体的界面粘合力和相容性。力学性能分析表明,相比接枝前的CF,MCF可明显提高复合泡沫材料的力学性能,当纤维添加量为3%时,较改性前拉伸强度提高了16.1%,断裂伸长率提高了18.5%,撕裂强度提升了3.2%,回弹性提高了6.7%,压缩永久变形降低了6.9%。     

聚乳酸/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

目的 以聚乳酸(PLA)为基材,制备聚乳酸/聚氨酯(TPU)复合材料,并研究复合材料的性能和TPU含量对复合材料的影响。方法 利用双螺旋杆挤出机将PLA和TPU熔融共混后挤出,得到含不同质量分数TPU(17%、20%、25%、33%、50%)的复合材料,对复合材料进行红外分析,测试不同含量TPU对其热稳定性能、动态热力学性能和流变特性的影响。结果 随着TPU含量的增加,复合材料的热稳定性能和韧性变好;在流变实验中复合材料表现出剪切变稀的特点,且TPU质量分数为33%时复合材料所表现出的各项性能最优。结论 TPU的加入可以改善PLA脆性大、韧性小的缺陷,并获得热力学性质稳定、兼具2种材料的优势并且具有环境友好性的复合材料。     

连续碳纤维/尼龙6热塑性复合材料的吸湿及力学性能

利用热压工艺制备了三种不同等温结晶时间的连续碳纤维（CF）增强尼龙6（PA6）单向复合材料,并分别研究了吸湿前后连续CF/PA6复合材料单向板的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切性能变化。结果发现,CF/PA6复合材料的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切强度（模量）分别下降了10%~37%（0~0.6%）、35%~46%（62%~64%）、53%~61%（16%~28%）和5%~31%。结合SEM断面观察和抛光金相显微学给出了吸湿对CF/PA6复合材料性能的影响机制。      

碳纤维复合材料力学性能研究进展

目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展,推进碳纤维复合材料的研制和应用。方法 采用文献调研法,梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容,对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等,提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。     

聚吡咯涂覆碳纤维的制备及其复合材料的力学性能研究

采用在一定程度下可控的电化学聚合法在碳纤维表面快速一步构建了聚吡咯(Ppy)共轭高分子膜,再利用真空辅助树脂传递模塑技术(VARTM)将碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)制备成复合材料。使用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪对碳纤维的表面形态和结构进行分析与表征,并通过对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)进行层间剪切强度试验和三点弯曲实验来研究其力学性能。结果表明：与未经处理的CF/EP相比,碳纤维表面具有聚吡咯涂层的CF/EP其层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量分别提升了37.6%、24.3%和37.5%。因此,通过简单高效的一步电聚合法在碳纤维表面修饰聚吡咯涂层,可有效地提高CF/EP的整体力学性能。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料制备及力学性能分析

目的研究泡沫铝相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数(硬段在热塑性聚氨酯弹性体橡胶中所占的质量分数)对泡沫铝-聚氨酯复合材料力学性能的影响。方法自行制备泡沫铝-聚氨酯复合材料,对制备的泡沫铝-聚氨酯样品进行准静态压缩实验。结果通过准静态压缩实验,得出了不同泡沫铝的相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数分别对应的应力应变曲线。当聚氨酯硬段质量分数和聚氨酯含量一定时,泡沫铝相对密度从5.4%提升到6.1%,泡沫铝-聚氨酯屈服强度增加了12.8%,流变应力增加了29.8%。当聚氨酯硬段质量分数和泡沫铝相对密度一定时,聚氨酯含量从9.21 g提升到13.19g,泡沫铝-聚氨酯屈服强度增加了32.6%,流变应力增加了10.9%。当聚氨酯含量和泡沫铝相对密度一定时,聚氨酯硬段质量分数从15%提升到25%,泡沫铝-聚氨酯屈服强度增加了95%,流变应力增加了55.5%。结论不同的泡沫铝相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数与泡沫铝-聚氨酯复合材料的力学性能成正相关的关系,泡沫铝相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数与泡沫铝-聚氨酯复合材料的缓冲吸能特性成正相关的关系。     

碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试

碳纤维复合材料因其强度高、质量轻、导热性能出众,在外空间和核工业等领域中的关键部件中得以应用.碳纤维复合材料与金属主要是通过螺栓、胶结、钎焊或扩散焊连接在一起.其中,在钎焊过程中,多数钎料在这类复合材料表面并不润湿,通常采用活性钎料,在高温和高真空的条件下进行;钎料的种类不同,钎焊接头的强度差异也很大.本文对碳纤维复合材料与金属铜、钛、铌、铝等金属的连接方法和相关研究进展作了总结,对其接头的力学性能测试方法作了介绍,并对该领域的研究方向发展做了展望.     

单向碳纤维增强树脂基复合材料的超低温力学性能

采用真空袋-热压罐工艺制备单向碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)层合板,并将高低温试验箱与万能试验机相结合,通过合理使用低温胶和低温引伸计,并在降温过程中实施应力-应变实时调零等关键技术,在室温和液氧超低温度(-183℃)下对单向CFs/EP层合板进行拉伸和弯曲试验,研究了其超低温力学性能,并根据室温和超低温试验后试样的微观和宏观特征,揭示了超低温环境下复合材料力学性能变化机制。结果表明,与室温力学性能相比,单向CFs/EP层合板超低温拉伸强度下降约为9.5%,而拉伸模量上升约为6.2%,主要是由于超低温环境下,树脂的收缩使绝大部分碳纤维与树脂间形成了强界面,拉伸后试样呈"劈裂式"破坏形式,无法使每根纤维都充分发挥其强度,拉伸强度下降,同时超低温也限制了树脂大分子链的运动,所以导致单向CFs/EP层合板拉伸模量上升;单向CFs/EP层合板超低温弯曲强度和弯曲模量分别提高约54.75%和11.64%,这是由于单向CFs/EP层合板的常温和超低温的弯曲破坏形式均为分层剪切破坏,超低温下复合材料的界面增强,提高了单向CFs/EP层合板抵抗剪切分层的能力,进而使CFs/EP的弯曲性能得到提高。     

连续长玻璃纤维/聚氨酯复合材料的制备与力学性能

以三羟基聚醚多元醇（PPG）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）作为软段和硬段,玻璃纤维（GF）为增强体,采用预聚体法制备自交联型GF/聚氨酯（PU）复合材料。借助旋转式黏度计、DMA、SEM、XRD和万能力学试验机等分析检测手段,研究了PU预聚体聚合温度、适用期、物相及GF含量等因素对GF/PU复合材料力学性能的影响。结果表明:PU预聚体聚合温度为50℃,GF含量为55wt%时,GF/PU复合材料综合性能最优,拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性分别为794 MPa、846 MPa和228 kJ/m2,动态力学性能损耗因子（tanδ）峰值为0.59。      

纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。     

不同测试条件对碳纤维复丝部分力学性能的影响

就国内某企业生产的3K普通高强碳纤维,用相同的制样方法制备出碳纤维样品,在同一材料实验机上,用不同的测试条件对碳纤维力学性能进行测试,得出不同测试条件下碳纤维的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率等主要力学性能表征值。     

碳纤维电泳沉积碳纳米管对界面性能的影响

采用碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面,达到改性碳纤维复合材料界面性能的目的.将羧基化的碳纳米管在十六烷基三甲基溴化铵的分散作用下制备成不同浓度的水溶液,在电场作用下,将碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面.通过扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱以及动态接触角对处理前后的碳纤维的表面形貌、表面元素及浸润性进行表征.研究结果表明,经过电泳沉积碳纳米管后,碳纤维的表面粗糙度、表面极性官能团含量及表面能都有较大提高,纤维的浸润性得到提高.对复合材料的界面性能分析表明,复合材料的界面性能在经过处理后有很大提高,当碳纳米管的质量浓度为0.1%,界面剪切强度提高了72.93%.     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

Cuntze UD准则研究碳/玻纤环氧树脂复合滑板的性能

为研究纤维铺层结构在高端运动器材方面的使用性能,本文研究了一种单向编织的碳纤维/玻纤增强相、环氧树脂为基体相的滑板复合结构的抗压载性能,同时采用Cuntze的UD材料失效准则对该复合滑板进行5类失效评估。实验结果表明:该复合滑板的抗压最大质量为2 t,主要体现为基体失效,并且以基体拉伸失效为主,而纤维失效则不明显;通过失效准则判定,纤维失效主要集中于加载压头周边第30层小范围区域,并且为拉伸失效,这说明碳纤维的压弯失效层集中于弯曲曲率较大的铺层区域,加载部位的失效集中在底部的二级铺层结构面上.     

碳纤维复合材料接头力学性能试验与仿真分析

采用试验和仿真分析的方法对T800/924复合材料接头在拉伸载荷作用下的力学性能进行研究。在电子万能试验机上进行了接头试验件的拉伸试验,记录试验中试验件的破坏过程,得到了最终失效载荷。采用非线性有限元法,基于ABAQUS软件平台,使用内嵌的材料用户定义子程序（VUMAT）,建立了该试验对应的有限元分析模型,得到接头的应变分布情况,并给出接头失效载荷的计算值。结果表明:计算预测接头的损伤部位与试验吻合,失效载荷计算值与试验值差值较小,证明了仿真分析方法的可行性。通过结果分析发现,孔边是应力集中的地方,破坏一般从孔边开始萌生,并且接头面外受载能力较弱,接头的失效模式一般是孔边面外拉脱。      

玄武岩纤维-碳纤维混杂平纹织物增强环氧树脂基复合材料的制备与力学性能

对以平纹织物为增强体的混杂纤维复合材料（HFRP）的刚度和强度进行研究。设计热压工艺并制备7组具有不同混杂比的玄武岩纤维-碳纤维（玄-碳）混杂增强环氧树脂基复合材料试样进行拉伸试验。基于平纹织物的结构特征,对传统混合定律加以修正,提出以平纹织物为增强体的HFRP刚度估算模型。基于HFRP层合板的破坏机制,提出材料仅发生一次破坏的临界混杂比,并分成三个混杂比范围给出强度估算模型。最终以体现分散度的混杂效应系数对估算结果加以修正。结果表明：计算值与试验值近似,预估模型计算所得临界混杂比与试样拉伸试验时的应力-应变曲线分析结果相符,模型可为今后的实际应用提供理论依据。本文提出的预估方法可以反应混杂比和分散度对平纹织物为增强体的HFRP强度和刚度的影响,扩展了混合定律的应用范围。     

T-1000碳纤维/环氧树脂基复合材料性能研究

用扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱仪、NOL环及φ150mm容器等手段,对T-1000碳纤维表面状态、元素组成和复合材料性能进行系统研究.结果表明,该纤维表面光滑,富有树脂涂层,具有高的活性碳基团,与HS19环氧基体匹配具有高的粘接强度,φ150mm容器环向纤维发挥强度达6174MPa,复合高压气瓶具有较高的容重比.     

短切碳纤维/羟基磷灰石生物复合材料的制备及性能

以短切碳纤维为增强相, 采用原位复合法制备短切碳纤维(C_f)/羟基磷灰石(HA)生物复合材料。为提高材料的界面结合, 对C_f表面进行氧化处理。对纯HA结构、 C_f表面以及复合材料断口形貌分别采用XRD、 FTIR、 SEM进行分析表征; 采用万能试验机对复合材料进行力学性能测试。结果表明: 氧化处理后C_f表面变粗糙, 有羟基羧基官能团出现; C_f质量分数为3%时C_f/HA复合材料相对密度最大, 力学性能最好, 弯曲强度和弯曲模量分别约为130 MPa和36 GPa。C_f/HA复合材料断口SEM照片表明, C_f质量分数低于6%时能够实现在HA基体中的均匀分布。