典型环境因素对聚合物基复合材料力学行为影响的研究现状与进展

随着聚合物基复合材料在飞行器结构中的大量应用,复合材料的力学行为演变规律及损伤失效问题越来越受到人们的高度关注。环境损伤效应作为材料在服役过程中不可避免的问题,使深入研究环境因素对复合材料力学行为的影响具有重要的理论与工程价值。文中对近年来不同环境因素对聚合物基复合材料力学行为的影响进行了综述,重点探讨了在高温、湿热、真空热循环条件下,聚合物基复合材料力学行为的研究结果与状况,以期为聚合物基复合材料在新型飞行器上的应用提供有益的参考。     

高性能树脂基复合材料典型空天环境下动态力学行为研究现状

随着飞行器结构中碳纤维增强树脂基复合材料用量的迅速增加,其应用范围从非主承力构件逐渐扩展到主承力构件,复合材料结构中的疲劳、低速冲击和高速撞击等动态力学问题已经引起了国内外研究者的广泛关注.本文综述了典型空天环境因素与碳纤维增强树脂基复合材料的交互作用,重点探讨了其在疲劳、低速冲击和高速撞击载荷作用下的行为,简述了环境损伤与动态载荷耦合对碳纤维增强树脂基复合材料动态力学性能的影响,以期为聚合物基复合材料在空天飞行器上的应用提供有益的参考.     

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。     

聚合物基纳米复合材料的研究进展

对聚合物基纳米复合材料的研究进展进行了介绍,报道了有关聚合物基纳米复合材料制备方法的研究进展情况,并分别对聚合物/粘土纳米复合材料、环氧树脂基纳米复合材料、聚酯纳米复合材料、聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究发展情况给予了评述,同时对每种体系特点和存在的问题进行了论述,最后着重指出纳米复合材料制备方法、应用以及开发新的聚合物基纳米复合体系是今后的主要研究方向.     

基于失效机制的单向纤维增强树脂复合材料退化模型基于失效机制的单向纤维增强树脂复合材料退化模型

基于复合材料力学理论和失效机制,建立了一种新的适用于单向纤维增强树脂基复合材料的突降退化模型,用于描述复合材料基本材料性能在不同模式失效发生后的衰减行为。在模型中不仅考虑了复合材料拉伸和压缩弹性模量的差别,还考虑了损伤后材料拉伸和压缩性能退化的不同,以及裂纹闭合效应和侧向约束对压缩失效后性能的影响。另外,该模型只需要基本材料参数作为输入,便于应用。为了验证所提出的模型,建立了T800碳纤维增强X850环氧树脂基复合材料的退化模型,并对典型复合材料螺栓连接结构的拉伸失效行为进行渐进损伤分析。数值模拟获得的结构破坏载荷、破坏形式及载荷位移曲线与试验结果有较好的一致性,验证了所提出模型的计算精度和有效性。      

天然植物纤维复合材料界面改性研究进展

天然植物纤维基复合材料性能优异,但天然植物纤维独特的结构性能,致使其与聚合物复合还存在诸多问题。提高天然植物纤维在聚合物基体中的分散性,增加纤维与聚合物基体的相容性对于提高天然植物纤维复合材料力学性能有着至关重要的作用。概述了天然植物纤维及其复合材料制备在界面改性方面的研究进展,总结了纤维改性对复合材料性能的影响,目前天然植物纤维改性处理的方法主要有热处理法、碱处理法、偶联剂法、酰化法、表面接枝法、复合处理法等。随着天然植物纤维改性研究的不断深入,天然植物纤维基复合材料应用前景将更加广阔。     

木塑复合材料力学模型的研究进展

简要地概述了数学方法在描述和预测纤维增强聚合物复合材料力学性能研究中的应用情况,在此基础上综合分析了纤维增强聚合物复合材料力学模型的特点,并介绍了混合法则,Halpin-Tsai模型,Cox模型和Kelly-Tyson模型等常用模型的原理,评述了它们在实际应用中的优势和缺点,讨论了构建木塑复合材料力学模型过程中涉及的假设和参数设定等关键问题,最后展望了力学模型在木塑复合材料中的应用前景。     

纳米复合薄膜及其在果蔬保鲜中的应用

纳米复合包装薄膜一般为聚合物基纳米复合材料,可分为纳米材料/合成聚合物复合材料与纳米材料/天然聚合物复合材料。阐述了这2种复合材料的制备方法和性能特点,综述了纳米TiO2复合薄膜、纳米SiO2复合薄膜、纳米CaCO3复合薄膜、纳米银复合薄膜在果蔬保鲜中的应用研究,并展望了纳米复合薄膜在果蔬保鲜应用方面的研究方向。     

纳米填料填充聚合物/纤维复合材料的研究进展EI北大核心CSCD

综述了近年来国内外纳米填料填充聚合物/纤维复合材料的多尺度结构及制备方法,讨论了纳米填料与纤维对复合材料性能的影响。纳米填料填充到聚合物/纤维复合材料中,可以较大地提高材料力学强度、耐腐蚀性、阻燃性、导热性等各种性能。该领域的研究为聚合物/纤维复合材料的功能化提供了有效途径。     

聚合物基MOFs复合材料的制备及应用

金属有机骨架化合物(MOFs,配位聚合物)主要是由金属离子与有机配体通过自组装作用而形成的一种有机无机多孔配合物,它具有结构可调、孔隙率高以及比表面积大等特点,在生物医药、传感、气体分离膜等方面有着广泛的应用,但单一的MOFs材料也有一定的缺点,如稳定性差、机械强度低等。为了改善其缺点,一些研究者将MOFs材料与无机物、有机物复合,在改善MOFs材料缺陷的同时扩宽它的应用范围,本文重点阐述了MOFs材料与聚合物的复合研究进展。本文根据MOFs材料的命名、组分单元和合成方法的不同将MOFs分为以下几类,如网状金属有机骨架材料(IRMOFs)、类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)、莱瓦希尔骨架材料(MILs)、孔/通道式骨架材料(PCNs)等;归纳了聚合物基MOFs复合材料常用的两种制备方法,即物理共混法和原位法;总结了聚合物与MOFs间的复合方式,主要有非共价键复合和共价键复合。非共价键复合包括氢键、范德华力、静电作用等;共价键复合主要是氨基与羧基间的复合。在非共价键复合和共价键复合中都有氢键的作用,并且通过共价键可以使聚合物和MOFs材料更好地复合,从而使聚合物基MOFs复合材料更加稳定,应用更加广泛。最后介绍了聚合物基MOFs复合材料在生物医药、传感、气体分离膜等方面的应用现状,并对聚合物基MOFs复合材料的发展趋势进行了展望,主要包括复合材料的复合方式、复合材料的结构调控,以及复合材料在其他领域的应用。希望本文能为聚合物基MOFs复合材料方面的研究提供一定的指导与借鉴。     

功能性石墨烯改善聚合物介电性能的研究进展

目的对近年来使用改性石墨烯改善聚合物基复合材料介电性能的研究进行总结,指出今后的发展方向。方法总结通过石墨烯改性来改善其在聚合物的分散性和提高聚合物基石墨烯复合材料介电性能的方法;对比石墨烯/聚合物复合材料的复合工艺对其介电常数和介电损耗数值的变化,总结不同的改性方法对复合材料介电性能的影响。结论石墨烯作为一种性能较优的导电填料对材料介电性能影响巨大,然而,由于其物理分散性不好,极大地阻碍了石墨烯改性聚合物基高介电复合材料的发展。通过对石墨烯进行功能化改性修饰可以有效提高聚合物基复合材料的介电性能,这种材料可作为电活性聚合物,在很多需要高介电常数的电介质材料领域,如超级电容器、感应器、驱动器、智能包装和机器人等方面得到应用。     

聚合物基复合材料导热模型的研究现状及应用

综述了描述聚合物基复合材料导热性能的经典模型和新模型,详细列举了各模型的特点,比较了模型之间的区别,具体分析了影响复合体系导热性能的各种因素.结合对碳纳米管复合材料的研究给出了一些常用模型的应用建议,同时提出了当前研究中存在的模型通用性差的问题,指出今后聚合物基导热复合材料的研究趋势应为开发新的高导热纳米填充物和纳米复合技术以使填充物在基体中能形成有效的导热通路,从而改善复合体系的导热性能.     

填充型聚合物基介电储能复合材料的研究进展

聚合物薄膜电容器具有功率密度超高、击穿场强高、易于生产和密度小等特点,因而被广泛地应用于电力电子设备中.但是由于聚合物本身低的介电常数而导致其能量密度较低,限制了其在新兴领域的应用.通过复合的方式向聚合物基体中加入不同形貌与特性的填料是提高聚合物能量密度的有效途径.本文综述了近年来国内外关于填充型聚合物基介电储能复合材料的研究现状,分类讨论了各种填料的优势与不足,探究了填料与聚合物基体间的界面及相互作用对复合材料介电性能的影响,阐述了填充型聚合物基介电储能复合材料存在的问题和未来的发展方向.     

喷射沉积铝基复合材料再结晶控制与强韧化机制的研究现状

喷射沉积颗粒增强铝基复合材料应用前景广阔,但因成形困难、强韧性低而受限,控制热变形过程中的动态再结晶行为和揭示强韧化机制是关键。综述了喷射沉积铝基复合材料致密化技术的分类与发展;概述了铝基复合材料在变形过程中的回复与再结晶;论述了喷射沉积铝基复合材料力学性能的影响因素,分析了导致强韧性降低的因素。展望了喷射沉积铝基复合材料的发展趋势,对铝基体动态再结晶行为的影响因素、颗粒增强铝基复合材料强韧性的影响机制及复杂微观组织下材料的强韧化机制、完善与发展喷射沉积材料的致密工艺和机理进行了探讨,并提出了提高材料力学性能和强韧性的措施。     

碳纤维增强聚合物基复合材料雷击损伤研究进展

目前航空航天飞行器使用较多的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)结构在遭遇雷击等强电磁环境时，往往表现出更严重的损伤和破坏。总结了针对CFRP雷击损伤特性开展的理论和试验研究，揭示了雷电流作用下CFRP直接损伤的形成机理，并从不同角度探讨了影响CFRP直接雷击损伤的因素。此外，对雷电冲击后的复合材料剩余强度问题进行了分析。未来继续开展CFRP直接雷击损伤研究工作时，仍需进一步考虑实际雷电环境下电流的综合影响。     

导电聚合物基抗菌复合材料的合成及生物医用研究进展

以聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺为代表的导电聚合物具有优异的导电特性和良好的生物相容性,在生物医学工程、临床医学等领域中有着广泛的应用。由导电聚合物与抗菌剂复合而成的导电聚合物基抗菌复合材料,有助于改善导电聚合物的抗菌性能,降低细菌感染的风险,避免导电聚合物优异的电学性质被细菌生物膜掩盖。本文总结了导电聚合物基抗菌复合材料的研究进展,重点介绍了这类复合材料的抗菌机制、合成策略以及在生物医学工程中的应用现状,最后展望了导电聚合物基抗菌复合材料的发展前景。     

碳纳米管增强复合材料的研究进展

介绍了CNTs的结构和性能,综述了CNTs在金属基复合材料、聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料中的应用研究情况,在此基础上,分析了CNTs在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题,并展望了今后CNTs复合材料的发展趋势.     

有一定取向性的碳纤维增强尼龙6复合材料弹性模量的实验和理论研究

纤维增强热塑性聚合物基复合材料注塑成型后往往被认为是各向同性复合材料。然而,注塑成型后纤维会具有一定的取向性,从而使复合材料试样呈现各向异性的特点。为了合理预测此类复合材料的弹性模量,本文对碳纤维增强尼龙6复合材料注塑试样内部的纤维长度和取向分布情况进行了测试和分析,得出了纤维取向的分布规律。随后结合单向纤维增强聚合物基复合材料力学模型和层叠理论,构造出了适用于有一定取向性的纤维增强树脂基复合材料弹性模量预测理论模型,其理论结果和拉伸实验结果吻合较好,表明该预测模型的准确性比较高。      

超细硫酸钡在聚合物基复合材料中的应用进展

超细硫酸钡(BaSO_4)具有优异的物理和力学性能,在复合材料中应用广泛。主要综述了近十年来有关超细BaSO_4在聚合物基复合材料中的研究进展,着重叙述了超细BaSO_4的表面改性方法,及其对聚合物基复合材料的强度、韧性、热稳定性及流变行为等性能的影响规律,并分析了相关作用机理。     

有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术研究

超高温陶瓷基复合材料是以连续碳纤维为增强体、超高温陶瓷为基体的一类复合材料,具有密度低、韧性好、耐高温、抗氧化及耐烧蚀等优异性能,在新型高速飞行器热结构应用方面有着不可替代的作用。碳纤维增强体和陶瓷基体是超高温陶瓷基复合材料的两个重要组成部分,对复合材料使役性能起着决定性作用,但是,碳纤维与陶瓷基体的理化性质差异大,如何将碳纤维与陶瓷基体进行有效复合,以便充分发挥碳纤维轻质、高强韧特性与陶瓷基体抗氧化、耐烧蚀特性,是超高温陶瓷基复合材料基础研究和工程应用需要解决的主要问题。本文论述了有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术的发展思路,介绍了超高温有机陶瓷前驱体的设计与合成、C/ZrC-SiC和C/HfTaC-ZrC-SiC复合材料的研究结果,探讨了解决新型高速飞行器高温气动/燃气环境氧化烧蚀问题的材料技术方案,为连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料的技术发展和工程应用提供借鉴。