碳纤维/聚苯硫醚热塑性复合材料电阻焊接工艺

本文针对航空器结构用碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料为研究对象，开展电阻焊接工艺研究；利用CF/PPS复合材料混编织物作为电阻元件，成功制备了CF/PPS复合材料层板电阻焊接接头；重点利用Taguchi方法和方差分析获取CF/PPS复合材料层板电阻焊接最佳工艺参数(电流为12 A，压力为1.5 MPa，时间为30 min)及各参数对焊接接头剪切强度的贡献(电流为83.37%，压力为9.55%，时间为6.02%)。最佳焊接工艺参数焊接的接头单搭接剪切强度约为17.88 MPa；同时，对最佳参数焊接试样(H-LSS)和较低剪切强度试样(L-LSS)的焊接接头截面和剪切失效断口形貌进行了观察和分析。结果表明:H-LSS试样的焊缝区域树脂填充和浸润良好，且主要剪切失效形式为层间剪切失效，即为纤维与树脂基体脱黏及CF/PPS织物复合材料断裂混合失效；L-LSS试样的焊缝区域树脂填充和浸润较差，存在较多空隙，且剪切失效形式为焊缝界面脱黏失效。      

PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料内耗行为的研究

本工作利用内耗测量方法研究了PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料的相容性以及多重转变和松弛行为,结果表明:(1)PPS与PES存在分子运动水平上的相互作用,共混组份比是决定其相互作用程度的重要因素;(2)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料中的PES相的β转变与松弛的时间存在较宽的连续分布,其分布宽度随共混组份比变化而变化,当PES相对含量为80%时,松弛时间分布宽度出现最大值;(3)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料处于热力学亚稳态,热处理增大了PPS与PES的相分离程度,减弱了它们之间的相互作用;(4)低温区热历史对PPS玻璃化转变有较大影响,内耗峰高及峰温随起始测量温度的升高而下降。     

碳纤维织物/PEEK热塑性树脂基复合材料光学反射镜研究

研究了碳织物增强热塑性PEEK树脂基复合材料的力学性能、部分空间性能及光学反射性能.研究结果表明,碳织物/PEEK复合材料具有优异的力学性能、空间性能、耐辐照性能和光学反射性能;在1×10-3Pa真空中可凝挥发物(CVCM)为0、水气回收量(WVR)为0.08%,并制成φ128mm反射镜,测试了反射镜的反射率为96.89%.碳织物增强热塑性PEEK树脂基复合材料是一种适合空间环境的高性能复合材料,可以用于制作光学反射镜.     

单一/复合塑化剂制备复合材料中热塑性淀粉基质的研究

为了促进淀粉基复合材料中淀粉基质与预处理纤维表面更好的结合,解决热塑性淀粉的再结晶问题,分别采用甲酰胺、尿素、甘油、乙二醇按照10∶2、10∶2.5、10∶3、10∶3.5、10∶4的比例对天然玉米淀粉进行了塑化,同时研究了甲酰胺-尿素复合塑化淀粉和甘油-乙二醇复合塑化淀粉。通过解读红外光谱图谱,塑化剂主要通过与淀粉分子中的羟基形成氢键对淀粉进行塑化,破坏淀粉的晶体结构,最佳塑化比为m(淀粉)∶m(塑化剂)=10∶3,其中甲酰胺与淀粉形成的氢键最强,塑化效果最好。X射线衍射曲线的研究表明,甲酰胺-尿素复合塑化淀粉的结晶度最低,小于1.5%,且复合塑化剂的最佳配比为m(甲酰胺)∶m(尿素)=2∶1。纤维-淀粉分子搭接模型的建立显示了热塑性淀粉与纤维间氢键结合的机理,塑化效果越好,淀粉塑化克服了纤维与淀粉的表面不相容的缺陷,淀粉基质均匀地覆盖在纤维表面。     

热塑性复合材料自动铺放过程中温度场研究

自动铺放成型技术可以实现热塑性复合材料逐层"原位固结",在加工制造大型零部件、提高生产率、降低制造成本方面具有巨大的潜力。由于温度历程对复合材料构件成型质量有较大影响,本工作通过ANSYS软件模拟热源随铺放头移动、铺放过程中预浸料不断被铺叠到底层预浸料上,获得复合材料铺层的温度场分布情况。同时构建基于WinCC flexible的温度场在线测量系统,对铺层温度进行在线采集和存储。实验结果表明,在铺放成型过程中,每一层预浸料的温度曲线出现多个峰值,且随着热气温度的升高,每层峰值温度逐渐增加,热气温度越高,铺层间峰值温度差越大,热电偶测量结果与仿真结果相差越小。通过对实验结果中的峰值温度与有限元模拟结果进行对比,证明了有限元仿真模型的正确性。研究结果表明,随着铺放速率的加快,每层峰值温度逐渐降低,为满足成型要求,当热风枪出口处热气温度最高为600℃时,最大铺放速率为1.2m/min。     

不饱和聚酯/热塑性聚氨酯/甘蔗纤维复合材料的结构与性能

研究了NaOH和丙烯酸改性甘蔗纤维与热塑性聚氨酯(TPU)对不饱和聚酯(UPR)/TPU/甘蔗纤维复合材料力学性能的影响.采用热重分析(TGA)方法进行表征,用扫描电镜观察了复合材料冲击断面的形貌,并测试了复合材料的力学性能.结果表明,加入适量改性甘蔗纤维提高了UPR复合材料的拉伸强度、弯曲强度和热稳定性,但降低了冲击...     

炭黑/热塑性硫化胶复合材料导电的奇异性

系统地研究了炭黑(CB)/热塑性硫化胶(TPV)(三乙丙橡胶/聚丙烯类型)复合材料的导电性能,发现CB/TPV复合材料具有独特的电学性能。交联的橡胶相的存在对导电炭黑粒子既产生排斥效应,又产生阻隔效应。前者对导电网络的形成有利,而后者正相反。在低橡胶相含量时,随橡胶相含量增加,复合材料电阻呈下降趋势;而高橡胶含量时,随橡胶相含量增加,复合材料的电阻升高。高橡胶含量时,复合材料电阻的逾渗效应明显减弱。复合材料在熔融状态下热处理时,其电阻-时间效应明显依赖于模具压力。同样热处理时间下,压力越高,电阻越大。压力达到一定值后,体系的电阻基本不受热处理时间的影响。初步认为这是由于热处理完毕释压后,变形的弹性粒子发生形变恢复从而对热处理形成的聚集网络有一定的破坏作用所致。自由升温实验表明:CB/TPV复合材料具有NTC现象,即使在结晶熔化区也未展示PTC行为,这与橡胶粒子的热膨胀排斥效应有关。在熔融态停留阶段电阻的稳定性很好,这主要归因于熔融态下炭黑粒子聚集(对电导有利)和橡胶相粒子聚集(对电阻有利)相互竞争的结果。      

纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

聚乙烯醇/纤维素纳米纤热塑性复合材料的制备及表征

将聚乙烯醇(PVA)、纤维素纳米纤(CNFs)通过熔融共混成功制备出高性能PVA/CNFs热塑性复合材料。采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热分析、热重分析对PVA/CNFs复合材料的微观形态及结构进行表征,对复合材料的物理力学性能进行测试。结果表明,选用适当的增塑剂与PVA、CNFs组合可实现PVA/CNFs共混体系的热塑成型;CNFs与PVA间的氢键作用有助于提高CNFs与PVA基体之间的相容性,从而优化PVA/CNFs复合材料的力学性能,拉伸强度从19.5 MPa增加到34.3 MPa,弹性模量从114.4 MPa增加到287.5 MPa。     

热塑性树脂基复合材料焊接研究

综述了国内外正在广泛研究的4种焊接方法:电阻焊植入焊,超声焊,感应焊和线性振动焊,介绍了这4种方法的基本原理,并分析了焊接过程中应注意的关键问题,对比了这些方法的优、缺点,并展望了当前的研究动向.     

短碳纤维增强热塑性树脂的断裂性能

本工作测定了短碳纤维(CF)含量由0—40v.-%的CF/PPS,CF/PES—C 复合材料的断裂韧性K_(1c)值。K_(1c)随 CF 含量增加而提高,当 CF 含量为25v.-%时达最高值,以后略有下降。复合材料载荷(P)-缺口张开位移(△V)曲线的非线性和阶梯式扩展特征,表明存在裂纹止裂和裂纹闭合效应。结合断口观察结果讨论了短碳纤维增强热塑性树脂复合材料的断裂机理。     

分子量及其分布对聚丙烯力学性能和结晶行为的影响

通过机械共混的方法制备一系列不同分子量及其分布的聚丙烯，并对其力学性能和结晶行为进行了表征，研究了分子量及其分布对这些性能的影响以及力学性能和结晶行为的对应关系。通过实验发现，分子量及其分布对聚丙烯的结晶速率，结晶温度，结晶度，冲击强度，拉伸屈服强度，断裂伸长率等均有较大影响。     

SAN树脂相对分子量的连续变化对ABS树脂力学性能的影响

通过乳液聚合方法合成了一系列相时分子量连续变化的SAN树脂。将其与同一种PB-g-SAN接枝共聚物进行熔融共混,测试了制得的ABS树脂的力学性能。测试结果表明．合成过程中分子量调节剂TDDM用量越多,SAN树脂的相对分子量越低,SAN树脂的熔体流动速率越高。以相同橡胶含量共混制得的ABS树脂的冲击强度越高,拉伸强度和断裂伸长率也越高。系统考察SAN树脂相对分子量的变化时制得的ABS树脂力学性能的影响,时生产特种牌号ABS树脂具有借鉴作用。     

高强度、高模量碳纤维复合材料拉伸性能测试方法的研究

利用INSTRON-6025电子万能试验机，对高强度、高模量碳纤维复合材料单向板进行了拉伸性能测试。结果表明，不同试样尺寸、不同铺层层数和试验加载方式、试样装卡对高强度、高模量碳纤维复合材料单向板拉伸性能测试结果有影响；试样尺寸的改变、铺层层数的不同对拉伸强度性能有影响。     

高压合成聚碳硅烷的分子量分布与可纺性

采用高压合成方法合成了聚碳硅烷（PCS）,研究了高低分子含量、分散系数对PCS软化点、分子量分布及可纺性的影响。结果表明,可以用软化点加分子量分布来判断PCS的熔融可纺性．当PCS的软化点低于200℃,分散系数小于1．8,高、中分子含量比例小于0．1时,可纺性很好;随着分子量的增大,软化点的升高,高分子含量增加,分子量分布宽化,可纺性开始变差,当软化点大于260℃,分散系数大于2．2,高、中分子含量比例大于0,3时,可纺性很差,甚至失去可纺性。要得到软化点高、分散系数低、可纺性好的PCS,必须控制PCS的高、中分子含量比例约为0．1～0．3,低、中分子含量比例约0．8左右,分散系数约为1．8～2．2。     

超高分子量聚乙烯/短玻璃纤维复合材料力学特性和断裂形态分析

用辊压和模塑方法加工了超高分子量聚乙烯／短玻璃纤维（ＵＨＭＷＰＥ／ＳＧＦ）复合材料，研究了它的拉伸和冲击性能以及断裂形态和方式。结果表明，拉伸时ＵＨＭＷＰＥ具有明显的屈服变形和塑性流动，复合材料拉伸强度随玻璃纤维含量增加而变大，而冲击强度的变化则相反；拉伸和缺口冲击断裂是以两种不同方式进行的，拉伸是‘次级断裂’而冲击则是‘撕裂断裂’。     

热固/热塑复相增韧体系及其先进复合材料的研究

针对热固／热塑复相体系的相结构，相演变及增韧效果，评价了这些复相树脂基体用于先进炭纤维复合材料的增韧机制与影响因素，指出了目前国内外研究工作的局限及不足，尤其结合本实验室的研究工作，介绍了我们自己的实验结果及观点，指出了下一步的研究方向及限制条件等。     

高分子量聚氯乙烯的形态,流变与加工性能

采用程序升温Ｂｒａｂａｎｄｅｒ转矩－流变仪研究，比较了两种高分子量聚氯乙烯树脂（分子量相同）及其增塑体系在相同剪切应力作用下的熔融过程。采用毛细管流变仪和Ｂｒａｂａｎｄｅｒ挤出－流变仪研究了上述增塑体系的流变行为和挤出性能。结果表明，树脂颗粒的疏松程度越好，颗粒表面无皮膜包覆，粉粒破碎成聚结体和初级粒子的温度越低，这些微观层次的粒子相互粘连直至形成分子熔体的熔融温度越低，其增塑体系的熔融温度也越低     

低分子量聚碳酸酯的流变特性研究

通过对低分子量聚碳酸酯熔融流变性能的测试,讨论了此类聚碳酸酯在流变曲线上不同于通用标准级聚碳酸酯的特殊性,并提出微量吸湿改变其流动类型和产生润滑作用的观点,此外,还测定了相应流动活化能,并对其变化趋势进行了初步说明。     

聚丙烯分子量对其注射成型试样的拉伸和抗冲特性的影响

通过对聚丙烯及其经化学降解后的一系列不同分子量聚丙烯的注射成型样条的密度、结晶度、形态、取向、常温拉伸特性和低温抗冲性等方面的实验,讨论了分子量对这些性能的影响。分子量对密度、结晶度影响不大,但对形态及内外层的取向结构影响较大,而低温抗冲性能随分子量下降较多,常温抗拉特性随分子量变化较复杂,就其综合性能而言,以分子量在某一范围内较好。