基于内聚力模型的纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料的损伤分析

通过在纳米纤维和基体之间应用无厚度指数型内聚力单元,建立纳米增强陶瓷基复合材料的界面损伤本构关系。利用MARC有限元分析纳米纤维与基体之间含界面损伤时,单一纳米纤维及纳米纤维和纳米颗粒双相增强陶瓷基复合材料受位移荷载作用时的应力-应变响应。结果表明:纳米纤维与基体之间的界面损伤演化主要由内聚力单元的最大裂纹张开位移控制,与单一增强情况相比,纳米纤维与纳米颗粒的双相作用更有利于提高陶瓷基复合材料的强度,内聚力模型能准确模拟纳米纤维与陶瓷基体之间的界面裂纹扩展,是研究纳米复合材料损伤的有效方法。     

SiO2纳米粒子增强改性聚乙烯力学性能的研究

以不同比例的SiO2纳米粒子与mLLDPE／LDPE基材进行熔融共混所获得的复合材料为研究对象,力学性能测试和SEM、TEM观察照片研究结果表明：当使用经处理的2％SiO2纳米粒子时,其复合材料力学性能达到最佳值;与纯mLLDPE／LDPE相比,拉伸强度、断裂伸长率分别提升了13．7MPa和174．9％,表明了SiO2无机纳米粒子被分散于基材中,与基材形成牢固的界面结合,与基体树脂之间的链段发生缠结,形成了有利于力学性能提高的界面结构．     

聚甲基丙烯酸甲酯／纳米SiO2复合材料研究

目的分析纳米SiO2对聚甲基丙烯酸甲酯／纳米SiO2复合材料基体的各方面性能的影响．方法采用在位分散聚合方法制备聚甲基丙烯酸甲酯／纳米SiO2复合材料,利用硅烷偶联剂KH-570对纳米颗粒表面进行改性,比较改性前和改性后的纳米SiO2及物理方法和化学方法改性的纳米SiO2对复合材料抗折性能、耐热性、耐溶剂性能的影响,并利用扫描电镜拍摄断面照片,观测基体内纳米颗粒的分散形态与材料断面．结果经KH-570表面改性后的纳米材料在基体中分散均匀,复合材料的力学强度虽没有明显提高,但将其玻璃化温度提高了10℃,耐溶剂性也较聚甲基丙烯酸甲酯有明显改善;物理方法处理纳米颗粒表面改性效果更加突出．结论表面改性后的纳米SiO2对聚甲基丙烯酸甲酯的耐热性、耐溶剂性能有明显改善,利用物理方法对纳米颗粒表面改性更适用于工程应用．     

纳米级SiO2改性环氧树脂结构胶的研制

目的 为进一步改善原无粘结后张法预应力混凝土结构的锚固特征,提高长期稳定性,配制新型高性能的环氧树脂专用锚固专用胶.方法 以环氧树脂E44和相应的固化剂、增韧剂、偶联剂等为原料,用纳米级SiO2进行改性,同时,用五因素三水平正交试验设计对关键配料参数进行了优化.并进行了相关的补充试验.结果 固化剂、偶联剂、增韧剂、纳米级SiO2和填料五种因素对粘结的剪切强度的影响是非常显著的,影响大小的顺序为固化剂→偶联剂→增韧剂→纳米级SiO2→填料.优化和改性后,其性能得到显著提高.结论 纳米级SiO2改性环氧树脂专用锚固胶有效地改善了界面的粘接效应,可大幅度改善环氧树脂胶粘剂的粘接性能.     

形状记忆合金增强复合材料界面剪应力研究

为研究形状记忆合金长纤维增强复合材料界面剪应力的分布情况,基于单纤维双圆柱拔出模型,推导了脱粘区和粘结区界面剪应力表达式.基于复合材料内部温度分布均匀,马氏体体积分数只与纤维内部轴向应力和温度相关等假设,分别讨论了恒定外应力荷载条件下温度(303、323、343 K)、预应变水平(0％、2％、4％、6％)及固定脱粘长度对界面剪应力分布的影响.数值模拟结果表明,通过控制外界温度和预应变水平,可以改变模型最大界面剪应力的值,进而控制界面脱粘现象的发生.对进一步研究SMA长纤维增强复合材料界面力学行为提供了一定的理论参考.     

纳米颗粒弥散强化铜基复合材料的显微组织与性能

采用粉末冶金的方法,以Al2O3,SiO2,SiC和MgO等纳米颗粒为增强相,制备出4种不同颗粒的纳米复合材料,研究了各增强相对复合材料显微组织与性能的影响.结果表明:在相同的质量分数(ω)和制备工艺下,不同弥散相颗粒的弥散强化铜合金显微组织不同,铜基体上大体均匀地分布着细小的弥散相颗粒,但部分区域仍存在偏聚现象.4种复合材料的电导率相近,抗拉强度方面Cu/Al2O3与Cu/SiO2的性能要略好于Cu/SiC与Cu/MgO.     

单纤维复合材料断裂实验表征界面研究

对不同表面处理剂处理的4种单纤维增强环氧基复合材料进行了断裂实验，从临界纤维长度、界面剪切强度和单纤维断裂实验中纤维断点周围基体形貌三方面对纤维和基体之间的界面粘结性能进行了分析和评价。实验观察得到的结果是KH-550处理纤维与环氧的界面粘结最强，其次是KH-550和KH-570混合处理纤维与环氧的界面、KH-570处理纤维与环氧的界面，最弱的是水处理纤维与环氧的界面。     

GMT-PP复合材料的界面状态与湿热稳定性关系

研究了不同界面状态的 GMT- PP复合材料在冷、热水中的吸湿行为 ,并通过层间剪切强度测试和扫描电镜的观察评价了水对复合材料的界面粘结强度和界面粘结状态的影响。结果表明 :复合材料的吸水率和水在材料中的扩散速度随界面粘结强度的提高而减小 ;由于酰胺键的水解性 ,沸水对马来酸酐接枝改性试样的吸水性与界面粘结有较大影响 ;玻纤经马来酸酐接枝 PP与马来酸酐接枝 APP混合物涂层处理 ,减少了界面孔隙和缺陷 ,对于改善 GMT- PP的湿热稳定性具有良好的效果     

GMT—PP复合材料的界面状态与湿热稳定性关系

研究了不同界面状态的ＧＭＴ－ＰＰ复合材料在冷、热水中的吸湿行为,并通过层间剪切强度测试和扫描电镜的观察评价了水对复合材料的界面粘结强度和界面粘结状太怕影响。结果表明：复合材料的吸水率和水在材料中的扩散速度随界面粘结强度的提高而减少;由于酰胺键的水解性,沸水对马来酸酐接枝改性试样的吸水性与界央粘结有较大影响;玻马来酸酐接枝ＰＰ与马来酸酐接枝ＡＰＰ混合物涂层处理,减少了界面孔隙和缺陷,对于改善ＧＭＴ－     

聚吡咯层对聚酯/环氧树脂界面粘结性能的影响

采用吡咯化学沉积聚合方法对聚酯(PET)纤维进行表面改性,研究聚合工艺条件对纤维与环氧树脂界面剪切强度的影响.分别用SEM、共聚焦显微镜、DMA及单纤维拔出实验等测试手段对改性前后纤维的表面形貌、粗糙度、聚吡咯(PPy)与基体纤维大分子作用力及复合材料的界面剪切强度(IFSS)进行研究.结果表明:吡咯化学沉积聚合改性是一种有效提高纤维与树脂界面粘结性能的方法.此外,可进一步通过聚合改性工艺条件控制聚吡咯层的形貌及聚吡咯与基体纤维大分子的作用力,从而调控纤维与树脂界面剪切强度,吡咯气相化学沉积后再液相沉积,增强复合材料界面剪切强度比原纤维的提高了127.98%.     

配位插层法制备酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料的性能研究

利用单体配位插层法制备酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料,并对不同蒙脱土含量的复合材料在软化点、粘结剪切强度和热稳定性方面与纯酚醛树脂进行比较.结果表明：当蒙脱土质量分数为2 %～5 %时,复合材料的软化点变化不明显;不同蒙脱土含量的酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料的粘结剪切强度均高于纯酚醛树脂;在温度低于300 ℃和温度高于400 ℃时复合材料在热稳定性方面均优于纯酚醛树脂.     

FRP板与混凝土湿粘结界面剪切性能试验研究

采用7种不同的粘结树脂,通过2批双剪试件的拉伸剪切试验研究了拉挤成型玄武岩纤维复合板与后浇混凝土湿粘结界面的力学性能,并将其与在既有混凝土表面外贴FRP形成的干粘结界面进行了比较,通过对比两者的破坏特征、荷载位移曲线、有效粘结长度、粘结滑移关系、界面断裂能以及粘结破坏机理,深入地研究了湿粘结界面的性能。结果表明：湿粘结的粘结强度仅为干粘结的1/2~2/3,但2种界面的有效粘结长度相差不大。最后,基于试验数据提出了适用于湿粘结界面的剪切滑移本构模型。     

连续表面处理超高分子量聚乙烯纤维的研究

用不同方法对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维进行连续表面处理,研究了不同处理液和处理工艺对UHMWPE纤维增强复合材料界面粘结强度的影响.用扫描电子显微镜、偏光显微镜等方法,分析了处理前后纤维表面性能、表面形貌的变化.研究结果表明,经过表面处理后,纤维在保持原纤维力学性能的同时,与树脂的粘结性得到很大的提高.     

纳米颗粒增强聚合物基复合材料的性能研究

以聚苯乙烯为基体,纳米二氧化硅颗粒为填料构建界面双层结构模型与聚苯乙烯基纳米复合材料结构模型。对二氧化硅表面使用硅烷偶联剂与碳链进行改性修饰,探究界面影响材料性能的机理与不同改性程度纳米颗粒增强聚苯乙烯的作用机理,观察计算聚合物基纳米复合材料之间的相互作用与相容性。通过改变纳米二氧化硅颗粒的粒径和质量分数,来计算不同复合材料的相容性、介电性能和力学性能。试验中以聚苯乙烯为基体树脂,纳米颗粒为填料,构建了聚合物复合片材。通过控制填料含量与颗粒表面改性,观察并分析了复合材料片的介电常数。加入纳米颗粒,复合材料片的介电常数增加;增大颗粒尺寸或改性无机颗粒表面,会削减介电常数的增加。     

有机化纳米SiO2填充尼龙66复合物的结构与性能

通过原位表面修饰法制备了有机化纳米SiO2,用熔融共混法制备了尼龙66/SiO2纳米微粒复合材料并研究了复合材料的力学性能.通过示差扫描量热分析(DSC)和动态力学热分析(DMA)研究了复合材料的结晶性能和动态热机械性能.研究表明,纳米SiO2质量分数为4%的复合材料性能提高较为明显,其中简支梁缺口冲击强度提高51.3%,断裂伸长率提高47.3%,弹性模量提高23.8%;纳米SiO2在尼龙66结晶过程中起到异相成核作用,限制了尼龙66的分子链段运动使得复合材料的玻璃化转变温度提高,提高了尼龙66的结晶速率,降低了结晶度;纳米SiO2质量分数为1%复合材料在0℃时的储能模量较纯尼龙66提高21.1%,损耗模量较纯尼龙66提高83.6%,说明纳米SiO2能改善复合材料的低温脆性.     

纳米SiO2对环氧树脂浇铸体性能的影响

以纳米SiO2作为增强材料，制备纳米复合材料，研究了不同的纳米SiO2含量对纳米复合材料冲击强度，拉伸模量，玻璃化温度的影响，采用正电子湮没技术研究纳米粒子对自由体积参数的影响。结果表明，当纳米粒子SiO2含量为3％时，纳米复合材料的拉伸模量为3．57GPa，冲击强度为15.94kJ/m^2，玻璃化温度为126．65℃，分别比纯基体提高了12．6％，56．3％，40．4％。     

界面强度对纤维复合材料破坏及力学性能的影响

界面作为复合材料中的重要组成部分对其宏观力学性能及破坏模式有着不可忽视的影响. 本文采用自组装薄膜技术对玻璃纤维表面改性, 得到不同表面性质的玻璃纤维, 与环氧树脂基体复合得到不同界面强度的复合材料. 利用带偏光显微镜的拉伸仪, 研究在不同界面强度下玻璃纤维/环氧树脂基复合材料的破坏过程及力学性能. 结果表明, 复合材料在强界面情况下发生脆性破坏, 在弱界面情况下发生韧性破坏, 且增强纤维对复合材料性能的增强效果与界面强度有关.     

铜铅/钢双金属复合材料组织和粘结强度分析

采用双金属复合材料加工工艺制备铜铅/钢双金属复合材料,对复合材料金相组织、合金成分和界面处相组成进行分析,测定铜铅型轴瓦双金属复合材料的粘结强度。结果表明,专用钢背材料和铜铅合金复合,复合材料粘结强度σ为150 MPa;用08Al钢作钢背,复合材料粘结强度为85 MPa。不同钢背材料对双金属粘结强度产生不同影响,双金属界面金相组织观察和二次电子像结合能谱分析表明,铅均匀分布,未产生偏析现象,Fe原子和Cu原子互扩散而提高了双金属粘结强度。     

聚丙烯基纳米SiO2复合材料性能研究

采用多种方法对纳米SiO2粒子进行表面处理，并深入探讨了纳米SiO2粒子的分散机理。通过熔融共混法制备了PP／纳米SiO2复合材料，对此复合材料进行了力学性能测试。结果表明：经适当处理的纳米SiO2粒子能均匀地分散在聚丙烯中，对PP的力学性能有显著的改善作用，而且对PP的结晶有明显的异相成核作用。纳米SiO2在用量为2％时可以使PP的缺口冲击强度提高1倍，同时拉伸强度也有很大提高。     

纳米二氧化硅粒子增韧聚丙烯的研究

研究了纳米二氧化硅(SiO2)粒子对聚丙烯(PP)的冲击强度和拉伸强度的影响，比较了溶液共混法与聚合法的改性效果差异，并从机理上进行了探讨．研究发现：用溶液共混法制备的纳米SiO2／PP复合材料，其冲击强度在纳米SiO2粒子含量为4％左右时达到最大值，约为未经改性的PP材料的8倍；用纳米SiO2粒子改性的PP材料的拉伸强度与未经改性的PP材料基本一致；在相似的工艺条件下，共混法对PP的增韧效果较聚合法显著．