碳纤维增强生物活性玻璃陶瓷复合材料

本文综述了目前国内外纤维增强的生物活性玻璃陶恣材料的发展状况，利用断裂力学的原理分析了纤维在复合材料中的作用，并从理化相容性方面论述了纤维增强的必备条件。     

碳纤维／LAS玻璃陶瓷的界面,显微结构与力学性能

采用溶胶固化法制备了碳纤维（Ｃ＿ｆ）补强的锂铝硅（ＬＡＳ）玻璃陶瓷复合材料。研究了热压温度、压力与纤维含量对复合材料力学性能的影响。借助扫描电镜与理论计算，分析、讨论了纤维与基体的轴向与径向热不匹配，复合材料的显微结构对复合材料力学性能的影响，得到了抗弯强度σ＿ｂ＝７４０．４ＭＰａ，断裂韧性Ｋ＿（Ｉｃ）＝１９．５ＭＰａ。ｍ￣１／２的Ｃ＿ｆ／ＬＡＳ复合材料。     

SiC纤维/LAS玻璃陶瓷的热压工艺研究

研究了Nicalon SiC纤维/LAS玻璃陶瓷复合材料的热压工艺。经探索试验后,进行了热压温度、时间、压力及在950℃析晶处理时间四因素三水平L_s(3~4)正交实验。分析了这些因素对复合材料密度、强度、韧性及从复合材料中萃取出来的纤维强度的影响,获得了最佳工艺参数及强度、韧性分别为612MPa及15MPa·m~(1/2)的Nicalon SiC纤维/LAS玻璃陶瓷复合材料。     

碳纤维增强生物活性玻璃陶瓷复合材料的研究

本文研究了以碳纤维增强生物活性玻璃陶瓷复合材料的粉末烧结工艺，经碳纤维增强制成复合材料后，其脆性和力学性能得到显著改善，而生物活性保持不变，通过Ｘ－衍射，电子显微镜和电子探针微区分析等技术，确定了具有生物活性的玻璃陶瓷的结晶相，碳纤维的体积含量，初步探讨了碳纤维的增强增韧机理，结果表明，加入５％～９％（体积含量）碳纤维的复合材料，抗弯强度和断裂韧性分别比基体玻璃陶瓷提高３．５倍和２．５倍，同时研究     

加工工艺对短切碳纤维/橡胶复合材料性能的影响

采用轿车子午线轮胎胎侧胶配方研究混炼工艺对短切碳纤维/橡胶复合材料性能的影响。结果表明:短切碳纤维使复合材料的硬度和定伸应力提高,拉伸强度、拉断伸长率与撕裂强度降低,压缩生热提高,耐屈挠性能无明显变化;在开炼工艺中,割刀次数多的复合材料压缩生热升高,薄通次数多会破坏复合材料的取向及分散,割刀3次、薄通6次的复合材料综合性能较好;在密炼工艺中,适当提高转子转速,短切碳纤维/橡胶复合材料综合性能较好,延长混炼时间对复合材料的性能没有明显影响,转子转速为100 r·min~(-1),混炼时间为6 min的复合材料综合性能较好。     

热压条件对短切SiCf/LAS复合材料介电/力学性能的影响

采用热压烧结法制备出致密度超过90%的短切SiCf增强LAS玻璃陶瓷基复合材料,讨论了热压温度与压力对复合材料性能的影响。力学测试表明,当热压温度由1200℃上升到1280℃,复合材料断裂强度从124MPa下降到80MPa,断裂韧性从3.27MPa.m1/2下降到2.92MPa.m1/2;当热压压力由20MPa提高到34MPa,复合材料断裂强度从124MPa下降到86MPa,断裂韧性从3.27MPa.m1/2下降到3.00MPa.m1/2。断口形貌SEM观察结果表明,因纤维掺入过量,φ(SiCf)=36%,使纤维与基体结合较差;而过高的热压温度与压力会使界面反应加剧,破坏纤维强度及纤维与基体的结合。介电性能测试表明,在8～12GHz频率,复合材料复介电常数的实部ε′由基体的7.6增大到10～70,虚部ε″由基体的0.34增大到60～160,介电损耗tgδ由基体的0.04增大到2～20,并具有明显的频散效应。而且,随热压温度升高或者热压压力的增加,复合材料ε′增大,而ε″与tgδ减小。复合材料具有成为电损耗型宽带微波吸收材料的潜力。     

短切碳纤维增强氟橡胶复合材料的制备及表征

采用短切碳纤维(CF)增强氟橡胶(FR),制备了短切CF/FR复合材料,考察了短切CF的用量、偶联剂的种类以及硫化条件对复合材料力学性能的影响,并采用傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对复合材料的微观结构和形貌进行了表征。结果表明,短切CF的用量为12份时,制备的短切CF/FR复合材料的综合性能最佳; 用硅烷偶联剂KH 550对短切CF进行表面处理,制备的短切CF/FR复合材料的力学性能优于以Si 69处理的材料; 制备短切CF/FR复合材料的最佳硫化条件为10 MPa×170℃×15 min; 短切CF与FR之间存在化学键的结合,提高了短切CF与FR的相容性; 用偶联剂KH 550处理短切CF,短切CF与FR的相容性最好。     

短切碳纤维对GF-Fabric/EP夹层复合材料的增强作用研究

针对高速列车、新能源汽车等交通工具对高性能泡沫夹层复合材料的迫切需求,制备了玻璃纤维三维立体织物增强环氧树脂泡沫复合材料（下称GF-Fabric/EP复合材料）及其夹层结构,并重点探索短切碳纤维（Short carbon fiber,SCF）对其泡沫本身及夹层复合材料的增强作用。研究结果表明,SCF的填充通过受载时阻断环氧树脂泡沫内部裂纹的扩展,利用自身断裂及与基体脱粘等消耗能量,显著提升环氧树脂泡沫的力学性能,并可与玻璃纤维三维立体织物实现协同增强效果,在填充质量比为2%时复合材料力学性能最佳。同时,基于纤维的“桥联”作用,SCF的引入亦可有效改善铝合金面板与芯材的界面性能。     

环氧树脂/短切碳纤维复合材料性能研究

制备出了短切碳纤维增强TDE-85环氧树脂复合材料,研究了碳纤维的含量对复合材料力学性能和耐热性能的影响。结果表明,碳纤维的加入有利于复合材料力学性能和耐热性能的提高,并在碳纤维含量为0.25%时,复合材料的拉伸强度、冲击韧性、弯曲强度和弯曲模量达到最大,分别提高了29.33%、25.31%、30.28%和68.93%。此外,对复合材料的弯曲断裂面进行了微观形貌分析,结果表明一定量的碳纤维可以较好地分散在树脂基体中,同时,碳纤维原丝和树脂基体的界面结合比较弱,主要依赖于两相之间的物理嵌合。     

短切碳纤维复合材料对8mm波吸收性能研究

本文研究了不同长度和含量的短切碳纤维复合材料在8 mm波段(26.5~40 GHz)的吸收性能。结果表明,长度为3mm,含量为0.2%的短切碳纤维复合材料在该波段反射率均在-10 dB以下,具有优良的毫米波吸收特性;并探讨了短切碳纤维吸收毫米波的原因。     

玻璃纤维/嵌段共聚聚酰亚胺复合材料力学性能的研究

采用热塑性聚酰亚胺膜熔渗法,制备了单向玻璃纤维/嵌段共聚聚酰亚胺膜层压复合材料,考察了嵌段共聚聚酰亚胺的理论分子量、嵌段比(由BPDA段含量表示)对复合材料力学性能的影响。结果表明,分子量和嵌段比能显著影响嵌段共聚聚酰亚胺的分子链柔性,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度和冲击强度均随理论分子量的增大或刚性段含量的增加呈现出先增加后降低的趋势,最大弯曲强度、最大弯曲模量、最大层间剪切强度和最大冲击强度分别达到1224.52MPa、31.82GPa、70.56MPa和447.55kJ/m2。     

短切碳纤维增强PP复合材料流动性能研究

在总结聚合物流变学基本理论的基础上,分析了影响聚合物流动性能的各个因素。应用正交实验设计理论,通过测定各参数组合实验的阿基米德螺旋线长度来表征其流动性,考察了熔体温度、注塑压力、保压压力、注塑速率四个因素对6种配方聚丙烯(PP)/碳纤维(CF)复合材料熔体流动性的影响,对于各因素的影响程度的大小进行了对比,同时通过优化工艺条件获得了流动性最好的工艺参数组合,并通过实验验证。应用正交实验得到了最佳工艺参数,对CF含量和材料的熔体流动速率以及螺旋线长度之间的影响关系和机理进行了考察。结果表明,注塑压力和注塑温度对于熔体的流动性能影响最大,PP/CF复合材料的熔体流动速率和螺旋线流动长度随着CF含量的增加而降低,降低的速度先快后慢。     

短切碳纤维增强聚酰亚胺泡沫的制备及性能

针对现有软质聚酰亚胺泡沫强度低的缺点,通过一步法制备了短切碳纤维增强聚酰亚胺泡沫,研究了短切碳纤维的添加量对聚酰亚胺泡沫的化学结构、微观形貌、压缩强度及热导率的影响。结果表明,短切碳纤维在发泡过程中起到成核剂的作用,随着其添加量的增加,泡沫的泡孔平均尺寸先减小后增加;当短切碳纤维质量分数为20%时,泡孔的最小平均尺寸为507μm;泡沫密度随着短切碳纤维用量的变化没有明显的改变;泡沫的压缩强度随着短切碳纤维的用量先增大后逐渐减小,压缩强度最大为54.52 kPa;短切碳纤维的加入对聚酰亚胺泡沫材料的化学结构和热稳定性没有明显的影响,但是材料的热导率随着短切碳纤维含量的增加有一定的增加。     

Interface Debonding and Fiber Cracking in Brittle Matrix Composites

Analyses of debonding along interfaces and of the kinking of interface cracks into a fiber have been used to define the role of debonding in fiber-reinforced, brittle matrix composites. The results reveal that, for fibers aligned with the tensile stress axis, debonding requires an interface fracture energy, Γ_i, less than about one-fourth that for the fiber, Γ_f. Further-more, once this condition is satisfied, it is shown that fiber failure does not normally occur by deflection of the debond through the fiber. Instead, fiber failure is governed by weakest-link statistics. The debonding of fibers inclined to the stress axis occurs more readily, such that debonds at acutely inclined fibers can deflect into the fiber, whereupon the failure of fibers is dominated by their toughness.     

连续纤维增强陶瓷基复合材料界面研究进展

在陶瓷基复合材料中引入高强陶瓷纤维的目的是为了增强陶瓷的断裂韧性,纤维与基体的界面是决定CMC韧性的关键因素。国内外许多专家和机构研究重点主要集中于连续纤维增强陶瓷基复合材料的界面,包括纤维与基体的化学相容性和热物理相容性,以及用TEM、HRTEM、SADP、AEM、声学显微法、EDX等微观测试手段研究不同体系的界面形成机理。本文对上述界面研究概况进行了综述,并简述了界面设计原则和近年来计算机技术在界面研究中的应用情况。指出,连续纤维增强陶瓷基复合材料界面研究将一直是复合陶瓷基复合材料界研究的重点和难点。     

纤维增强陶瓷基复合材料概述

连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一,以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。综述了纤维增韧陶瓷基复合材料的选材原则、主要的增韧机理、制备方法以及目前主要的界面改性方法。得到以下结论：纤维的选择必须满足工作环境的要求,纤维与基体之间要在热力学上相匹配;主要的增韧机理为载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出;复合材料的主要制备方法是热压法、CVI法和聚合物浸渍裂解法;目前最有效的界面改性方法是纤维表面涂层。用氧化物纤维作为增韧体,研究更加简单适用于大规模生产的制备方法,研究更加简单的涂层工艺是今后研究纤维增强陶瓷基复合材料的重点。     

玻璃纤维增强PPBES基复合材料性能

以共聚型二氮杂萘联苯结构聚醚砜(PPBES)树脂为基体,连续玻璃纤维(GF)为增强体,通过溶液预浸,热压成型工艺制备单向复合材料。通过对树脂溶液黏度、复合材料纤维体积含量测试,并对复合材料样条进行三点弯曲、层间剪切试验,研究了纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,借助断面形貌分析了复合材料受力破坏模式。结果表明,PPBES/GF复合材料的弯曲强度随纤维体积含量的增加呈现先增大后减小的趋势,极值出现在纤维体积含量为57%时,弯曲弹性模量和层间剪切强度随纤维体积含量的增加呈现逐渐增大的趋势,复合材料的受力破坏模式为界面脱粘破坏和树脂基体内部破坏同时存在。     

碳纤维增强液晶高聚物复合材料的研究

研究了碳纤维(CF)增强热致性液晶聚合物(TLCP)制备高性能复合材料;探讨了不同纤维含量、不同纤维类型对复合材料力学性能、微观结构的影响;扫描电镜(SEM)结果证实了液晶聚合物在加工过程中自取向,形成了微纤结构,具有自增强作用,使复合材料表现出非常高的力学性能。     

碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能

利用弓形法测试了碳纤维质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%时,碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4~8 GHz和高频段8~18 GHz对电磁波的反射率,讨论了碳纤维质量掺量变化对反射率的影响。结果发现,碳纤维质量掺量相同、低频段时,反射率小于-10 dB,复合材料对电磁波表现出吸收性;高频段时,反射率大于-10 dB,复合材料对电磁波表现出反射性。低频段、碳纤维质量掺量为0.6%时出现最小反射率-15.1 dB;高频段、碳纤维质量掺量为0.4%时,出现最小反射率-19.4 dB。     

Novel Glass Fiber‐Reinforced Composites Having a UV and Peroxy Curable Fluoropolymer Matrix

Novel glass fiber‐reinforced composites were prepared from E‐glass fibers and perfluoropolyether (PFPE), polyurethane acrylate, and methacrylate resins. The PFPE resins were synthesized by a two‐step process and formulated with reactive acrylic diluents obtaining two compositions with different viscosity and fluorine content. These formulations were photocrosslinked by UV‐A radiation and characterized by tensile and dynamic‐mechanical properties as well as by impact resistance. The two UV cured fluoropolymer compositions are high modulus (> 1 GPa), polyphasic materials characterized by a fracture toughness higher than conventional polymer matrices, like epoxies and unsaturated polyesters. Unidirectional laminate composites were also prepared by hand lay‐up and crosslinked both photochemically and thermally. Mechanical characterization of glass fiber‐reinforced composites was carried out by tensile tests and shear adhesion measurements, showing a good fluoropolymer‐glass adhesion strength (ca. 9 MPa). Surface characterization of composites by static contact angle measurements allowed the calculation of the total surface tension γ_s according to Wu's harmonic mean approximation. Surface tension is very low (< 20 mN/m) suggesting a preferential stratification of PFPE segments at the material‐air interface.