缝合复合材料的制备与力学性能分析

采用新型的锥管针刺技术,将铺层平纹碳布在厚度方向上进行缝合,通过控制针距和行距,得到缝合密度不同的缝合预制体,再采用RTM工艺将预制体与环氧树脂进行复合,得到三维缝合复合材料。通过拉伸、弯曲和层间剪切试验,探究缝合密度对缝合复合材料力学性能的影响。结果表明,与未缝合碳纤维/环氧树脂复合材料相比,加入缝合线后,复合材料的拉伸性能降低,拉伸强度降低了3. 1%～12. 4%;缝合复合材料弯曲强度,随缝合密度的增加呈现先下降后上升再下降的趋势,其中密度为5 mm×5 mm的缝合复合材料弯曲强度提高了2. 2%;缝合复合材料层间剪切性能较未缝合复合材料均出现了不同程度提高,当缝合密度为5 mm×5 mm时,提高率达到最大值,为41. 6%。对试样的断口形貌进行讨论,结果表明,缝合线是影响材料破坏模式的重要因素。     

缝合参数对缝合复合材料力学性能的影响研究

缝合复合材料因具有优异的抗冲击性能而在航空航天界得到广泛应用。在缝合时可以设置不同的缝合参数,主要包括缝合压力、针距和行距等。不同的缝合参数对复合材料制件的力学性能影响不同。本文主要研究了临缝和链式缝合两种缝合方式在不同的针距和行距缝合时,对缝合复合材料力学性能的影响,包括拉伸性能、压缩性能和剪切性能,从而来确定临缝和链式缝合的最佳缝合针距和行距。     

双轴向经编和三维正交机织增强复合材料拉伸性能实验研究

为对比双轴向经编和三维正交机织玻纤复合材料沿0°和90°方向拉伸性能,分别以0°/90°双轴向经编织物和三维正交机织物为增强体,E-2511-1A环氧树脂/2511-1BT固化剂为基体,通过VARTM成型,测试试样沿0°和90°拉伸性能。结果表明,该双轴向经编复合材料仅在0°方向拉伸强度和当量强度略高,弹性模量和当量模量均弱于三维正交机织复合材料,这与增强体纱线线密度和织造密度紧密相关。复合材料拉伸断裂截面显示,三维正交机织物内Z纱有效改善了双轴向经编复合材料易拉伸分层失效和断裂截面处纤维抽拔、脱粘等问题。     

基于麻纤维板材回收再利用的汽车内饰用短纤维增强复合材料性能的研究

采用汽车内饰的黄麻纤维板材回收破碎,通过侧喂料喂入进行共混加工,最佳加工温度为190℃,最终注塑成短纤维增强复合材料。当纤维含量为20%时,复合材料力学性能与滑石粉/聚丙烯材料的相互媲美,而且密度下降9%左右,满足汽车内饰聚丙烯材料轻量化和绿色化的要求。基于此,采用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)来提高材料力学性能。当MAPP质量分数为3%时,复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达最大值为35.5 MPa、58.3 MPa和2.9 J/m,而拉伸模量和弯曲模量最大值为3 452、2 797 MPa。     

短碳纤维增强PC/ABS合金及力学性能分析

以改性短碳纤维为增强材料增强PC/ABS合金,采用熔融共混的方法制备了PC/ABS短碳纤维复合材料,研究了复合材料样条的力学性能与短碳纤维含量的关系。扫描电镜和红外光谱分析表明,纤维的改性有利于其与PC/ABS合金的结合。拉伸性能测试结果表明,3和6 mm改性碳纤维均能提高复合材料的拉伸强度,3 mm碳纤维复合材料优于6 mm。当3 mm的改性碳纤维复合材料添加量为10%时,复合材料的拉伸强度比含3%碳纤的复合材料提高了35. 52%;动态力学性能测试结果表明,添加改性碳纤维能提高复合材料的储能模量,增强复合材料的刚性。     

碳纤维/石英纤维混杂树脂基复合材料力学性能研究

研究了石英纤维与T700级碳纤维层间混杂树脂基复合材料的拉伸、压缩和面内剪切性能。研究结果表明,对于单向铺层的材料,相较纯石英纤维树脂基复合材料,混杂工艺能够使石英纤维树脂基复合材料的拉伸模量,从41.5 GPa增大到86.7 GPa,性能提升约109%,拉伸破坏强度保持相对稳定;压缩模量从40.1 GPa增大到77.1 GPa,压缩破坏强度保持相对稳定;对于材料的面内剪切性能没有明显影响。对于试验设计的多向铺层的材料,拉伸模量也提升了约55%,压缩模量提升了约50%,层合板的剪切模量提升60%。研究表明纤维混杂工艺能够明显改善石英纤维复合材料的刚度性能。     

聚乳酸/聚乙烯复合材料的制备与性能

通过熔融共混的方法制备了不同PE含量的PLA/PE复合材料，研究了PE含量对复合材料的力学性能、熔融与结晶行为、耐热性能、动态流变性能与微观结构的影响。结果表明，随着PE含量的增加，复合材料的拉伸强度、拉伸模量降低，复合材料的断裂伸长率、冲击强度得到提升，当PE含量为90%时，复合材料的断裂伸长率达到614.9%,与PLA相比，提高了92倍，试样无法冲断，材料的抗冲击韧性得到显著提高，PE使PLA结晶性能和结晶度提高，维卡软化点温度提升，当PE含量为90%时，复合材料的维卡软化点温度为85.3℃,与PLA相比，提高了44.3%,复合材料的耐热性和热稳定性显著提升，复合材料的复数黏度明显增大，PE的加入影响了PLA大分子链的松弛过程。     

玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料的力学性能研究

本文主要研究玄武岩增强聚丙烯复合材料的力学性能。分别制备了玄武岩纤维含量为10%、20%、30%和40%的纤维增强复合材料,并分析纤维含量对复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响。研究表明,玄武岩纤维的加入大幅度提高了复合材料的拉伸性能和弯曲性能,但复合材料的断裂伸长率有所下降;随着玄武岩纤维含量的增加,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量呈先增加后减小的趋势,当纤维含量在30%时达最大值;复合材料的弯曲强度和模量的变化规律与拉伸性能相同。     

缝合技术在长竹纤维复合材料制备中的应用研究

采用缝合技术制备了长竹纤维单向复合材料,研究了缝线种类和缝合间距对于复合材料的拉伸、弯曲和层间剪切性能的影响。结果表明,随着缝合间距的增加,单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(UP)复合材料的拉伸、弯曲、剪切性能基本呈先上升后下降的趋势,且当缝合间距为3cm时,复合材料性能最好。芳纶缝线与涤纶缝线制备的复合材料相比,拉伸强度、拉伸模量分别高7.32%、12.09%,弯曲强度、弯曲模量分别高4.99%、3.47%,剪切强度低8.47%,复合材料总体性能相差不大。     

玻璃纤维增强聚酰胺性能的研究

以通用聚酰胺为基体,利用短切玻璃纤维(事先用硅烷偶联剂进行表面处理)对其进行共混改性。研究了玻纤含量分布对复合材料力学性能的影响,扫描电镜分析了玻璃纤维增强聚酰胺复合材料的断面特征。当玻璃纤维用量约为30%时,材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量最好,这时的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和弯曲模量分别增长了45.8%、100.1%5、7.1%和110.4%,冲击强度为5.3 kJ.cm-2。玻璃纤维改善复合材料的界面状况,有提高聚酰胺复合材料力学性能的作用,因为玻纤表面能够与聚酰胺之间形成紧密的结合。     

PBO增容PBAT/淀粉复合材料的制备

以2,2-(1,3-亚苯基)-二噁唑啉（PBO）为增容剂，二羟甲基丙酸为活性组分，制备了聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（PBAT）/淀粉复合材料，采用热重分析仪、电子万能材料试验机、扫描电子显微镜分析了材料的热性能、力学性能及断面形貌。结果表明：随PBO用量的增加，复合材料的热稳定性、拉伸强度、拉伸模量、断裂拉伸应变出现了先上升后下降的趋势；PBO的加入使淀粉、PBAT的熔点下降，结晶温度上升；当PBO质量分数为1.0%时，复合材料的相容性、热稳定性最好，拉伸强度、拉伸模量、断裂拉伸应变最大，分别为5.91 MPa,68.3 MPa,320%。     

玄武岩二维编织结构复合材料力学性能研究

以采用不同编织节距编织绳作为绳芯的双编绳与无捻粗纱作为绳芯的编织平行纤维绳为增强体,与环氧树脂CYD-128复合固化后制成具有一定形状及性能的复合材料,测试绳芯形式对复合材料力学性能的影响。结果表明:增强体绳芯节距对增强体的拉伸性能以及复合材料的拉伸性能、弯曲性能、压缩性能影响显著。在本试验范围内,绳芯节距为60 mm的增强体断裂强力最高,比最低值高出56%;增强体绳芯节距为60 mm的复合材料拉伸强度、压缩强度最高,比最低值分别高出77%、238%;增强体为编织平行纤维绳的复合材料弯曲强度最高,比最低值高出59%。     

PTW增强POM/TPU复合材料的制备及性能研究

以钛酸钾晶须(PTW)为增强体,采用熔融共混和注射成型法,制备了聚甲醛(POM)/热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/PTW复合材料。研究了PTW含量对POM/TPU复合材料力学性能的影响,并借助扫描电子显微镜(SEM)分析了冲击断面形貌。结果表明,TPU的加入有效改善了纯POM的韧性,当TPU含量为10%(质量分数,下同)时,缺口冲击强度是纯POM的2.5倍,但拉伸强度和弯曲强度有所下降;PTW的加入对POM/TPU有较好的增强效果,当PTW含量为15%时,复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度分别为35.91 MPa、24.17%、144.94MPa、12.26GPa、112.1kJ/m2,拉伸模量、弯曲模量、缺口冲击强度与POM/TPU相比分别提高了14.7%、54.2%和9.2%,综合力学性能达到最佳。     

碳纤维复丝拉伸性能测试影响因素研究

碳纤维作为增强材料使用时,其复合材料的力学性能很大程度上取决于碳纤维本身的力学性能,因此准确表征碳纤维的拉伸强度、拉伸模量等力学性能对其后续研究、生产和应用具有重要作用。根据标准GB/T 3362—2017、ASTM D4018—17以及ISO 10618:2004(E)中的规定,并结合实验室碳纤维拉伸测试积累的数据结果,测定T300B、T700SC及T800HB 3种碳纤维浸胶复丝的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率,确定最佳测试条件。结果表明:在2 mm/min及5 mm/min的拉伸速率下,T300B、T700SC及T800HB碳纤维复丝拉伸强度和拉伸模量测试值接近真实值;应变区间为0.3%～0.6%时测出的拉伸模量值接近T300B、T700SC及T800HB碳纤维复丝的真实值。     

碳纤维增强尼龙6复合材料的研究

研究了尼龙6的相对黏度对碳纤维增强复合材料的力学性能及其结构的影响。结果表明:碳纤维增强尼龙6复合材料的力学性能随尼龙6的相对黏度增加大而降低。碳纤维的质量分数为15%时,相对黏度为2.7的尼龙6的复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别为179.6和11014 MPa;而相对黏度为2.0的尼龙6复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别为220和14521MPa,分别提高了22.5%和31.8%。扫描电镜表明:碳纤维在不同尼龙6基体的复合材料中分散都比较均匀,复合材料断裂为纤维拔出断裂方式。     

碳纤维改性HA/PMMA生物复合材料力学性能的研究

采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维增强纳米羟基磷灰石(HA)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料。研究了碳纤维的含量和长度对HA/PMMA复合材料结构和力学性能的影响。采用万能材料试验机和扫描电子显微镜对复合材料的力学性能及断面的微观形貌进行了测试和表征。结果表明:碳纤维在HA/PMMA复合材料中分布均匀,有效提高了复合材料的力学性能;碳纤维含量为4%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和弹性模量等均达到最大值;复合材料的断裂伸长率随碳纤维含量的增加而减小;当碳纤维含量一定时,随其长度的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均增加,但断裂伸长率降低。     

不同造粒尺寸PEEK/GF复合材料性能研究

采用质量份数比为30∶70的连续玻璃纤维(GF)与聚醚醚酮(PEEK)制备了长度分别为4mm,8mm和12mm的3种不同造粒尺寸PEEK/GF复合材料,研究了不同造粒尺寸对复合材料力学性能及熔融结晶行为的影响,并用扫描电子显微镜观察其断面形貌。结果表明:随着造粒尺寸的增加,GF的剩余长度增加,复合材料储能模量降低,损耗因子(tanδ)降低,力学性能小幅度提高;当造粒尺寸为12mm时,复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高了2.13MPa,1.74MPa,断裂伸长率提高了2.86%,综合力学性能最佳。     

纳米高岭土和碳酸钙对PB-1力学性能的影响

熔融制备了聚丁烯-1/高岭土(PB-1/kaolin)和PB-1/CaCO3纳米复合材料,分析了高岭土在PB-1中的分散情况以及高岭土和CaCO3用量对PB-1力学性能的影响。研究结果表明,当高岭土质量分数为2%时,高岭土在PB-1中分布均匀;当高岭土质量分数达6%时,出现微团聚现象。材料的拉伸强度在高岭土质量分数为5%左右时达最大值,而弯曲强度、弯曲模量和断裂伸长率在高岭土质量分数为4%左右时达最大值。在实验用量(0~20%)范围内,材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量在CaCO3质量分数为5%时达最大值,但此时断裂伸长率较小。     

HDPE/改性蛭石复合材料的制备与气体阻隔性能研究

利用改性后的蛭石作为填充材料,通过熔融共混法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/改性蛭石复合材料。研究了改性蛭石的添加量对复合材料热稳定性能、结晶性能、力学性能和氧气阻隔性能的影响。结果表明,相比纯HDPE,HDPE/改性蛭石复合材料仍能保持较好的拉伸强度,当含量为1%时拉伸强度为24.1 MPa,断裂伸长率先提高后下降,当含量为0.5%时断裂伸长率达到最高为535%;改性蛭石的加入提升了材料的韧性,当改性蛭石含量为1%时材料缺口冲击强度达到最高为45.8 kJ/m²;HDPE/改性蛭石复合材料的氧气阻隔性能明显提升,当改性蛭石含量为1%时材料的氧气阻隔性能达到最优,氧气渗透系数为6.9×10^-15 cm³·cm/(cm²·s·Pa)。     

碳酸钙改性PBAT的力学性能及结晶行为

以可生物降解塑料聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)为基体、工业级CaCO₃为填料,采用熔融共混制备PBAT/CaCO₃复合材料。探究CaCO₃含量对复合材料力学性能和结晶行为的影响,并且,筛选出综合力学性能较好的PBAT/CaCO₃复合材料。力学性能测试结果表明,添加少量CaCO₃(5%、10%)后,PBAT/CaCO₃复合材料的拉伸强度有小幅降低,断裂伸长率和冲击强度增大;当CaCO₃含量达到20%及以上时,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均显著降低,与纯PBAT相比,最大降幅分别为36.40%、60.00%、87.42%;弯曲强度、弯曲模量、拉伸模量均随CaCO₃含量的增加而增大。DSC结果表明,添加CaCO₃后,PBAT/CaCO₃复合材料的熔融和结晶温度均显著提高,结晶度降低,透明性降低。