结构-阻尼复合材料研究进展

航空航天飞行器的高速、轻质和多功能化的发展,精密电子仪器设备的应用及舒适性要求的提高,对传统结构材料的减重和降噪提出了巨大的挑战.近年来,随着纤维增强复合材料的在航空航天领域应用比重的迅速提升,开发兼具高力学性能和高振动阻尼性能的新型结构-阻尼多功能材料也成为研究的热点问题之一.本文在介绍结构-阻尼复合材料阻尼机理的基础上,综述了国内外关于结构阻尼复合材料主要研究内容及研究成果,并讨论了其今后的发展趋势,包括开发新的多功能阻尼插层材料、引入新的阻尼耗能机制、开发多层次结构模型和对阻尼性能和力学性能的多尺度模拟等.     

微量氧对单壁碳纳米管生长的辅助催化作用研究

采用温控电弧炉,分别于He气氛和催化剂中加入不同量的氧,系统地研究了氧对纳米管形成的影响。TEM等研究分析表明,气氛中含有一定量的氧有利于氧化非晶碳促进纳米管的生长;催化剂中加入金属氧化物可以起到辅助催化的作用,减少产物中杂质含量,提高单壁碳纳米管的纯度。     

催化剂组分对制取单壁碳纳米管的影响

采用温控电弧炉,以FeS,Ni,Mg的混和粉末作为催化剂,起弧电压为32V,放电时间为10min;研究了催化剂组成与成分对制取单壁碳纳米管的影响,确定了优化参数。在环境温度为600℃时,起弧电流为100A,催化剂FeS/Ni/Mg的组成和成分含量分别为2∶1∶2(%),5%,氦气气氛,气氛真空度为5.7×104Pa,单壁碳纳米管的产量和纯度都分别达到了12g/h和70%上,其管径为1.24～1.36nm。     

PVDF对芳纶无纺布/环氧树脂共固化复合材料力学和阻尼性能的影响

为评价热塑性结晶聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)对共固化复合材料动态力学和阻尼性能的影响,首先,将PVDF负载到芳纶无纺布(ANF)上,采用共固化工艺制备了PVDF-ANF/环氧树脂(EP)结构阻尼复合材料。然后,利用动态机械分析仪测试了PVDF-ANF/EP复合材料的损耗因子、损耗模量和储能模量的温度谱;通过弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的测试评价了复合材料的静态力学性能;通过单悬臂梁振动实验测试了复合材料的共振频率及自由振动衰减曲线,并计算了损耗因子;通过I型、II型层间断裂韧性实验及断面微观形貌的观察研究了复合材料的断裂韧性及增韧机制。最后,对复合材料的微观结构进行分析,探讨了其兼具力学性能和阻尼性能的结构内因。结果表明:通过在ANF表面负载PVDF,可在不引起复合材料力学性能明显下降的前提下,进一步提高PVDF-ANF/EP复合材料的阻尼性能和层间断裂韧性,复合材料的损耗因子提高了33.3%,I型和II型断裂韧性分别提高了168%和208%。     

无纺布插层共固化双马树脂基复合材料的力学和阻尼性能

利用尼龙无纺布(PNF)和芳纶无纺布(ANF)为插层材料,采用共固化工艺制备了结构阻尼复合材料。利用动态力学分析仪测试并分析了复合材料的损耗因子和储能模量等动态力学指标;通过弯曲实验和短梁剪切实验评价其静态力学性能。此外,通过单悬臂梁强迫共振实验和自由振动衰减实验研究了复合材料层合板的共振频率和损耗因子。结果表明,添加2种无纺布能够与基体树脂在层间形成非反应双连续的相结构,插入ANF的[0°]16铺层复合材料归一化的弯曲强度和模量比空白样品提高了约10%,[±45°]4s铺层复合材料的弯曲强度提高约50%,且均高于插入PNF的复合材料。此外,由于层间富树脂区的形成和界面数目的增加提高了共固化复合材料的阻尼性能,插入15层PNF的[0°]16铺层复合材料的损耗因子达到0.0026,比空白样品提高了约116.7%,[±45°]4s铺层复合材料的损耗因子达到0.0064,比空白样品提高了约14.3%。     

结构-导电复合材料研究进展

大量先进纤维增强树脂基复合材料结构在航空航天等领域的广泛应用对复合材料的性能特别是导电性能提出更高的要求。如何高效低成本地研制高性能的结构-导电复合材料,以及提升飞行器的抗雷击和电磁干扰性能,是目前复合材料领域的一个十分重要的研究课题。本文重点结合航空航天领域对复合材料的应用需求,从对基体树脂、增强体纤维和层合板结构三个方面进行导电改性,对国内外结构-导电复合材料领域的研究进展进行综述。特别地,对新型碳纳米材料、碳纳米管和石墨烯在复合材料结构导电性提升方面的研究和应用进行了分析。将基体树脂改性和结构改性结合有望实现复合材料力学性能与电导率的良好匹配。