微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。     

一种低黏度环氧树脂的制备及性能研究

采用一种新型增韧剂CC对环氧树脂进行增韧改性,获得一种低黏度中温固化环氧树脂体系。测试了树脂的力学性能,并通过红外光谱和动态热机械能分析等方法,对树脂的组织和性能进行了研究。结果表明：当CC的质量分数为19%时,环氧树脂的剪切强度和拉伸强度最大,分别为25.1 MPa和55.88 MPa;该环氧树脂具有较低的黏度;固化过程中各组分反应完全,树脂刚度较大,玻璃温度Tg达110.36℃。     

钢纤维改性环氧树脂砂浆力学性能

采用硅烷偶联剂对钢纤维表面改性,研究了不同体积分数、长径比和偶联剂改性前后钢纤维环氧树脂砂浆(SFEM)的力学性能,结果表明钢纤维对SFEM有显著增强作用。当钢纤维体积分数为2.0%,长径比为45,SFEM的抗折强度、抗压强度、峰值荷载和弹性模量达到最大值,较环氧树脂砂浆(EM)分别提高了51.73%,34.87%,39.98%和118.45%;钢纤维经偶联剂改性后,SFEM的抗折强度和抗压强度进一步提高,较改性前分别提高了10.52%和12.12%。     

纳米SiO2颗粒增强铜基复合材料性能研究

以纳米SiO2颗粒为增强体,采用粉末冶金法制备铜基纳米复合材料.考察不同质量分数的纳米颗粒对复合材料密度、硬度以及摩擦磨损性能的影响.结果表明纳米SiO2颗粒的加入,使铜基体的硬度和摩擦磨损性能都得到了明显提高;但随着纳米SiO2质量分数的增加,复合材料的密度和硬度均呈下降趋势;当纳米SiO2质量分数为0.3 %时,复合材料的减摩耐磨性最好.     

纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的制备及其性能

将无机陶瓷纤维与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料。SiO2气凝胶纤细的骨架颗粒减少了固态热传导,纳米级孔减少了气体热传导和对流传热,同时无机陶瓷纤维减少了辐射传热。SiO2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其200℃和800℃的热导率分别为0.017W/m.K和0.042W/m.K。纤维的加入提供了力学支撑,高温处理增强了气凝胶骨架强度,材料在常温和高温下均具有良好的力学性能,其常温的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.44MPa、1.31MPa和0.98MPa(10%应变),800℃的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.95MPa、1.80MPa和1.42MPa(10%应变)。     

超细粒子对环氧树脂的增韧改性研究

用NW-2辛酯偶联剂改性过的复合氧化锌(ZnO)超细粒子对环氧树脂进行增韧,借助于SEM和力学性能测试手段研究了ZnO粒子的形貌以及NW-2辛酯偶联剂改性复合ZnO粒子在环氧树脂体系中的增韧情况及其机理.结果表明:经过NW-2辛酯偶联剂改性的复合超细ZnO粒子对环氧树脂具备良好的增韧效果.     

环氧树脂/CTBN/无机颗粒高分子合金修补剂材料的制备与性能分析

通过端羧基丁腈液态橡胶(Carboxyl Terminated Butadiene Acrylonitrile,CTBN)协同纳米Al2O3、SiO2颗粒与微米MoS2颗粒共混改性环氧树脂,制备了双组分的耐磨高分子合金修补剂材料。采用拉伸、摩擦磨损等试验及SEM等方法测试和分析了该高分子合金修补剂的拉伸强度、显微硬度等基本性能及摩擦学性能,并对其耐磨减摩机理进行了分析。结果表明:该材料的拉伸强度为42.3MPa,拉伸剪切强度为13.8MPa,显微硬度为231.1MPa,摩擦因数为0.17,耐磨性比LY12铝合金提高了50%。     

改性双酚A环氧树脂固化机理及其性能

用脂环族三官能度环氧树脂TDE-85改性双酚A型环氧树脂,达到提高耐热性与强韧性的目的.利用DSC对其固化反应机理进行了深入研究,并借助DDA确定中温固化工艺,对中温固化树脂基体的力学性能和热性能的研究表明固化物力学性能优良,与普通双酚A型树脂相比,相同固化体系树脂浇铸体的拉伸强度由47.30 MPa提高到 70.50 MPa,弯曲强度由62.74 MPa提高到85.48 MPa,冲击韧性由9.08×103 J/m2提高到1.09×104 J/m2,拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度及冲击韧性分别提高49.05%、50.0%、36.24%及19.53%.IR 分析表明,固化物的固化度为92.3%.     

碳纳米管对MWCNTs/EP复合材料力学性能的影响

采用超声波分散法制备多壁碳纳米管增强树脂基复合材料,研究了多壁碳纳米管质量分数对树脂基复合材料力学性能的影响规律.结果表明:多壁碳纳米管的加入可有效地改善树脂基复合材料的韧性和强度,当多壁碳纳米管质量分数为0.7％时,树脂基复合材料的力学性能最佳.加人多壁碳纳米管后,树脂基复合材料的玻璃化转变温度降低,且相容性良好.     

高温空气下C/SiC复合材料力学性能测试

测试了C/SiC复合材料在高温空气下的压缩、弯曲和拉伸性能,利用扫描电子显微镜分析复合材料在室温与高温条件下的断口微观形貌。结果表明:从室温升温到1 000 ℃测试温度时,C/SiC复合材料的压缩强度由247 MPa降低至78 MPa,性能降低68%;弯曲强度由480 MPa降低至277 MPa,性能降低42%;拉伸强度由247 MPa降低至152 MPa,性能降低38%。高温氧化导致界面退化,损伤材料基体与碳纤维结构,加剧了纤维断裂程度,改变了纤维与基体的结合状态,纤维增韧机制逐渐消失,导致复合材料性能下降。     

双酚A环氧树脂改性二氧化双环戊二烯体系固化动力学分析及其性能研究

二氧化双环戊二烯(CDR -0122)环氧树脂固化物的耐热性较好,但脆性大.采用不同质量分数的环氧(E -51)改性CDR -0122.对不同的改性体系进行DSC分析,确定其活化能、反应级数和最佳固化工艺.对改性的CDR - 0122环氧树脂固化物进行力学性能和耐温性能测试.结果表明:当加入E-51的质量分数为30％时,CDR -0122的树脂体系的综合性能最优.相比改性前,改性后的树脂体系活化能略有下降,并且其拉伸强度和弯曲强度分别提高了52.38％和54.77％,但玻璃化转变温度略有下降.     

高官能度水性聚氨酯丙烯酸酯/纳米SiO2杂化材料的制备及性能

以聚己内酯二醇(PCL)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)和季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为原料,合成了高官能度水性聚氨酯丙烯酸酯WPUA。以WPUA为有机相,γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(TMSPM)改性纳米SiO2为无机相,制备了水性光固化有机/无机纳米杂化体系。通过傅立叶变换红外光谱对合成产物进行了表征,并对杂化薄膜的表面形貌、热稳定性、光固化动力学及力学性能进行了分析。结果表明合成了预期产物,杂化体系中改性纳米SiO2分散均匀稳定;随着SiO2含量的增加,材料的热稳定性、力学性能均有明显提高;不同SiO2条件下体系均保持了较高的光固化速率和最终凝胶含量。     

列车用复合材料阻燃性能研究

不同类别的阻燃剂配合使用能产生协效作用,大大提高阻燃效果。在甲基丙烯酸类不饱和聚酯树脂9001基体中,添加微囊化红磷/氢氧化铝/三氧化二锑/甲基膦酸二甲酯(MRP/Al(OH)3/Sb2O3/DMMP)阻燃剂体系,对其树脂体系固化物及玻璃纤维织物复合材料的力学性能和阻燃性能进行了实验研究,提出了一种有望用于列车复合材料大尺寸构件制造的性能优异、价格低廉的新体系。结果表明,当质量添加比例分别为12%MRP、50%Al(OH)3、2%Sb2O3时,树脂体系室温粘度100mPa.s左右,凝胶时间超过80min,适用于RTM和VIMP等大尺寸构件成型工艺;复合材料拉伸强度215.4MPa,弯曲强度177.15MPa,拉伸模量13.85GPa,弯曲模量13.36GPa,氧指数39.7。     

表面官能化对碳纳米管/环氧复合材料玻璃化转变温度及韧性的影响

通过碳纳米管的不同表面官能化,构造其与环氧树脂的不同界面。采用动态机械性能分析研究不同表面官能化碳纳米管对环氧树脂复合材料玻璃化转变温度的影响;采用摆锤冲击试验研究环氧树脂复合材料的韧性。结果表明:与纯环氧树脂相比,氨基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度升高,而羧基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度反而有所下降;碳纳米管/环氧树脂复合材料的冲击强度相比纯环氧树脂均提高了近一倍。复合材料性能的这些变化规律主要归因于不同表面官能化碳纳米管与环氧树脂基体间形成了不同的界面。     

石英纤维增强苯并噁嗪树脂复合材料研究

对苯并(啞心)嗪树脂应用于RTM工艺制备石英纤维增强复合材料进行了研究.系统考察了该树脂的工艺性能及力学性能,制备并测试了石英/苯并(啞心)嗪复合材料的力学性能及耐烧蚀性能,并将相关性能与钡酚醛与石英/钡酚醛进行了比较.结果表明,在85℃～145℃温度区间内苯并(啞心)嗪树脂粘度保持在800mPa·s以下,树脂具有较宽的低粘度温度平台和较长的低粘度保持时间.力学性能及耐烧蚀性能研究表明,石英/苯并(啞心)嗪复合材料的层间剪切强达到了61.5MPa,拉伸强度和弯曲强度显著优于石英,钡酚醛复合材料,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.0510g·s-1和0.032mm·s-1.石英/苯并(啞心)嗪复合材料是一种可采用RTM工艺制备的耐烧蚀材料.     

低速冲击下玻璃钢/钢复合结构损伤特性实验研究

考虑基体材料的不同增韧特性,针对两种不同的玻纤织物增强复合材料/钢复合结构进行低速冲击实验,采用超声波探伤仪对玻璃钢损伤区域进行了探测.结果表明,采用增韧基体的玻璃钢/钢复合结构在低速冲击下玻璃钢层的抗冲击能力更强,相同能量冲击下的损伤面积更小;损伤面积近似呈正方形分布,正方形对角线与纤维方向一致.     

纳米二氧化硅对苯丙乳液涂层力学性能的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用St?ber法制备了二氧化硅粉体,采用硅烷偶联剂对其表面修饰后得到纳米二氧化硅。采用机械搅拌辅助超声分散法制备了纳米二氧化硅-苯丙复合乳液涂层,分别考察了纳米二氧化硅质量分数为0,1%,2%,3%时涂层的微观形貌、显微硬度、附着力、抗磨性、抗划伤性和抗拉强度。结果表明,纳米二氧化硅的质量分数对苯丙乳液涂层的主要力学性能具有显著影响。纳米二氧化硅质量分数为2%时,涂层的主要力学性能相对较好,此时涂层的附着力和抗拉强度分别为8.45,15 MPa,与未添加纳米二氧化硅的苯丙乳液清漆涂层相比提高了12.82%和140.77%,而涂层1 000 r磨损质量损失率降低29%。     

基于霍普金森压杆气凝胶及其复合材料抗冲击性能试验研究

为了研究气凝胶及纤维增强气凝胶的抗冲击能力,分别对纯SiO_2气凝胶试件、SiO_2气凝胶基有机纤维毡、SiO_2气凝胶基玻璃纤维毡三种不同材料进行了霍普金森杆加载试验,将实验结果与入射杆直接撞击透射杆结果进行对比,分析了纯气凝胶及纤维增强气凝胶在装甲防护中的作用及其机理。实验结果表明:在冲击作用下,纯SiO_2气凝胶、SiO_2气凝胶基有机纤维毡会完全"粉碎",变成基体粉末和纤维,SiO_2气凝胶基玻璃纤维毡发生较大的压缩变形,部分基体和纤维被挤出;作为SiO_2气凝胶的增韧材料,玻璃纤维的作用要优于有机纤维的作用;气凝胶及其纤维增强材料在受到均匀冲击载荷时比受到局部载荷时更容易发挥其防护作用。     

铝青铜水下湿法激光焊接焊缝成形与力学性能

为解决湿法焊接焊缝质量不高的问题,对铝青铜材料展开水下湿法激光焊接实验,利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、显微硬度仪、万能试验机分别检测和分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明:铝青铜水下湿法焊接会出现大量气孔,水深增加会导致气孔增多,提高焊接速度可以改善焊缝成形质量,通过在基体表面预置自蔓延粉末能够有效减少气孔;焊缝中上部为胞状晶组织,底部为发达的树枝晶;焊缝平均硬度为240 HV,与基体相比提高了50%;拉伸试验试件均断裂在焊缝处,平均拉伸强度为235 MPa,为基体的43%。     

三维石英纤维增强氮化物基复合材料的烧蚀性能及显微结构

采用先驱体转化法制备了三维石英纤维增强氮化物基复合材料(3D SiO2f/Si3N4-BN),用等离子射流烧蚀方法研究了复合材料的烧蚀性能,运用扫描电镜及能谱仪对烧蚀表面微观形貌进行了观察和分析。结果表明氮化物基复合材料在高压高热流等离子体烧蚀下线烧蚀率为0.91mm/s,石英纤维熔融并被吹除带走了大量的热量,熔融层抑制了基体的机械剥蚀。基体由于强度高、升华温度高,延缓了熔融层的吹除,表明氮化物基复合材料是一种良好的耐高温烧蚀透波材料。