陶瓷增韧技术的研究进展

介绍了颗粒增韧、纤维和晶须增韧、相变增韧、复合增韧、自增韧、纳米增韧等陶瓷增韧技术的研究现状以及相应的增韧机理,探讨了今后陶瓷增韧技术的发展方向。

静电纺丝增韧碳纤维复合材料研究进展

碳纤维复合材料因性能优异而被广泛应用于许多尖端领域,以碳纤维增强树脂基复合材料为主要代表。然而,树脂基体自身的脆性,以及复合材料较差的层间断裂抗性仍然是阻碍碳纤维复合材料发展的瓶颈。静电纺丝是一种高效且灵活的纳米纤维制备方法,所制备的纳米纤维具有高孔隙率、低密度、高比表面积等优点,可以通过改善碳纤维表面、增强树脂基体以及两者之间的界面黏结作用,实现多种机理的层间增韧。本文从树脂基体切入,分为层间颗粒增韧、层间纤维膜增韧及复合纳米增韧三部分讨论了近三年的研究成果,并指出了层间增韧领域未来的研究方向。

高熵碳/氮/硼化物陶瓷的增韧研究进展

高熵碳/氮/硼化物陶瓷因其出色的热稳定性和耐腐蚀性备受关注,然而由于其固有的脆性导致其断裂韧性相对较低,容易在受到外力作用时发生断裂,这限制了其在工程领域的应用。目前对于增韧高熵碳/氮/硼化物陶瓷的系统性综述还较为缺乏。因此,本文总结并对比了高熵碳/氮/硼化物陶瓷材料的增韧技术,并深入介绍了增韧的机制。这些增韧机制通常是多种机制的综合作用,形成协同韧化效应。未来高熵碳/氮/硼化物陶瓷应用前景广阔,可以在多种领域作为不可替代的高性能产品。

钨纤维增韧钨基复合材料的研究进展

钨纤维增韧钨基复合材料作为一种理想的面向等离子体材料,可以不需要引入其他合金元素,通过充分发挥钨纤维本身的优异性能而提升其韧性。对钨纤维增韧钨基复合材料的增韧机理、增韧相类型、制备方法的研究现状进行了综述,重点介绍了钨纤维表面改性、钨纤维体积分数以及烧结温度对复合材料性能的影响,指出了该复合材料今后的研究方向。

不同纤维增韧环氧沥青混合料性能

为探究不同种类纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维和聚酯纤维)对环氧沥青混合料抗开裂和耐疲劳性能的提升效果,在混合料配比设计的基础上,采用车辙试验、低温小梁试验、浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验等对其进行路用性能测试。通过冲击试验,探究纤维对环氧沥青混合料的三种增韧效果:在环氧沥青混合料中添加纤维可以不同程度提高其路用性能;低温性能再加入纤维后,提升效果较为明显;添加玄武岩纤维路用性能优于玻璃纤维和聚酯纤维。

SEBS与β-NAs对PP的协同增韧作用及增韧机理研究

本研究以聚丙烯(PP)为基体、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)和β成核剂(β-NAs)为增韧剂,采用熔融共混法制备了PP/SEBS/β-NAs共混物,研究了SEBS和β-NAs对PP的协同增韧作用并探究了增韧机理。结果表明:当添加20%SEBS和0.05%β-NAs时,得到的PP/SEBS/β-NAs共混物样品的冲击强度达到了76.1 kJ/m2,较纯PP(3.9 kJ/m2)提高了1851.3%。SEBS和β-NAs的协同效应不仅能够增韧PP,还能够提高其加工性能。β-NAs的加入会诱导所得样品的脆-韧转变行为在低SEBS含量下提前发生。增韧机理为,由于β-NAs的加入,PP/SEBS/β-NAs共混物体系中大部分α晶转化为β晶,致使PP晶粒细化,SEBS相尺寸变小、分散更均匀。在外力作用下样品中的SEBS相充当应力集中点,不仅SEBS相内部及SEBS相和PP的界面层会发生空穴化,还会诱导样品中的PP基体发生大量的剪切屈服形变,这些过程会吸收大量能量,赋予PP/SEBS/β-NAs共混物良好的韧性。

我国硬质聚氯乙烯增韧改性的进展

介绍了国内增韧聚氯乙烯的材料种类、特点、增韧机理、效果及研究现状。

刚性粒子增韧聚苯乙烯的研究

聚苯乙烯是目前应用比较广泛的通用塑料之一,对其进行增韧改性研究意义重大。作为一种新型的增韧方法,刚性粒子增韧已经越来越受到人们的关注。着重讨论了刚性粒子的增韧机理、影响因素及其在增韧聚苯乙烯塑料中的应用。

PA6增韧研究进展

介绍了近年来用聚烯烃、橡胶弹性体、高韧性工程塑料、无机刚性粒子等对尼龙6进行增韧改性的最新研究进展情况,并对其研究前景进行了展望。其中以聚烯烃、橡胶弹性体应用最为广泛,而无机刚性粒子增韧PA6则是一种较新的增韧方法,并可在提高材料韧性的同时,提高材料的其他力学性能。

金属间化合物MoSi_(2)协同SiC晶须增韧Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的制备及切削性能

为进一步提高Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的强度和韧性,克服单一增韧方式以及金属粘结剂增韧的局限性,本工作利用金属间化合物协同晶须对其增韧补强,将MoSi_(2)颗粒和SiC晶须添加到Si_(3)N_(4)陶瓷基体中,制备出Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(SMC)复合陶瓷刀具材料。结果表明:SiC晶须的加入可以有效提高Si_(3)N_(4)陶瓷的断裂韧性,MoSi_(2)的加入可以显著提升Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度。连续干切削45#淬火钢时,相较于商用刀具YBC251,SMC复合陶瓷刀具的寿命及切削稳定性提升显著。其中,添加了SiC晶须的SMC3(MoSi_(2)10%(未作特别说明时均为质量分数),SiC_(w)10%)及SMC2(MoSi_(2)0%,SiC_(w)10%)刀具的寿命均比未添加SiC_(w)的SMC1(MoSi_(2)10%,SiC_(w)0%)更长。随着切削深度的增加,未添加MoSi_(2)的SMC2易出现崩刃现象,切削稳定性不如协同增韧的SMC3。

RHDPE/RHES复合材料的组织结构及增韧机理研究

以回收高密度聚乙烯(RHDPE)为基体、自制的复合改性剂HES为增韧剂,采用熔融共混的方式制备了RHDPE/RHES复合材料(简称RPES),研究了RPES的结晶形态、力学性能及熔体流动性,并探究了其增韧机理。结果表明:HES中RHDPE为连续相,橡胶为分散相,体系整体呈现“海岛”结构,分散相呈现“胞状”结构;随着橡胶含量的增加,RPES结晶越来越细化,晶粒尺寸逐渐减小;冲击强度逐渐增大,拉伸屈服强度和弯曲弹性模量有所下降,RPES熔体流动速率(MFR)逐渐减小。当橡胶含量为8%时,RPES的冲击强度达到45.24kJ/m^(2),是纯RHDPE的9.75倍,拉伸屈服强度和弯曲弹性模量保持率分别为83.24%和64.78%。RHDPE/橡胶试样缺口冲击断裂主要由银纹-空化损伤机理引起的,而PRES试样缺口冲击断裂主要是由银纹-剪切带屈服形变损伤机理引起的。

基于PET-CNT自感应复合纤网插层的玻璃纤维增强复合材料层间增韧-结构监测一体化响应

为了避免玻璃纤维增强复合材料(GFRC)在服役过程中由于局部分层损伤造成灾难性整体失效,采用高孔隙率、薄型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)非织造纤网构筑PET-碳纳米管(CNT)自感应复合纤网插层,再将插层嵌入玻纤增强体层间一体成型,在改善GFRC层间性能的同时,对其结构健康状态进行原位、实时、在线的无损监测。结果表明:PET-CNT复合纤网改性GFRC的起始断裂韧性和扩展断裂韧性分别提高了86%和48%,有效提升了GFRC的I型层间断裂韧性。另外,在裂纹扩展阶段,PET-CNT复合纤网插层的电阻变化率增益因子高达270%,表现出了极高的层间裂纹监测敏感性。研究结果为提升GFRC力学性能并实现结构健康监测提供了一种集成结构增韧-监测功能一体化的新型非织造复合纤网插层,也为提升GFRC全寿命周期稳健性提供了一种结构优化方法。

生物降解聚乳酸复合材料的增韧增透性能研究

选用成本低的生物降解柔性材料聚丁二酸丁二酯(PBS)为增韧剂,具有溶剂化增塑的乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)为界面相溶剂,自由基引发聚合的过氧化二异丙苯(DCP)为增容剂,细化球晶提高聚乳酸(PLA)透明性的多酰胺类化合物(TMC)为成核剂,采用熔融共混法制备生物基聚乳酸复合材料,重点研究增韧剂、相溶剂和增容剂对聚乳酸复合材料力学性能、透明性能的影响,开发出高透明增韧PLA的制备技术。结果表明:在PLA基体中加入PBS、ATBC、TMC和DCP,提高了PLA的韧性、相容性和结晶能力。PLA/PBS/ATBC/TMC/DCP共混物中各组分的最佳质量比为80∶20∶10∶0.4∶0.3时,共混物的断裂伸长率为416.5%,相比纯PLA增加了71倍,冲击强度为4.22kJ/m^(2),相比纯PLA提高了165%,拉伸强度为44.3MPa,透光率为82%,显然,PLA的增韧增透性能最佳。其次,在PLA/PBS/ATBC/TMC共混物中添加DCP后,共混物的玻璃化温度(Tg)降低,当DCP添加质量为0.3%时,相比纯PLA降低了10.8℃,显然PLA/PBS共混物的相容性最佳,此时共混物的增韧增透效果显著,拓宽了其在透明产品领域的应用。

乙酰柠檬酸三丁酯增韧聚乳酸材料的制备及力学性能

为了改善聚乳酸(PLA)的冲击性能,以乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)为增韧剂,通过共混法制备具有高冲击强度的ATBC增韧PLA材料(PLA/ATBC),利用傅里叶变换红外光谱仪表征PLA/ATBC的结构,同时探究ATBC含量对PLA的流变、拉伸和冲击性能的影响,并与增韧剂官能团化聚酯弹性体(BP-2)改性PLA材料(PLA/BP-2)的力学性能进行比较。结果表明,ATBC降低了材料的拉伸性能,但适量的ATBC能够提高材料的加工性能和冲击性能。当ATBC质量分数为2.5%时,材料的平衡扭矩最低;当ATBC质量分数为5%时,材料的冲击强度达到最大,为30.1 kJ/m^(2),比纯PLA增加了87%,继续增加ATBC含量,材料的冲击强度迅速下降。此外,在增韧剂质量分数为5%时,PLA/ATBC的力学性能明显高于PLA/BP-2,冲击强度相比PLA/BP-2提高了79.2%。上述结果为高冲击性能PLA材料的开发提供了参考。

氧化锆增韧陶瓷材料的结构性能和应用

介绍了ZrO2的结构、性能,ZrO2增韧陶瓷材料的生产工艺及应用,并论述了ZrO2增韧补强的机理。

“无机粒子-无纺布”协同改性碳纤维复合材料及其增韧机理

针对碳纤维复合材料层间性能较差、易发生分层损伤的问题,提出一种采用SiC粒子和热塑性共聚酰胺(PA)无纺布对碳纤维/环氧树脂基复合材料(CFRP)进行增韧改性的技术,在层间构筑一种“无机颗粒/热塑性纤维/树脂基体”多组分多尺度增韧相体系,对比分析改性前后复合材料的Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性和耐热性,借助扫描电子显微镜(SEM)和动态热机械分析仪揭示其增韧和耐热性机制。结果表明,与未改性的CFRP材料相比,当SiC填充量(质量分数)为1%、PA无纺布面密度为25 g/m2时,改性CFRP材料Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)和Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)分别提高了52.7%和222.6%。无机粒子的阻滞效应、纤维的桥连效应和基体树脂的塑性变形是其主要增韧机制。

乳化沥青对超高性能混凝土工程特性及增韧效果的影响

开裂是目前超高性能混凝土(UHPC)的主要破坏形式,增加弯曲韧性是解决UHPC开裂破坏的主要技术途径.为探究乳化沥青在水泥基材中的增韧效果,研究了不同类型及掺量的乳化沥青对UHPC工作性能、力学强度和弯曲韧性的影响.结果表明阴离子乳化沥青和阳离子乳化沥青均会小幅度降低UHPC的工作性能与力学强度,但能有效提升UHPC的弯曲韧性.相较于阳离子乳化沥青,阴离子乳化沥青UHPC的工作性能与力学强度优于阳离子乳化沥青UHPC,增韧效果更显著;综合考虑力学性能及工作性能,推荐使用阴离子乳化沥青,且优选掺量为3%.通过扫描电子显微镜观察掺入乳化沥青后的UHPC微观结构,发现乳化沥青可有效优化混凝土内部结构、填充微裂缝;乳化沥青的黏弹特性能够有效抑制微裂缝的形成与发展.

纤维增强复合材料层间增韧技术研究进展

连续纤维增强复合材料因轻质、高强等优点被广泛应用于航空航天等领域,提高复合材料层间强度的方式主要有改善树脂基体性能、增加法向材料和层间增韧等。层间增韧方法是一种将纤维、颗粒及薄膜等作为增强相嵌入连续纤维复合材料层间,以达到层间增强效果的方法。采用层间增韧方法无须改变现有的工艺方法,实现过程容易,并且增强效果明显。综合成本、技术难度等方面因素,层间增韧方法为一种切实可行、效果明显的层间增强方法。本文综述了纤维增强复合材料层间增韧技术的最新研究进展,将复合材料层间增韧技术的研究分为纤维层间增韧、纳米材料层间增韧、颗粒层间增韧、薄膜层间增韧等,可为提升纤维复合材料层间性能及纤维复合材料得到更广泛的应用提供支撑。

基于仿生的增韧环氧树脂的冲蚀磨损特性研究

目的针对钾盐输送过程中钾盐颗粒对设备造成的冲蚀磨损问题,以及具有较好可溶性和吸湿性的钾盐易黏附于金属设备,从而造成的腐蚀和堵塞问题,将耐冲蚀磨损、耐腐蚀的高分子复合材料与耐冲蚀磨损仿生结构相结合对冲蚀关键零件进行设计,以提高散料输送过程中相关部件表面的耐冲蚀磨损性能和防黏附性能。方法利用自备的疏水二氧化硅对环氧树脂进行增韧处理,结合贝壳表面肋条结构及鲨鱼表皮盾鳞的特殊排列方式对冲蚀表面进行仿生设计,再利用翻模法在增韧环氧树脂表面制备耐冲蚀仿生结构,完成接触角的测量,以及表面耐磨性、表面硬度、耐冲蚀磨损性能等测试,探究疏水二氧化硅颗粒质量分数、仿生结构对环氧树脂综合性能的影响。结果增加疏水二氧化硅的含量,可以提高试样的疏水性;相较于无仿生结构试样,贝壳/鲨鱼复合仿生结构试样的耐磨性能更强,其质量损失率由0.22%降至0.072%。同时,在疏水二氧化硅的质量分数为4%时,冲蚀率最低,仅为1.4%。结论疏水二氧化硅的质量分数为4%的增韧环氧树脂贝壳/鲨鱼仿生结构试样的综合性能最优,其疏水性、耐磨性、耐冲蚀性能均得到提升。

微米PS环氧树脂增韧钢-CFRP界面机理及力学性能研究

为强化钢-碳纤维复合材料(CFRP)胶粘界面环氧树脂的强度和韧性,添加聚苯乙烯(PS)微球提升环氧树脂的力学性能。研究了常温固化工艺下微米PS增韧环氧树脂的拉伸、弯曲和冲击性能,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了环氧树脂拉伸断面的微观形貌,分析了微米PS颗粒对环氧树脂的增强增韧机理,开展了钢-CFRP胶粘界面力学性能试验。结果表明,PS质量分数从0%增加到5.00%时,胶粘剂的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲模量、断裂伸长率、弯曲挠度及冲击强度随着PS掺量的增加呈先增大后减小的趋势。基体断裂时PS颗粒会产生大变形或阻碍微裂纹发展,从而达到增韧的目的,较大掺量的PS颗粒在树脂中粘附团聚导致环氧树脂的力学性能下降。随着PS掺量从0%增加到2.50%,钢-CFRP胶粘试件的破坏形态从钢板脱胶、胶层内聚破坏逐渐过渡到CFRP板层离,双搭接试件的抗拉强度逐渐提高,2.50%掺量的微米PS增韧环氧树脂在钢-CFRP胶粘界面中表现出良好的力学性能。