不同温度下聚酰亚胺薄膜的蠕变性能

为研究聚酰亚胺薄膜的蠕变黏弹性本构关系模型,选用厚度25μm的聚酰亚胺膜材料,初始应力选取极限抗拉强度的50%,在23、 50、 80、 110、 140、 170℃下进行单轴蠕变拉伸实验,分析不同温度下膜材料蠕变的变化规律.用经典Kelvin、经典Maxwell、 Burgers、三参数广义Kelvin、五参数广义Kelvin蠕变本构模型对数据进行拟合,分析拟合效果.结果表明,聚酰亚胺膜材料具有明显的黏弹性,初始应力对聚酰亚胺膜材料的蠕变性能影响显著,初始应力越大,黏弹性越明显.五参数广义Kelvin模型能够较好地预测聚酰亚胺膜材料的蠕变性能,可决系数均超过0.98,Burgers模型次之,其余3种模型的拟合可决系数为0.708~0.958,拟合结果满足实际工程需要.

PET材料改性及加工应用

为了提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate,PET)材料的性能,课题组采用熔融共混法向PET中添加接枝弹性体POE-g-GMA,通过考察测试了不同添加量的接枝弹性体对PET材料结构与性能的影响。研究结果表明:随着接枝弹性体POE-g-GMA体积分数的增大使材料的冲击强度先增大后降低、拉伸性能略有下降。有限元分析验证了改性后PET材料的承压性能没有表现出明显的下降。

碳纳米管对天然橡胶复合材料高频动态性能的影响

以0.5份(每100质量份天然橡胶中添加的质量份)碳纳米管(CNTs)替换基础配方中不同份数(0,2,4,6,8)炭黑制备天然橡胶复合材料,研究了碳纳米管对天然橡胶复合材料静态力学性能和高频动态性能的影响。结果表明:随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料的硬度降低,拉伸强度先升后降再升,断裂伸长率先降再增,100%定伸应力先增后降;用0.5份替换2份炭黑后的复合材料的综合静态力学性能最佳,此时拉伸强度和100%定伸应力均最大,分别比未用CNTs替换炭黑的复合材料提升13.52%和8.47%。随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料动刚度均方根呈先减后增的趋势,替换2份炭黑后的复合材料动刚度均方根最小,比未用CNTs替换炭黑复合材料的动刚度均方根降低了12.94%,此时复合材料具有最好的高频动态性能,拉伸强度和定伸应力与高频动态性能正相关,断裂伸长率和硬度与高频动态性能的相关度不显著。

基于FDM的PEEK/CGF复合材料综合力学性能优化

为提升连续玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK/CGF)复合材料熔融沉积成型(FDM)制品的力学性能,通过单因素试验,Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了保温舱温度、常用打印路径(5种)、层厚、道间距等工艺参数对PEEK/CGF复合材料样件综合力学性能的影响规律,寻求最优工艺参数组合并进行试验验证。结果表明,各工艺参数对力学性能影响程度大小排序为打印路径>道间距>保温舱温度>层厚;各工艺参数之间存在相互作用,适当的工艺参数组合可以使力学性能得到大幅提升,其中相较于拉伸强度,弯曲强度受工艺参数间的相互作用更为明显;当保温舱温度为82℃、层厚为1.0 mm、打印路径为0°/0°/0°/0°、道间距为0.7 mm时,拉伸强度可得最大值为383.75 MPa,当保温舱温度为73℃、层厚为0.75 mm、打印路径为0°/0°/0°/0°、道间距为1.0 mm时,弯曲强度可得最大值510.13 MPa。

FDM 3D打印聚醚醚酮零件摩擦磨损特性研究

为研究3D打印各向异性对摩擦性能的影响,通过熔融沉积成型(FDM)制备了0°、45°、90°3种打印角度的聚醚醚酮(PEEK)试样,研究3种不同打印角度及载荷变化对PEEK试样摩擦学性能及磨损机制的影响。利用MFT-5000摩擦磨损试验机对PEEK材料进行室温水润滑下的往复滑动摩擦试验,用超景深显微镜观察磨损后表面形貌。试验结果表明:不同载荷下3种打印角度试样的摩擦因数由大到小依次为0°试样、90°试样、45°试样,磨损率由大到小依次为90°试样、45°试样、0°试样;随着载荷的增大,3种不同打印角度试样的摩擦因数均呈现下降趋势,磨损率则呈现上升趋势;PEEK磨损机制是黏着磨损以及疲劳磨损引起的表层脱落。

选择性激光烧结用聚合物复合材料的研究进展

选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)技术是一种重要的增材制造(3D打印)技术,其成型原料主要为粉末状材料,聚合物材料是SLS技术中应用最早且最广泛的材料。随着人们对SLS成型产品各种性能要求的日益增多,用于SLS技术的聚合物材料由于种类少且性能单一,已经无法满足其成型需求。通过对聚合物材料进行复合改性制备复合材料,不仅可以提高SLS成型产品的性能,而且能够丰富SLS材料的种类,目前聚合物材料的复合改性研究已经成为SLS材料领域的热点和重点。本文介绍了SLS用聚合物材料复合改性的方法,阐述了各种方法的特点及国内外的研究现状,并对SLS用聚合物复合材料未来的研究方向进行了展望。

基于多试样法的PVC塑料J-R阻力曲线的简便测量方法

获得PVC材料的J-R阻力曲线以及断裂韧度J_(IC)的难点在于裂纹扩展量Δa的测量,传统染色处理以及三维测量等方法过程复杂且测试成本高。由于塑料的易切割性,可以简化Δa的测量过程。因此,基于多试样法,提出根据规范的测点要求对加载后的试件沿着裂纹纵向切割成若干片、再通过工业电子显微镜测量每个切割片上的裂纹长度,从而获得Δa的二维测量方法。通过GB 21143—2014和ASTM D6068-10两个标准,应用该方法均能获得相对一致的J-R阻力曲线和J_(IC)值,测试结果有效且准确。其中根据GB 21143—2014获得PVC的J_(IC)值为8.03 kJ/m^(2),J-R阻力曲线拟合方程的系数为9.93,指数为0.15;根据ASTM D6068-10获得PVC的J_(IC)为8.31 kJ/m^(2),J-R阻力曲线拟合方程的系数为12.7,指数为0.3;表明ASTM D6068-10获得PVC的断裂韧度J_(IC)值和拟合方程的系数、指数均大于GB 21143—2014。由于PVC材料与金属材料性能的差异,得出ASTM D6068-10更适用于测试PVC材料的J-R阻力曲线和J_(IC)值的结论。该方法将传统的裂纹染色处理和三维测量等复杂操作简化为切片和二维测量,简化测量过程,降低了测量成本,可普及应用于塑料断裂韧性的测量。

电网企业自动化运营管控平台的构建

为有效提升电网企业管控能力和信息处理能力、缩短运营管控响应时间、提高企业满意度,构建一种基于数字化转型的电网企业自动化运营管控平台。基础层通过多种信息系统获取数据,搭建主数据库并将数据传输至中间层。管控层的管控模块通过运用大数据的管控路径,实现企业运营管控。信息孤岛模块通过数字化的信息调度,解决电网企业因运营数据量大而导致的无法及时整合和提取的问题。满意度评价模块采用Dempster-Shafer(D-S)证据理论,数字化评估管控模块管控效果,并通过用户层电脑界面向用户展示管控层的各项管控结果。试验结果表明,电网企业自动化运营管控平台能够完成9 700条以上数据的整理与提取,说明数字化信息调度方式能够明显增强平台的数据处理能力。平台的运营响应时间最高仅为10 ms,显著提升了企业对运营管控的满意度。该结果证明了D-S证据理论在实际应用中的高效性与优越性。

调控界面应力分布增强干黏附材料的黏附力

干黏附材料利用分子间作用力产生黏附性能,凭借其可重复使用等特点,在机器人技术及精密制造中有着重要的应用。为使干黏附材料受拉时接触界面应力更加均匀,提高其黏附力,对微米级羰基铁粉颗粒/聚二甲基硅氧烷磁流变弹性体干黏附材料进行结构设计,通过改变羰基铁粉的质量分数和外加磁场,制备了弹性模量沿半径方向变化的多级复合样品和梯度模量样品,黏附强度分别达到8.0 N/cm^(2)和11.4 N/cm^(2),相较于羰基铁粉质量分数(60%)相同的均质样品,多级复合样品和梯度分布样品的黏附强度分别提升了35%和77%。结合有限元仿真结果可知,弹性模量径向分布设计能有效降低边缘应力集中,由于梯度模量样品界面正应力分布更均匀,因此其黏附增强效果比多级复合样品更显著。

FDM成型工艺对PEEK/CGF复合材料翘曲变形的影响

为降低连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料增材制造样件的翘曲变形,优化增材制造基础工艺参数,通过单因素试验、Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了打印过程中的热效应,即保温舱温度、层厚、成型平台温度、打印速度等工艺参数对连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料样件翘曲变形的影响规律,得出如下结论:研究发现打印工艺对翘曲度的影响程度是不同的,影响程度依次为B(层厚)>C(成型平台温度)>A(保温舱温度)。研究发现打印工艺参数之间是会对翘曲变形产生交互作用的,并且影响程度也较为显著(PB析因试验中大于t值),即B>C>A>AB>BC>D(打印速度)>BD。研究发现喷头温度440℃,成型平台温度100℃,保温舱温度90℃,层厚0.3 mm,道间距为0.5 mm,打印速度2 mm/s时,翘曲度可达到0.23%。

复合材料下改性纳米粒子团聚效应的分子动力学模拟

聚合物基复合材料掺杂纳米粒子能有效改善其性能,但是纳米粒子由于其尺寸以及活跃的表面能容易在复合材料中形成团聚,从而使纳米尺度效应不能充分发挥。对SiO2、ZnO纳米粒子进行改性处理,并使用Materials Studio软件对其进行分子动力学模拟仿真实验,对复合材料下改性纳米粒子团聚效应进行了分析。

感光干膜微结构模具制备关键技术

基于负性感光干膜的微结构模具制备关键技术,针对压膜、紫外曝光和显影等主要工艺环节,给出光源光谱特性、紫外光源功率、曝光时间、显影时间、显影液浓度等关键试验参数的选择优化和试验现象原因分析,并对极限试验条件下干膜性状进行研究,为干膜存储、裁剪、晾放时间提供技术支持。利用该工艺制备的干膜微结构模具,可封装不同结构和功能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。试验结果表明,与传统光刻微流控模具制备方法相比,负性感光干膜的微流控模具制备方法具有省时、工艺简单、无需超洁室和价格昂贵的曝光设备等优点,且制备的干膜微流控模具表面平整度高、成功率高,应用效果良好。

咪唑类离子液体改性填料在橡胶加工中的应用

离子液体是一类液态的低温熔融盐,其具有零蒸汽压、溶解能力强、离子电导率高等优良的物理化学性质,因此被应用于生物、化工、材料等领域。咪唑类离子液体是目前使用较为广泛的一类离子液体。填料在橡胶加工中应用普遍,但填料不易分散从而影响橡胶性能。阐述了使用咪唑类离子液体改性不同种类的填料应用于橡胶加工中,填料经过咪唑类离子液体改性后在橡胶中的分散性明显提高,并且橡胶的硫化速率、导电性、导热性、力学性能有明显提升效果。

环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟

对矩形丁腈橡胶件进行静态拉伸试验,通过对试验得到的应力、应变数据进行拟合,得到了Mooney-Rivlin超弹性本构模型参数,利用此本构模型对环形丁腈橡胶件进行静压缩有限元模拟,进行了试验验证,并分析了环形丁腈橡胶件的壁厚、外径以及温度对其静刚度的影响。结果表明:通过有限元方法模拟得到矩形丁腈橡胶件静态拉伸大变形阶段的力-位移曲线与试验结果相吻合,相对误差小于5%,表明Mooney-Rivlin超弹性本构模型可准确描述丁腈橡胶的超弹性特性;环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟结果与压缩试验结果的相对误差为13.1%,证明了该有限元方法的准确性;随着壁厚或外径的增加,环形丁腈橡胶件的静刚度减小;随着温度的升高,静刚度减小,但减小速率逐渐降低。

基于热力耦合的航空玻璃双向拉伸

为提高航空玻璃双向拉伸质量和拉伸成功率,满足军用战机要求,对航空玻璃双向拉伸进行研究。基于黏弹性材料的热力耦合理论,利用时温等效性方程,以Prony级数形式模拟有机玻璃的黏弹特性。建立双向拉伸有限元模型,对有机玻璃双向拉伸中的加热、冷却过程进行温度场分析;将计算的温度场结果导入双向拉伸分析,根据仿真选取拉伸速度,得到9个夹具处的位移拉伸力曲线,并拟合出位移-拉伸力关系表达式;对拉伸后的有机玻璃进行冷却定型模拟,航空玻璃冷却产生的力达到拉伸力的约2倍,采用拉杆回缩的方式减小收缩力10000 N,防止玻璃破裂或设备损坏。研究结果表明,35 mm厚航空玻璃的双向拉伸试验结果与仿真结果一致,根据仿真结果优化拉伸工艺,提高了拉伸质量与成功率。

粘接结构波动特性的矩阵表示法及参数影响

为丰富多层复合材料界面形态检测方式,笔者构建了一种声波传播界面矩阵模型。分别用空气和水模拟粘接结构的界面为脱粘和进水状态,导出了横波入射下的多层结构中的声反射和透射系数表达式;研究了超声波与不同形态界面的相互作用,分析了入射角度对声波传播特性的影响。结果表明:当横波入射角度介于30°~40°或30°~60°之间,分别采用横波的反射系数法或透射系数法可较容易区分出完好连接、脱粘以及进水界面;除了0°、临界角和90°外,采用纵波透射系数法也较容易鉴别界面形态;无论横波入射角度为多大,采用纵波反射系数法均不能很好地区分脱粘和进水界面。该方法为实验时采用超声波检测粘接结构提供了依据。

我国生物可降解塑料产业发展现状及前景展望

传统塑料制品的出现极大丰富了人们的生活,同时也带来了“白色污染”问题,破坏了陆地和海洋正常的生态平衡。为了解决一次性塑料制品带来的环境问题,发展生物可降解塑料逐渐成为高分子研究领域的热点话题。文章从生物可降解塑料的种类、性质及降解原理入手,基于石油化工和煤化工的技术优势,着重介绍了聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)和聚碳酸亚丙酯(PPC)等五种生物可降解塑料化石基合成的技术路线,并展望了可降解塑料的未来。

核电厂应急柴油机橡胶膨胀节破裂原因分析

针对核电厂应急柴油机冷却水回路橡胶膨胀节破裂问题,采用宏观与微观检查、成分分析、力学性能测试、化学分析等技术手段,探究了其失效机制。结果表明,该橡胶膨胀节材料选择存在一定问题,内层丁腈橡胶材料在较高温度下的含乙二醇冷却液中长期使用,产生了溶胀与渗入问题。乙二醇与钢丝编织层直接接触而出现腐蚀,最终导致橡胶膨胀节在内部压力下发生破裂。

核级阀门非金属部件的延寿评估研究

核级阀门的服役状态关系着核电厂的安全稳定运行,正常服役过程中依据设备鉴定管理要求定期实施短寿命部件更换,以维持阀门鉴定状态的有效性。本文针对某核级阀门旋塞衬套,开展鉴定寿命再评估,以期实现对短寿命设备部件的延寿与更换周期优化。本文全面分析了阀门旋塞衬套的老化机理,基于行业通用的寿命评估模型,通过比对实际服役参数与初始鉴定参数,挖掘阀门旋塞衬套的鉴定寿命裕量,并通过老化试验和状态监测对理论评估寿命并进行验证和校核。经评估,该阀门旋塞衬套鉴定寿命延长5倍以上。核电厂将其更换周期延长至原来的4倍,阀门运行良好。研究表明,通过时限老化分析方法对EQ设备部件开展鉴定寿命再评估,在保证安全的前提下,优化EQ设备部件的更换周期,可提高核电厂运行的经济性。

PEEK/CGF复合材料增材制造综合力学性能优化

为提升连续玻璃纤维(CGF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造样件综合力学性能,优化增材制造基础工艺参数,基于正交试验与单因素试验设计,通过力学性能测试,探究了喷头温度、平台温度、打印速度、层厚等工艺参数对综合样件力学性能的影响,获得PEEK/CGF增材制造成型工艺优化参数,进一步探究了重点工艺参数对PEEK/CGF样件力学性能的影响规律。结果表明,层厚与喷头温度对样件的综合力学性能具有显著影响,最优工艺参数组合为喷头温度440℃,平台温度160℃,打印速度2 mm/s,层厚0.35 mm。随喷头温度的增加,样件的综合力学性能先增大后减小,在440℃达到最大值;随层厚的减小,样件的力学性能逐渐增大,层厚为0.35 mm时样件的力学性能达到最大值。经试验验证,在最优工艺参数组合下样件综合力学性能达到最优,样件弯曲强度为351.59 MPa,层间剪切强度为34.96 MPa,拉伸强度为383.75 MPa。