颗粒填充复合材料细观力学行为的数值分析

通过三相材料中基体应力分布的分析计算,结合损伤萌生的力学条件,对颗粒填充复合材料的强化效应和增韧效应进行力学分析。计算结果表明,当聚合物受力变形时,刚性无机粒子的存在产生应力集中效应,引发其周围的基体屈服,这种基体的屈服将吸收大量变形功,从而达到增韧效果。文中通过界面的厚度以及界面相材料的刚度对颗粒填充复合材料的力学行为进行分析,对于较薄的界面层,外载作用下基体容易产生脱粘开裂,随着界面厚度的增加,界面屈服的趋势优于基体的脱粘开裂。因此,采用柔性界面层包覆刚性粒子进行填充改性是实现材料强韧化的有效途径。

HDPE对共聚PP/CaCO_3高填充复合材料的增韧

以双螺杆挤出机制备了高密度聚乙烯(HDPE)增韧共聚聚丙烯(PP)/CaCO3(质量比50.0/50.0)高填充复合材料,并对其增韧机制进行了探讨。结果表明:在共聚PP/CaCO3高填充复合材料中添加1.5份的HDPE,可使其缺口冲击强度提高46%;共聚PP与HDPE之间的良好浸润性使界面处大分子的相互渗透得以增强;在外力作用下,共聚PP/CaCO3/HDPE高填充复合材料中的HDPE颗粒与共聚PP基体之间发生脱黏并诱发周围基体发生强烈塑性形变,使断面撕裂带细化并吸收更多冲击能量。

界面粘接对填充复合材料力学性能的影响

利用原位聚合的方法将聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)包覆在滑石粉的表面 ,制得了含PMMA粘接层的滑石粉 /PVC复合材料。聚合物粘接层类似于粘接材料的粘接剂的作用 ,它很好地改善了复合材料的界面粘附性 ,提高了复合材料的机械强度。由于聚合物粘接层和基体聚合物的相互扩散以及界面内应力的存在 。

颗粒填充复合材料的应变统计特征与刚度模量

针对填充颗粒体积份数高、随机分布的复合材料,基于一种特定应变分解方式,利用有限元数值分析,研究了任意宏观变形条件下代表性体积单元内应变分布的统计规律,分别得到了颗粒与基体内应变的平均值、应变的涨落值与宏观应变之间的统计关系,并对颗粒填充复合材料的等效剪切模量和等效体积模量进行了预测。

含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效比热

基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效热弹性性质,重点讨论了界面相性质的径向分布对有效比热的影响.首先,将非均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,每个球壳内的材料性质假设是均匀的.基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效体积模量、有效热膨胀系数及有效比热的数值求解表达式;进一步,假设界面相的性质沿径向连续变化,建立了一组微分方程,上述有效性质依赖于该微分方程组的解.特别地,当界面相杨氏模量为幂次分布时,通过求解该微分方程组得到了有效比热等热弹性性质的解析解.算例结果表明,应用此方法预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好;界面相热膨胀系数的径向分布对有效比热和有效热膨胀系数均有显著的影响,而界面相弹性模量的径向分布对有效比热有显著的影响,对有效热膨胀系数的影响相对较小.

高含量粉体填充复合材料的流动性测试方法

采用落杆法,使用熔融指数测试仪和毛细管流变仪测试了一种高含量粉体填充树脂基复合材料在不同温度下的流动性,并对测试结果进行了分析比较。结果表明,3种测试方法均可用于该类材料的流动性测试;落杆法具有操作简单和可测试材料范围广的优势。

紫外辐照改性高密度聚乙烯填充复合材料及其制备方法

本发明公开了一种紫外辐照改性高密度聚乙烯填充复合材料，其组成（质量分数）为：紫外辐照改性高密度聚乙烯60％～80％、填料20％～40％，另外还包括抗氧剂和加工助剂。抗氧剂为紫外辐照改性高密度聚乙烯质量的0～0．3％，加工助剂为填料质量的0～1．0％。其制备方法是：将紫外辐照改性高密度聚乙烯、填料、抗氧剂和加工助剂按比例混合后熔融共混制得紫外辐照改性高密度聚乙烯填充复合材料。本发明提供了一种对人员、设备和环境不会造成损害的清洁、安全的高密度聚乙烯填充复合材料及其制备方法，为制备聚烯烃填充复合材料提供了新的方法和途径。

谨慎对待填充复合材料的熔体流动速率

当利用熔体流动速率（MFR）测试来评估聚合物平均分子量大小对加工性能的影响时，必须考虑填料对MFR测试结果的影响性。

碳酸钙高填充聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯可降解复合材料的制备及性能表征

以生物降解塑料聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为基材,以50%表面改性的CaCO3为填充物制备出具有较好吹膜性能的可降解高填充复合材料。研究结果表明,随着CaCO3添加量的增加,CaCO3/PBAT复合材料的拉伸性能出现先提高后降低的趋势,而偶联剂KH560以及增溶剂ADR的使用则可以明显提高CaCO3/PBAT(50%)复合材料的拉伸性能,且在偶联剂使用量为2.0%,增容剂为1.0%时,复合材料的拉伸性能达到最佳,CaCO3/PBAT(50%)薄膜制品的横向拉伸强度可达20.10 MPa,纵向拉伸强度可达21.73 MPa,横向断裂伸长率为648%,纵向断裂伸长率为528%,熔融指数为1.58 g/10min。通过SEM对薄膜表面进行观察,发现CaCO3分布均匀,完全被PBAT浸润包覆。复合材料满足市场包装材料的力学性能要求,大幅度降低了PBAT的使用成本,具有良好的应用前景。

碳黑填充超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及偶件表面粗糙度对碳黑填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料摩擦磨损性能的影响;利用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了其磨损机理.结果表明:同UHMWPE相比,碳黑填充UHMWPE的磨损质量损失随载荷增加而增大的幅度较小;偶件表面粗糙度对碳黑填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大,随着偶件表面粗糙度的增大,摩擦系数和复合材料的磨损质量损失均显著增大.UHMWPE及其碳黑填充复合材料在干摩擦条件下同45#钢及SiC喷涂层涂覆45#钢对摩时主要呈现犁削和塑性变形特征,犁削和塑性变形程度随载荷和偶件表面粗糙度增加而加剧.

空心颗粒填充复合材料弹塑性力学行为模拟

空心玻璃微珠(Hollow Glass Microballon,简称HGM)填充树脂基复合材料称为复合泡沫材料,近来已被广泛应用在工业中.利用RSA(Random Sequential Adsorption)方法生成了含不同体积比的HGMs填充代表体元模型,然后用有限元方法计算得出了材料的应力-应变关系,将材料属性简化为双线性随动强化模型,分析了HGM填充比、壁厚对材料的有效弹性常数、屈服极限的影响,并分析了材料内部细观应力场和塑性应变分布情况.结果发现,HGM壁厚比对材料有效弹性模量和屈服极限的增减起着决定性作用,而对于任意填充模式来说,材料的比模量和比强度总是大于纯树脂,这一点体现了该材料轻质的优良特性.材料基体的应力集中部位分布以及塑性应变区域的分布也取决于HGM的壁厚比.

硫酸钡填充聚丙烯复合材料研究

研究了硫酸钡填充聚丙烯复合材料的性能。实验结果表明,基体树脂是影响硫酸钡填充聚丙烯复合材料性能的重要因素,硫酸钡的填充量对填充聚丙烯材料的熔体流动速率和冲击韧性有较大影响。与同质量、同体积滑石粉填充聚丙烯的对比实验结果也充分显示出硫酸钡填充聚丙烯材料的优良特性。

硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯基复合材料干滑动摩擦磨损的BP神经网络分析

超高分子量聚乙烯及其复合材料由于其优良的自润滑和防黏性能可用于农业工程装备中的滑动接触部件和触土部件。基于人工神经网络在复杂系统建模问题上的优越性,考察了几种因素对硅灰石纤维增强复合材料的摩擦和磨损性能影响的模型。考虑到输入、输出数据个数,调试设计了一个3×10×2的BP神经网络,其输入层由3个神经元构成,分别为硅灰石纤维的处理方法、硅灰石纤维的加入量和试验过程中的法向载荷。隐含层有10个神经元。输出层2个神经元分别为材料的摩擦系数和磨损量。基于上述BP神经网络对硅灰石纤维增强超高分子量聚乙烯基复合材料的干滑动摩擦磨损性能进行了模拟和预测。对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对复合材料的干滑动摩擦和磨损的作用,大部分数据的预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的摩擦磨损预测要求。

片状镍粉填充树脂基和石蜡基复合材料的微波电磁特性

以微米镍粉作为原料,采用湿法研磨法制备了片状镍粉,将其作为填料用于制备树脂基导电复合材料和石蜡基复合材料;测定了树脂基复合材料的电磁屏蔽性能与镍粉含量的关系,同时考察了片状镍粉/石蜡复合材料的吸波性能.结果表明,复合材料电磁屏蔽性能(SE)随着填料含量的增加而提高;厚度为5 mm的片状镍粉/石蜡复合材料在2 GHz附近的最小反射率可达-27 dB.这表明所制备的片状镍粉在电磁屏蔽及吸波领域具有很好的应用前景.

无机粒子填充聚合物复合材料的储能模量及其表征

储能模量是衡量聚合物材料刚性及弹性的一个重要指标。文中首先讨论了无机粒子填充聚合物复合材料储能模量的影响因素，并对其进行定量表征；然后应用DuPont动态力学分析仪，在温度-150～100℃下测量了玻璃微珠填充低密度聚乙烯（LDPE／GB）复合材料的动态力学性能；最后应用文中提出的储能模量公式分别估算了LDPE／GB和文献报道的氢氧化铝填充三元乙丙胶（EPDM／A1（OH）3）于实验奈件下的相对储能模量，并与已有的储能模量公式的计算值进行比较．结果表明，文中提出的公式的预测值与实测数据较为吻合．

稀土氧化物填充聚丙烯复合材料的研究

用差示扫描量热法对加入了不同种类稀土氧化物的聚丙烯复合材料进行了研究。用热失重仪和热机械分析仪测试了这些材料的热失重温度和软化点。用X射终衍射仪测定了B晶含量。并测定了抗张强度、杨氏模量和冲击强度等力学性能。

颗粒填充二元复合材料等效介电特性的修正通用有效介质计算公式

介电特性在复合材料的电磁效应研究和材料设计中具有重要的作用。本工作在研究传统通用有效介质(GEM,General Effective Medium)公式的局限性基础上,提出了用于预测和计算颗粒填充二元复合材料等效介电特性的修正通用有效介质(MGEM,Modified General Effective Medium)公式。运用MC-FEM(Monte Carlo-Finite Element Method)方法分析计算各种参数条件下颗粒随机填充二元复合材料的等效介电特性,并与MGEM公式计算结果进行比较,验证MGEM公式的正确性和有效性。此外,还将MGEM的预测结果与部分经典理论公式的计算结果、部分文献报道的实验测量数据进行了比较。研究表明,在不同介电常数比(1/50～50)和不同体积分数(0～1)的情况下,MGEM公式预测结果与MC-FEM模型结果完全吻合,与实验测量结果基本一致,为颗粒填充二元复合材料等效介电性能分析提供了一种具有较高计算精度的理论计算方法。

炭黑填充橡胶复合材料的高频介电特性

研究了炭黑(CB)结构和橡胶基体极性对复合材料在高频区介电特性的调控作用.结果表明,与极性较强的丙烯酸酯橡胶体系相比,非(弱)极性硅橡胶体系与CB相互作用较弱,渗流阈值较低,界面极化弱,高频区介电常数随频率增大衰减较小. CB粒径大且比表面积小,虽不利于渗流网络的形成,但高频介电特性随频率衰减较小.比表面积小且结构度低的CB填充弱极性的硅橡胶体系在高频区具有较大介电常数,有望实现人体肌肉和脂肪的宽频化介电特性仿真.

颗粒填充型复合材料有效导热系数的数值计算方法

基于Monte Carlo随机摆放方法,建立颗粒填充型两相复合材料的随机分布模型。应用有限差分法对导热微分方程进行离散,获得差分格式的热传导方程。将复合材料模型中的微观随机结构单元的数据信息导入计算机,应用循环迭代法对差分格式热传导方程进行求解,实现了对二维稳态导热温度场的数值模拟。采用此方法对可以理论求解的特殊情形进行模拟验证,结果表明其准确可靠。同时模拟了导热增强颗粒含量、颗粒与基体的导热系数比对复合材料有效导热系数的影响,并将模拟结果与Maxwell-Eucken、Bruggeman模型进行了比较,发现该方法的模拟结果在低填充量时与Maxwell-Eucken模型、在高填充量时与Bruggeman模型吻合良好。研究表明所述方法能够较好地计算颗粒填充型复合材料的导热系数。