生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展

环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,其固化后会形成不溶、不熔的高度交联的三维网络结构,从而导致树脂及其碳纤维复合材料的降解困难而且难以再加工,造成了严重的资源浪费与环境污染。采用可再生生物质原料制备生物基可降解环氧树脂及其碳纤维复合材料,在缓解能源危机、减轻环境污染和实现资源再利用上具有重要意义。综述了生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展,主要包括含有热或化学不稳定键的可降解环氧树脂的合成、性能、降解机理及其碳纤维的无损回收,并总结了其优缺点。

热塑性碳纤维/尼龙6复合材料界面优化及零件快速成型工艺研究

碳纤维复合材料具有质轻高强等优势,是绝佳的轻量化材料,但汽车常用的碳纤维复合材料以环氧树脂等热固性树脂为基体,大规模应用会面临不易回收的难题。热塑性碳纤维复合材料具有易回收的优势,但其如何提升碳纤维与热塑性树脂的界面结合力及零件成型效率是行业难题。本文以热塑性碳纤维/尼龙6复合材料为研究对象,针对商品化碳纤维/尼龙6界面相容性差的问题,创新设计一种新型的可溶性共聚酰胺上浆剂,将碳纤维/尼龙6的界面强度提升74.2%,显著提升了碳纤维/尼龙6的综合性能。同时,优化预浸料制备和连续模压成型的工艺参数,将碳纤维顶盖横梁的模压生产效率提升至3.4 min/件,满足汽车行业大批量产节拍要求。同时,碳纤维/尼龙6顶盖横梁具有极高的弯曲强度和模量,与钢制件相比轻量率达68.8%。综上,本文为热塑性碳纤维复合材料(易回收)在汽车上的批量化应用提供了创新解决方案。

可降解生物基含酯键环氧树脂的固化动力学研究

采用非等温差示扫描量热(DSC)法研究了可降解生物基含酯键环氧树脂固化动力学,分别建立了n级反应动力学模型、自催化模型以及结合n级反应和自催化模型的分段模型,并将模型预测值与实验数据进行了对比分析。结果表明,n级反应模型与实验曲线的偏差较大,自催化模型与实验曲线变化趋势基本一致,但仍然存在一定偏差,而结合两者的分段模型与实验曲线吻合较好,表明分段模型能更准确地描述该环氧树脂体系的固化反应过程,为其树脂基复合材料固化成型工艺条件优化提供理论指导。

碳纤维表面改性提高其树脂基复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

随着大数据、物联网和新能源汽车等新兴产业的快速发展,相关电子设备与元器件向高性能化、高集成化、轻量化、精密化等方向迈进。随之产生的电磁干扰会威胁人体健康、信息安全以及各种电子设备的正常工作,因此迫切需要高性能的电磁屏蔽材料。碳纤维具有优异的力学性能和良好的导电性,其树脂基复合材料更是兼具质量轻、比强度/模量高、耐疲劳性好、可设计性强以及良好的电磁屏蔽性能等优势。但与传统的金属材料相比,碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能较低,为了进一步提高其电磁屏蔽性能,通常需要对碳纤维进行表面改性。本文介绍了碳纤维复合材料的电磁屏蔽机理,综述了不同的碳纤维表面改性方法以及对碳纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽性能的影响,分析了各种碳纤维表面改性方法的优缺点,进一步对碳纤维增强树脂基电磁屏蔽复合材料的发展趋势进行了展望。

树脂基导电纳米复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

随着5G时代的来临,电磁污染问题日益严重。电磁屏蔽是解决电磁污染的有效方法,已成为人们关注的热点。导电纳米粒子具有优异的导电性及其独特物理特性,其树脂基复合材料可作为轻质高电磁屏蔽效能的电磁屏蔽材料。本文主要介绍了含有导电一维纳米粒子(碳纳米管、银纳米线)和二维纳米粒子(石墨烯、MXenes)的树脂基复合材料在电磁屏蔽性能方面的研究进展,进一步对其发展趋势进行了展望。

高渗透介质型真空注射成型工艺的研究

真空注射成型工艺是一种制备大型、几何形状复杂构件的复合材料液体模塑成型新技术,对高渗透介质型真空注射成型工艺开展了实验研究,通过可视化实验优选出了较好的高渗透介质,对影响充模过程的各种因素进行了详细的讨论,并以模型船制作为实例描述了高渗透介质型真空注射工艺的成型过程。

LCM监控技术研究进展

本文综述了LCM工艺监控用传感技术的研究进展 ,分析了其传感器原理、测量信息范围、适用场合及优缺点等 ,重点介绍了光纤传感技术在LCM上的应用现状 ,并对此领域的工作进行了展望。

LCM充模过程中的边缘效应

边缘效应是复合材料液体模塑成型技术(Liquidcompositesmolding,LCM)中常见的纤维预成型体铺敷缺陷之一。采用单向流动法研究了边缘效应对纤维预成型体渗透率及充模过程的影响,结合其等效渗透率的理论预测模型对不同纤维体积含量、不同缝隙宽度条件下的边缘效应进行了模拟与分析,提出了一边缘效应强弱的表征因子,并以一较复杂的模腔的充模过程为实例提出了对边缘效应的在线监控策略及处理方案。

纤维曲线铺放制备变刚度复合材料层合板的研究进展

纤维曲线铺放技术可以同时对刚度和强度进行剪裁优化设计,由此制得的变刚度复合材料层合板与传统的复合材料层合板相比,其重量和成本可以减少10%～30%,同时结构性能得到显著提高。本文先介绍了纤维曲线铺放技术及变刚度复合材料的概念,对比分析了纤维曲线铺放的两种方法,然后讨论了变刚度复合材料层合板设计制造的主要问题,重点论述了纤维曲线铺放变刚度层合板的应用研究,最后对纤维曲线铺放技术的应用前景进行了展望。

沟槽型真空注射成型工艺的研究

真空注射成型工艺是一种新型的复合材料液体模塑成型工艺,对沟槽型真空注射成型工艺开展了实验研究,通过充模实验确定了引流槽的宽度、深度和槽间距及主槽的槽间距等工艺参数并进行了优化;对影响充模过程的各种因素进行了详细的讨论,并以夹芯面板的制作实例阐述了沟槽型真空注射成型的工艺过程。

VIMP成型工艺用不饱和聚酯树脂的研究

树脂传递模塑 (RTM)和真空注射模塑 (VIMP,Vacuum Infusion Molding Process)等工艺都是在低温下模塑复合材料产品 ,已广泛地应用于舰船领域、军事设施、国防工程、航空和民用工业等。不饱和树脂以其良好的工艺性能和低成本的优势在这些工艺中引起了关注。主要研究了引发剂、促进剂、填料和低收缩添加剂对 VIMP成型工艺用不饱和聚酯在低温下动力学和流变学性能的影响 ,并且测试了

剪切效应对纤维增强材料渗透率的影响

复合材料液体模塑成型 (LiquidCompositesMolding ,LCM )预成型体铺料过程中 ,由于模腔的几何形状复杂性及纤维织物固有的铺敷特性 ,纤维增强材料通常发生剪切变形 ,引起织物局部渗透率变化。采用径向流动法研究了不同剪切角度下编织纤维毡的面内渗透特性 ,建立了理论预测模型 ,对主渗透率比和主轴方向 2个关键参数与剪切角的关系进行了研究。发现随着剪切角的增加 ,主轴的变化角度上升 ,而主渗透率比随剪切角的增加而减小 ,并且这 2个关键参数的实验值与理论预测值吻合较好。

单根纤维束轴向渗透的研究

根据 3种不同的树脂在 2种纤维束中进行的毛细实验 ,运用达西定理 ,由非线性回归方法得到单根纤维毛细压力和纤维渗透率的实验值。并建立了纤维束轴向渗透数学模型 ,采用差分法求解 ,由试误法得到纤维渗透率的模拟值。分析结果表明 ,采用有限时间的纤维渗透实验 ,经适当的方法处理可以得到能够反映真实情况的纤维渗透率值。同时给出了 Carm an- Kozeny纤维渗透率方程中的 Kozeny常数的实验结果。

EVA乳胶液对纤维增强氯氧镁水泥界面性能的影响

通过采用聚合物乳胶液EVA对氯氧镁水泥改性以及用EVA对玻纤进行表面处理两种不同的工艺,制备氯氧镁复合材料试样并进行宏观和微观性能测试,研究了EVA乳胶液对纤维增强氯氧镁水泥界面性能的影响趋势,并探讨了其作用机理。实验结果表明:EVA作为添加剂加入水泥中能明显改善纤维增强氯氧镁水泥的界面粘结性能;而用EVA作表面处理剂处理纤维对界面粘结性能没有明显的影响。

SCRIMP成型工艺的研究

本文侧重介绍了SCRIMP工艺材料的合理选用和树脂分配系统的设计 。

环氧端基甲基苯基硅油增韧聚苯并噁嗪树脂的研究

采用环氧端基甲基苯基硅油(EPMPS)对聚苯并噁嗪(PBOZ)树脂进行増韧改性,研究了EPMPS/苯并噁嗪(BOZ)共混树脂的固化行为,考察了EPMPS含量对EPMPS/PBOZ共混树脂力学性能的影响,采用扫描电镜(SEM)观察了其冲击断裂形貌。当EPMPS含量为10%(质量分数)时,EPMPS/PBOZ共混树脂的缺口冲击强度和弯曲强度均达到最大,分别为2.87kJ/m2和146MPa,较纯PBOZ树脂分别提高了46%和33%。进一步采用动态热机械分析仪(DMA)和热重分析仪(TGA)分别研究了EPMPS/PBOZ共混树脂的粘弹性能和热稳定性能,发现EPMPS/PBOZ共混树脂具有较高的耐热性和热稳定性。

基于VAT技术的复合材料层合板螺栓连接补强研究

本文提出一种简单高效的补强片设计方法,并采用纤维变角度牵引铺缝技术(VAT技术)制备了两种VAT补强片,对单剪搭接螺栓连接的复合材料层合板进行了深入的补强实验研究。结果表明,采用VAT补强片能够有效地提高螺栓连接复合材料层合板的承载能力,其对应试样的归一化最大连接载荷相对于未补强试样和纤维平纹布补强试样分别提高了117.7%和37.3%;VAT补强片有利于阻止裂纹的扩展,使试样的破坏模式由剪切破坏变为挤压破坏;试样拉伸过程中发生的次弯曲效应可增大螺栓与复合材料的接触面积,有利于提高复合材料的连接强度,但是当次弯曲效应增大到一定程度时会导致补强片和母体的界面发生剪切破坏,不利于充分发挥补强片的承载性能。

LCM工艺中边缘效应对充模流动的影响

在复合材料液体模塑成型工艺中(LCM) ,预成型体和模具壁间存在的缝隙容易产生优先的树脂流道,即为常见的边缘效应。采用2种几何模型计算优先流道的等效渗透率张量,结合单向流动法研究不同缝隙宽度时树脂的流动行为,并进行充模过程仿真模拟,研究和预测边缘效应对充模流动的影响。实验发现较小的缝隙也会对边缘的流动产生干扰。

液体模塑用不饱和聚酯树脂的工艺性能研究

液体模塑技术以其独特的工艺性能在国际上引起了越来越广泛的关注 ,本文对液体模塑用低温不饱和聚酯树脂工艺性能进行了系统的研究 ,分析了引发剂、促进剂、温度及添加剂对树脂体系的动力学和流变学性能的影响 ;讨论了树脂与纤维浸润性问题 ;并对添加剂对树脂的体积收缩率和力学性能的影响进行了研究。

风力机叶片气动弹性剪裁研究进展

本文首先简要阐述了气动弹性剪裁的起源及其在飞机设计中的应用;然后根据气动弹性剪裁在风力机叶片中的应用目的,着重综述了气动弹性剪裁在风力机叶片的性能、成本、结构设计和制造工艺几个方面的最新研究进展;最后,本文对气动弹性剪裁在风力机叶片中的研究进展进行了总结并展望了其在风力机叶片中的应用前景。