不同摩擦配副对PEEK及CF/PEEK复合材料摩擦学性能的影响

为了选择与PEEK及其CF改性复合材料更合适的配副材料以适应苛刻的干摩擦工况,本工作选用PEEK、CF/PEEK复合材料为研究对象,利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机在不同速度、载荷下对PEEK、CF/PEEK复合材料与Al 2O 3球、GCr15球、Si_(3)N_(4)球三种不同对磨球所组成的摩擦副进行干摩擦试验。结果表明:CF填充改性PEEK基复合材料,提高了复合材料的摩擦学性能。研究速度、载荷对其摩擦学性能的影响发现,三种对磨球所组成的摩擦副在固定载荷高速时或者固定速度重载时仍保持良好的摩擦磨损性能。三种对磨球中,GCr15轴承钢球与PEEK、CF/PEEK组成的摩擦副摩擦系数最大,磨损率最高;Si_(3)N_(4)陶瓷球的摩擦副摩擦系数最小,磨损率最低。当GCr15-CF/PEEK摩擦副在50 N、400 r/min高速时,摩擦系数为0.275,在90 N、300 r/min重载下,摩擦系数为0.254;当Si_(3)N_(4)-CF/PEEK摩擦副在50 N、400 r/min高速时,摩擦系数为0.265,在90 N、300 r/min重载下,摩擦系数为0.231。GCr15-CF/PEEK摩擦副盘试样在高速高载的苛刻工况下发生了严重的磨粒磨损和黏着磨损,而Si_(3)N_(4)-CF/PEEK摩擦副盘试样在高速高载的苛刻工况下主要是磨粒磨损和轻微的黏着磨损。

短切CF/PEEK复合材料的制备及抗紫外老化性能

CF/PEEK复合材料因轻质高强、耐腐蚀抗老化等特点,在各领域中被广泛应用,而其在成型过程中不可避免地会产生边料、废料,因此针对CF/PEEK回收再利用的研究很有意义。由于PEEK熔点高、溶体粘度大等特点,此类材料回收再利用困难,本工作通过添加一定量的PEEK树脂粉末的方法,改善短切预浸料的热压工艺性,通过紫外线加速老化实验,研究紫外老化对复合材料微观形貌、力学性能等的影响,并结合主成分分析法综合评价短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能,为热塑性预浸料和热塑性复合材料制品的回收再利用提供参考。研究结果表明:添加了树脂粉末的复合材料表面质量和力学性能得到明显的提高。试样表面的树脂基体在紫外老化作用下会出现粉化开裂并逐渐脱落的现象,在表面形成孔洞、裂纹等缺陷,紫外老化时间越长,复合材料表面受损越严重,力学性能下降越明显。通过主成分分析法得到,树脂添加量对短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能影响不大。

制孔分层损伤对CF/PEEK复合材料拉伸性能和表面应变分布的影响

目的研究钻削制孔表面分层损伤与拉伸载荷下开孔碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料表面应变分布的相关性。方法通过对CF/PEEK复合材料层合板进行钻削制孔实验,分析不同进给速度对钻削温度、钻削轴向力、制孔出口表面分层和孔壁表面损伤的影响。采用数字图像相关技术(DIC)和力学实验相结合的方法,研究分层损伤程度对开孔CF/PEEK复合材料层合板拉伸性能和表面应变分布的影响。使用扫描电镜观测开孔试件的断裂形貌,分析开孔试件受拉伸载荷时的破坏模式。结果随着进给速度的增加,钻削温度降低,钻削轴向力提高,出口表面分层和孔壁损伤程度加剧。随着分层损伤程度的增加,层合板的拉伸强度呈现出降低的趋势,试件的拉伸强度从558.4 MPa降低到525.63 MPa,降低了5.87%。在中应力和高应力状态下,试件x方向的最大负应变随着分层损伤程度的增加而增加。在高应力状态下,试件y方向的最大正应变随着分层损伤程度的增加而增加。试件的断裂方式主要是基体开裂、分层和纤维撕裂,断口有纤维脱落和纤维拔出,垂直于载荷方向的纤维破坏模式为剥离破坏,与载荷方向一致的纤维破坏模式为拉伸破坏。结论钻削制孔表面分层损伤会降低开孔CF/PEEK复合材料的拉伸强度。不同分层损伤程度的开孔层合板表面应变分布表现出明显的差异性。

纤维取向对TC4/PEEK/Cf层板抗高速冲击性能的影响

为研究高速冲击条件下TC4/PEEK/Cf层板破坏失效行为和机理,采用空气炮高速冲击试验探索了纤维取向对层板抗高速冲击性能的影响,并建立了误差有效控制的有限元模型。使用验证后的模型对不同变量下层板冲击试验进行算例丰富。试验和模拟结果表明:TC4/PEEK/Cf层板高速冲击下损伤模式主要是金属/复合材料界面分层、复合材料内部层间分层、金属塑性变形、复合材料撕裂断开等。通过对比不同纤维取向层板高速冲击破坏特征发现,TC4/PEEK/Cf层板抗高速冲击性能与纤维铺放角度有关。层板整体耗散冲击能量的性能随纤维交叉角度增大而提高,纤维单向铺放层板的弹道极限和能量耗散率最低,0°/90°纤维取向层板的弹道极限和能量耗散率最高,抗冲击性能最优。

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明:随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^(-6)mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。

CF/PEEK AZ31B镁合金摆动激光焊接温度场仿真分析

为了探究摆动激光对温度场的影响,以CF/PEEK-AZ31B镁合金搭接接头为研究对象,考虑温度变化对镁合金热物性能的影响,运用COMSOL软件建立反应激光热导焊接过程的三维有限元热分析模型。通过熔池形貌对比和热循环曲线对比验证模型的可靠性,并比较分析摆动激光与非摆动激光两种焊接模式下焊件的温度分布特征,结果表明:摆动激光的摆动特性能有效降低焊件表面的峰值温度,摆动激光作用下的温度梯度更小,摆动激光能改善非摆动激光作用下界面树脂热分解这一现象。

CF/PEEK复合材料超声辅助铣削力和表面质量研究

为改善碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)在铣削加工时所产生的毛刺、分层以及表面凹坑等缺陷,采用超声辅助铣削的加工方式分别沿0°、45°、90°、135°四种纤维方向角对CF/PEEK进行实验,并与传统铣削进行对比研究。结果表明:超声辅助铣削与传统铣削相比,切削力更小且加工质量更优。沿90°纤维方向角对试件进行超声辅助铣削,切削力、表面粗糙度和毛刺高度降幅最显著,分别降低了16.79%、28.9%和71.9%。而且在相同的加工参数下,超声辅助铣削与传统铣削相比,能够有效地改善表面凹坑、分层等表面缺陷。

T800碳纤维/PEEK热塑性复合材料的拉伸与剪切失效行为研究

采用T800碳纤维/聚醚醚酮(T800/PEEK)预浸料,以高温、模压方式制备了热塑性单向复合材料,通过拉伸、面内剪切试验方法对其模量和强度进行了测试分析,得到了不同载荷形式作用下的宏观失效破坏模式。针对T800/PEEK复合材料的微细观结构特点,建立了有限元代表性体积单元模型(RVE)和碳纤维、PEEK基体以及纤维/基体界面三种材料的本构关系,基于渐进损伤失效模型和内聚力模型得到了单轴拉伸/压缩、面内剪切载荷作用下单元模型的应力应变曲线和微细观失效模式。相比于试验测试结果,有限元模型预测得到的拉伸模量/强度相差最大为11%,剪切模量/强度相差最大为5%。

3D打印nHA/PEEK-AgNPs复合多孔支架的制备与性能

通过熔融沉积成型3D(FDM 3D)打印技术进行打印,制备成nHA/PEEK复合多孔支架。再采用多巴胺氧化聚合和硝酸银化学还原法,在支架表面形成银纳米颗粒涂层,从而制备出nHA/PEEK-AgNPs复合多孔支架。nHA/PEEK-AgNPs具有独特的三维多孔结构,表面接触角约为(33.2±3.65)(°),展示出较好的亲水性。力学测试结果显示,nHA/PEEK-AgNPs多孔支架的最大压缩强度为(47.4±3.9) MPa,明显高于PEEK组的(36.3±7.3) MPa。同时,最大弹性模量与PEEK组无明显差异,表明复合材料的力学强度与PEEK多孔支架相比有所增强。抑菌实验结果显示,对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抑菌性,抑菌率分别达到(89.4±2.4)%和(85.8±4.4)%。细胞增殖检测结果显示,7 d内nHA/PEEK-AgNPs组在各个时间点的细胞增殖情况均明显优于PEEK组(P<0.05)。此外,nHA/PEEK-AgNPs具有较好细胞相容性和成骨活性。RT-PCR结果显示,14 d内,和PEEK相比,nHA/PEEK-AgNPs组细胞的Runx2基因表达水平和Col1基因表达水平均随着时间增加而上调(P<0.05),说明nHA/PEEK-AgNPs复合支架材料能够显著提高成骨相关基因的表达。nHA/PEEK-AgNPs三维多孔支架有望在骨组织工程修复领域得到应用。

多壁碳纳米管/聚醚醚酮(MWCNT/PEEK)复合材料的制备及其性能研究

采用热压烧结法制备了纯聚醚醚酮(PEEK)及MWCNT/PEEK复合材料.通过表征发现:导热系数、密度、硬度及热稳定性随多壁碳纳米管(MWCNT)含量的增加而增大.系统研究了载荷、速度及不同MWCNT含量对复合材料摩擦学性能和磨损机理的影响.结果表明,MWCNT可显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率.在固定转速200 r/min,载荷为40和80 N,MWCNT质量分数为1%条件下,摩擦系数和磨损率最低,摩擦系数分别为0.241和0.235,磨损率分别较纯PEEK降低了60%和56%.当载荷增加到100 N,MWCNT质量分数为2%时,摩擦系数最低,磨损率较纯PEEK降低89%.固定载荷40 N,转速为400 r/min时,1%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率最低,较纯PEEK降低了89%.当转速增大至600 r/min,2%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率较纯PEEK降低了85%.固定转速200 r/min、载荷为40 N,MWCNT的质量分数较低时(<2%),MWCNT/PEEK复合材料的磨损机理主要是黏着磨损,MWCNT的质量分数(≥2%)较高时,磨损机理发生黏着磨损和塑性变形;载荷增加到80 N,低MWCNT含量复合材料主要发生黏着磨损和磨粒磨损;载荷增加到100 N时,高MWCNT含量复合材料磨损机理为黏着磨损、磨粒磨损和塑性变形共存.固定载荷40 N,转速为400 r/min时,低MWCNT含量复合材料也发生黏着磨损和磨粒磨损;转速为600 r/min时,高MWCNT含量复合材料磨损机理也为黏着磨损、磨粒磨损和塑性变形共存.

PPS/PEEK共混物的超临界CO_2微孔发泡研究

以超临界CO2为物理发泡剂通过固态间歇发泡法制备了不同共混比例的聚苯硫醚/聚醚醚酮(PPS/PEEK)微孔材料。采用差示扫描量热法探讨了PPS/PEEK共混物的热性能,通过扫描电子显微镜观察分析了共混组成和饱和压力对微孔材料泡孔结构与分布的影响规律,并对微孔材料的冲击强度、介电常数和动态力学性能进行了研究。结果表明,共混使PPS相和PEEK相的结晶度增大,共混物中的气体饱和浓度随着PEEK组分含量的增加而增大。与纯PPS和PEEK相比,共混物中形成致密的多级泡孔结构。饱和压力越大则微孔材料的泡孔密度越大,且泡孔尺寸越小。微孔发泡使PPS/PEEK共混物的冲击强度增大,介电常数和储能模量降低。

海水润滑条件下316L不锈钢与仿生非光滑表面CF/PEEK的摩擦学性能

为探讨高压海水轴向柱塞泵滑靴副的减阻抗磨机理,采用数控机床在CF/PEEK试样表面加工出不同形状仿生非光滑单元体,与316L不锈钢形成配副,对其在不同法向载荷下的摩擦因数、试样温度、磨损率等进行测试,并用激光共焦显微镜及扫描电子显微镜对磨损表面进行分析。结果表明:在海水润滑条件下,光滑表面配副以磨料磨损和粘着磨损为主,摩擦因数随时间稳定在0.05~0.09,试样温升大,磨损率大;非光滑表面配副可有效存储海水和磨屑,产生动压润滑效应、降低磨料磨损,摩擦以犁沟效应为主,摩擦因数稳定在0.02~0.06,试样温升小,磨损率小;随法向载荷的增加,由粘着效应所致CF/PEEK转移加快,摩擦因数和试样温度升高,磨损率降低且下降趋势逐渐减缓。

碳纤维增强聚醚醚酮(CFR/PEEK)和钛合金的细胞毒性比较

目的通过体外细胞毒性试验,对碳纤维增强聚醚醚酮(CFR/PEEK)和钛合金两种材料的细胞毒性进行比较。方法培养人皮肤成纤维细胞(HSF)、人成骨细胞(HFOB)和鼠成纤维细胞(NIH3T3),提取两种材料浸提液。利用CCK-8测量细胞增殖和细胞毒性,采用SPASS12.0对数据进行统计分析,Microsoft Excel软件绘制细胞生长曲线。结果两种材料对三种细胞的增殖均有轻微抑制,但材料组和对照组之间并无显著差异;两种材料对三种细胞均无细胞毒性。结论碳纤维增强聚醚醚酮具有和钛合金相同的细胞相容性,可作为未来矫形外科固定器械的替代材料。

Ekonol/G/MoS_2/PEEK复合材料的力学性能

用模压方法制备了Ekonol/G/MoS2/PEEK复合材料,并对其力学性能(含拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和压缩强度)进行了研究。结果表明:Ekonol的加入,使Ekonol/G/MoS2/PEEK复合材料的压缩强度提高,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度有所降低,但并不妨碍其作为结构零件使用;当Ekonol含量为25%左右时,复合材料具有较为理想的综合力学性能。

热塑性AS4/PEEK层合板基体损伤的实验研究

本文将长距离显微云纹干涉方法与显微放大技术相结合,在轴向拉伸载荷下,对AS4/PEEK[0/±45/90]2S层合板层间变形、纤维-基体脱粘和基体裂纹进行了从小变形到大变形直至分层损伤的全过程实时、定量的细观变形测量分析.实验表明:AS4/PEEK[0/±45/90]2S层合板亚临界损伤的主要特征,是中间90°/90°层基体中出现具有一定间隔的基体裂纹群.初步探讨了热塑性复合材料AS4/PEEK层合板基体的非弹性变形和损伤过程的一些基本特征.

Ekonol/G/MoS_2/PEEK复合材料的磨损机理研究

用模压方法制备了Ekonol/G/MoS2 /PEEK复合材料 ,通过摩擦磨损实验方法对材料的耐磨性能进行了研究 ,并用SEM对磨损表面进行了观察和分析 ,在此基础上探讨了复合材料的磨损机理。结果表明 :与PEEK相比 ,复合材料具有优良的耐磨性能 ;随着Ekonol含量的增加 。

Ekonol/PEEK复合材料的制备和摩擦学性能

用机械共混 模压法制备了Ekonol/PEEK复合材料 ,通过摩擦磨损实验方法对材料的摩擦学性能进行了研究 ,并用SEM对磨损表面进行了观察和分析 ,在此基础上探讨了复合材料的磨损机理。结果表明 :用机械共混 模压法能制得摩擦学性能优良的Ekonol /PEEK复合材料 ;随着Ekonol含量的增加 ,复合材料的磨损机理发生了由微切削、剥层。

Ekonol/G/MoS_2/PEEK复合材料的制备和正交试验研究

用正交试验设计方法和模压方法制备了Ekonol/G/MoS2/PEEK复合材料,通过方差和极差分析方法对材料的耐磨性能进行了研究,并用扫描电镜对磨损表面形貌进行了观察和分析。结果表明,用模压法制备此复合材料是可行的,复合材料具有优良的耐磨性能,其最优制备方案为A5B3C3D3E3;正交试验设计方法、方差和极差分析方法是行之有效的复合材料研究方法。

厚热塑性复合材料AS4/PEEK角铺设层合板的层间应力分析

将表征热塑性复合材料AS4 /PEEK非线性行为和应变速率相关行为的三维弹塑性模型通过程序加以实现。将程序计算结果和文献实验结果相比较可以发现,二者吻合较好,验证了所生成程序的有效性。计算了厚的AS4 /PEEK角铺设层合板[±25]s4在不同界面上的层间应力。由层间应力的三维分布图,分析了不同界面上层间应力的分布特征,并说明了可能引起层间分层的主要因素。

连续CF/PEEK预浸料制造技术研究进展

适合连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)预浸料的制造技术有熔融浸渍、粉末悬浮和混编模压,对各技术优缺点进行分析。通过总结各技术的发展现状,提出了熔融浸渍技术发展热点为浸渍模具的改进方法,粉末悬浮技术发展热点为分散系的改进,混编模压技术发展热点为碳纤维与树脂纤维的编织方式。