热塑性高分子复合材料在航空领域中的运用

热塑性高分子复合材料相较于传统的材料具有更优越的性能且能够再次回收利用。本文从材料介绍以及航空领域应用两方面对热塑性高分子复合材料在航空领域的运用进行探讨,并对未来的应用前景进行展望,从而为航空复合材料制备以及应用提供借鉴。

石墨烯/高分子复合材料研究进展的可视化分析

为了解石墨烯/高分子复合材料研究领域的研究现状,利用CiteSpace软件对2004—2023年期间该领域的文献进行可视化分析,通过主题检索构建数据集,从时间分布、国家合作、机构合作及文献共被引分析该研究领域的发展情况。石墨烯/高分子复合材料领域研究活跃,中国、美国、印度为主要研究力量,中国的发文数占所有国家发文数的45%;电磁干扰、热导率及石墨烯纳米片是该领域的三个主要聚类,近期的研究热点为石墨烯/高分子复合材料用于电磁干扰,掺入石墨烯的高分子材料具有高电磁屏蔽效率。突变性分析结果表明,近期该领域的研究趋势为石墨烯增强复合材料,在低添加量下,石墨烯对复合材料力学性能的增强效果显著。

高分子纳米复合材料在水基钻井液中的研究进展

传统高分子聚合物材料难以满足日益复杂的井下环境要求,而无机纳米材料又存在分散性不足的缺陷,将纳米材料接枝到聚合物链上或将聚合物嵌入纳米材料中形成高分子纳米复合材料,可发挥两种材料的协同增效作用,进而提升水基钻井液的综合性能。文章介绍了高分子纳米复合材料在改善水基钻井液流变性、优化封堵降滤失性、增强封堵防塌性方面的应用,总结了其作用效果及作用机理。高分子纳米复合材料改善钻井液流变性的机理包括聚合物增强固体纳米颗粒在钻井液中的分散性、增加流体层间内摩擦力、通过聚合物与黏土颗粒之间的氢键和静电相互作用形成空间网络结构等。优化钻井液封堵降滤失性的机理包括利用无机纳米材料对微孔进行封堵,形成致密的泥饼,利用聚合物的强吸附性和两亲性,在泥饼表面形成疏水膜等。增强钻井液封堵防塌作用的机理包括纳米颗粒桥接和堵塞页岩纳米孔隙,形成致密屏障,阻止水分子侵入页岩;聚合物链上的多功能基团在黏土表面形成竞争吸附,降低黏土对水分子的吸附;成熟聚胺类聚合物的氨基嵌入和阳离子压缩双电层的综合作用,强化页岩水化抑制性能。提出了高分子纳米复合材料面临的挑战,如大规模生产过程中无机纳米颗粒在聚合物基质中可能出现的分散不均匀问题。最后,从降磨减阻、储层保护和可持续性3个方面对高分子纳米复合材料的研究方向进行了展望。

纤维增强热塑性树脂基复合材料的本构关系探讨

热塑性复合材料具有易加工成型和可回收等特性,应用前景广阔。精确的材料本构模型结合有限元分析与设计,可以缩短材料应用的研发周期、降低产品的设计成本。本文先后介绍了热压成型复合材料考虑黏性的本构模型,3D打印复合材料考虑黏性的本构模型,编织复合材料考虑黏性的本构模型,短纤维复合材料的本构模型;并展望了纤维增强热塑性树脂基复合材料后续的研究方向。

纤维增强热塑性复合材料/金属连接界面调控研究进展

综述了纤维增强热塑性复合材料/金属界面连接机制和界面调控的国内外研究动态,涵盖粘附和机械结合两种机制。简要概述了粘附机制的主要结合力类型,探讨了粘附机制下连接界面轻度较差的原因;重点关注了机械方法、化学方法、金属表面增材处理和激光加工4类机械结合界面调控方法,其中化学方法的使用会对环境造成一定危害,且难以精确控制微结构的形貌尺寸。而金属表面增材制备微观结构的方法目前还存在难以实现完全锚固且易变形造成应力集中的问题。利用高能量密度激光对金属表面进行粗化、清洗以及引入化学基团,可以在毫米、微米和纳米等不同尺度下调控微结构形貌,对接头强度的改善效果远高于喷砂、喷丸、砂纸打磨、铣削加工等机械方法。同时,超快脉冲激光与材料相互作用时间极短,热影响小,能加工出跨尺度复合结构,相比于其他金属表面处理方式,超快激光表面处理能更大程度上提高接头强度。

纤维增强热塑性复合材料与金属连接技术的研究进展

纤维增强热塑性复合材料(FRTP)与金属的连接技术是多材料异质结构的关键制造技术。总结了纤维增强热塑性树脂基复合材料相对于传统金属材料的性能优势,分析了FRTP与金属连接技术的重要性和必要性,系统回顾了胶接、机械连接、混合连接和焊接四大类FRTP/金属连接技术的特点和发展,最后对未来FRTP/金属异质结构连接技术的发展、接头性能的改善提出了展望。

工艺参数对热塑性复合材料热压成型L形构件褶皱缺陷的影响

针对热塑性复合材料构件热压成型工艺产生褶皱缺陷问题,本文基于ABAQUS有限元软件建立了热塑性复合材料L形构件热压成型数值仿真分析方法,通过层合板力学性能和热物性能测试确定仿真分析所需材料参数,并通过试验验证了建立的仿真分析方法能够用于褶皱缺陷研究,在此基础上探究了层合板预热温度、模具初始温度和支撑弹簧刚度3个工艺参数对L形构件热压成型后褶皱缺陷的影响规律。结果表明:(1)层合板预热温度越高,模具初始温度越低,L形构件出现褶皱缺陷的区域越大,层合板预热温度为380℃时,模具初始温度为180℃时,褶皱缺陷的区域最小;(2)弹簧刚度过大或者过小,褶皱缺陷的区域都会增大,弹簧刚度为1.2 N/mm时,褶皱缺陷的范围最小。

新型热塑性复合材料拉伸性能检测方法研究

随着科技的不断发展,新型热塑性复合材料在各个领域的应用越来越广泛。为确保多类型材料的质量和性能,研究人员一直在寻找新的检测方法。目前,较为常用的检测方法主要有非破坏性检测、化学分析、表面观察检测方法、机械性能测试等,但在实践过程中发现存在加强片脱落等问题。因此文章对新型塑性复合材料拉伸性能的检测方法进行综述,并提出一种新型检测方法。

天然植物纤维增强热塑性复合材料的研究进展

由石油化工原料制备的纤维材料的广泛应用导致环境污染问题日益严峻,研发绿色环保的新型纤维材料迫在眉睫。天然植物纤维具有可再生和可降解的特点,在当前强调绿色发展的背景下备受关注,在增强热塑性复合材料领域具有广阔的应用前景,使用天然植物纤维复合热塑性高分子聚合物制备性能优异的复合材料已经逐步发展为一项成熟的技术。该文总结了天然植物纤维结构和改性对复合材料性能的影响,综述了近年来天然植物纤维增强可降解和不可降解热塑性复合材料性能的应用进展,展望了天然植物纤维与可降解塑料复合材料的工业化前景。

碳纤维表面改性及其对热塑性复合材料界面性能影响的研究进展

基于复合材料界面作用机制,系统总结了碳纤维表面改性方法,分别讨论了不同碳纤维改性处理方法对热塑性复合材料界面性能的影响及相关研究进展。碳纤维表面进行改性处理是增强热塑性复合材料界面结合强度的有效途径。最后对碳纤维表面改性方法的未来发展方向进行了展望。

热塑性树脂增韧环氧树脂复合材料研究进展

为了解决环氧树脂固化导致严重脆弱,低韧性和恶劣的内冲击性缺点,在特定范围内限制适用的问题,本文通过整理近年来环氧树脂增韧的相关文献,研究了热塑性树脂的改性方法和改性后界面情况的进展,对聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺等热塑性树脂增韧环氧树脂研究现状进行了分析。研究发现:热塑性树脂增韧环氧树脂的共混体系从均相状态到高交联结构的固定相形态,这种转变极大程度提高了材料的性能。

纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展

拉挤成型作为一种连续生产固定截面的热塑性复合材料成型工艺,具有原材料利用率高、生产效率高、废品率低、产品复制性强、可设计等优点,已在轻量化汽车、建筑建材、风电叶片等领域内广泛应用。热塑性树脂基体存在室温下呈固态、熔融状态下流动性差的问题,导致纤维浸渍困难,成为此类成型工艺发展的瓶颈,因此改进拉挤成型工艺的关键集中在纤维浸渍技术上。本文综述了纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的研究进展,并根据浸渍方式的不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺,介绍了每种成型工艺的浸渍特点、制备流程以及工艺优化方案,阐述了拉挤成型工艺中不同的纤维浸渍方式对制件质量的影响规律,最后对拉挤成型工艺现存的问题进行了讨论,展望了未来纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的发展趋势,为今后拉挤成型工艺的深入研究和开拓创新提供参考。

热塑性聚合物基导热复合材料的研究进展

相比金属和陶瓷导热材料,热塑性聚合物基导热复合材料具有质轻、易加工成型、耐腐蚀等优点,可用于制备电池外壳、锂电池支架、发光二极管的散热壳等。介绍了固体材料导热过程中的基本概念及机理,综述了影响填充型导热复合材料导热性能的因素,探讨了聚合物基体的结构、填料本身性质及其含量、基体与填料之间相互作用等因素对复合材料导热性能的影响。

类玻璃高分子基碳纤维复合材料及其成型方法研究进展

综述了近年来类玻璃高分子(vitrimer)基碳纤维复合材料的研究现状,重点介绍了基于不同种类动态共价键的类玻璃高分子体系及其在复合材料中的应用,涵盖了催化方式、回收能力、生物基原料引入、多功能性和界面增强等方面。总结了类玻璃高分子基碳纤维复合材料的主要成型方式,并对每种方式的成型特点进行了详细阐述。最后,指出当前类玻璃高分子基碳纤维复合材料存在的问题和不足,并对其未来的发展方向进行了展望。

高分子复合材料在储能领域的研究进展

高分子复合材料是储能材料及其制品的重要组成部分,在储热、储电和储氢领域具有广泛应用。本文通过梳理总结近年来国内外关于高分子复合材料在储能领域的研究成果,对高分子储能材料的制备工艺、性质、适用范围等进行了详细介绍。针对高分子储能材料在工业方面的实际应用,重点介绍了熔融型制备工艺和溶剂型制备工艺,指出当前制备储能材料技术的不足并对未来大规模制备应用高分子储能材料进行了展望。可靠的复合制备技术、高效的生产效率、优异的材料性能是未来的主要研究方向。本文对高分子复合材料在储能领域的进一步研究和开发具有一定的参考价值。

硅烷偶联剂改性金属加热元件提高碳纤维/聚苯硫醚热塑性复合材料电阻焊接强度

以使用碳纤维为增强体,聚苯硫醚为树脂基体的碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon Fiber Polyphenylene Sulfide,CF/PPS)热塑性复合材料为研究对象,对其电阻焊工艺进行了研究,获得了最佳工艺参数,并使用硅烷偶联剂对加热元件(304不锈钢金属网)进行改性。在探索最佳工艺参数时,使用了田口试验方法,设计了三因子三水平的正交试验,得到了在CF/PPS电阻焊试验最佳参数(电流为42 A,压力为2.0 MPa,时间为10 s)下的最大单搭接剪切强度(Lap Shear Strength,LSS)为24.5 MPa。运用硅烷偶联剂对加热元件进行表面改性,提高了聚苯硫醚与金属网之间的黏附性。与加热元件未进行任何处理的焊接接头相比,使用硅烷偶联剂处理加热元件的焊接接头搭接剪切强度为31.1 MPa,提高了27%。

“高分子复合材料”课程思政教学探究

将思政元素贯穿于专业课的教学内容中是提高学生综合素养的一种有效手段,“高分子复合材料”课程蕴含丰富的思政元素,就如何将这些思政元素有机结合到教学实践中,实现知识传授、能力培养、价值引领的共赢,作者从思政元素的挖掘及其引入形式两方面进行了探究,提出针对不同思政元素的多样化的引入方式,为其他课程的教学改革提供参考。

连续纤维增强热塑性复合材料嵌件注射成型研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料的嵌件注射成型工艺通过结合连续和非连续纤维增强热塑性复合材料的优势,提升了产品的力学性能和生产效率,广泛应用于航空航天和新能源汽车领域。介绍了连续纤维增强热塑性复合材料嵌件注射成型工艺特点及应用,综述了材料体系、界面改性、工艺参数对嵌件注射成型制件界面结合性能和力学性能的影响。最后总结了嵌件注射成型复合材料目前研究存在的问题以及提升界面性能的方法,并对未来发展趋势进行了展望。

热塑性复合材料系统安装结构的制备及仿真分析研究

热塑性复合材料已成为航空领域重点研究的材料,以民用飞机系统安装结构作为研究对象,通过工艺摸索给出了碳纤维增强PEEK热塑性复合材料层合板制备系统安装结构的工艺参数;采用Hashin失效准则和基于能量演化的刚度退化方法,建立了热塑性复合材料系统安装结构的仿真分析模型,较好地预测了结构的承载能力和失效模式;通过承载能力试验对仿真分析模型进行了验证,分析误差在20%以内,该方法可用于工程实践。该研究对热塑性复合材料在民用飞机结构上的应用具有一定的指导意义。

热塑性复合材料夹芯结构研究进展

从热塑性复合材料夹芯结构的设计、材料和制备等3个方面分析总结了国内外热塑性复合材料夹芯结构的研究现状,夹芯结构因为其高强度、轻量化以及功能集成等特点在承载和吸能等领域内广泛应用,展望了热塑性复合材料夹芯结构的未来发展趋势和前景。