纤维增强形状记忆聚合物复合材料在空间可展开结构中的应用

当前,不同国家对于智能材料的结构研究,都着重于形状记忆聚合物材料方面。由于形状记忆聚合物复合材料,有着较为良好的热塑性、热固性特征,其在桁架、悬臂梁等大型空间结构中得到广泛应用。该文主要探讨纤维增强的形状记忆聚合物复合材料,在空间可展开结构中的应用,通过对复合材料玻璃化转变温度Tg的控制,可以满足多种可展开结构的使用需求。

纤维增强形状记忆聚合物复合材料的热变形行为

通过将热力学内变量理论与Adam-Gibbs结构松弛模型相结合的方法,构建了适用于描述非晶态形状记忆聚合物(SMP)玻璃化转变过程中热变形行为的模型。在此基础上,利用复合材料细观力学分析方法进一步建立了纤维增强形状记忆聚合物复合材料(SMPC)热膨胀系数模型。模型中考虑了温度变化对基体弹性模量和泊松比在玻璃化转变过程中的影响。研究了一种含T300碳纤维增强相SMPC的热变形行为,结果表明,SMPC的各向热应变在升降温阶段几乎一致,仅在玻璃化转变附近微小分离;较快降温率导致的低温态热应变略小,而较快升温率导致平衡态温度更高; x向热应变随纤维倾角增大而增大,随纤维含量增大而减小。研究结果可对纤维增强SMPC的设计与应用提供一定理论参考。

阻燃微胶囊改性玻璃纤维增强聚合物基复合材料阻燃性能与冲击性能研究

为了提高玻璃纤维增强聚合物基复合材料(GFRP)的阻燃性能,采用由微流控技术制备的FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊改性环氧树脂基GFRP。采用垂直燃烧试验、锥形量热试验和落锤试验,研究阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA对GFRP阻燃性能、燃烧性能和抗冲击性能的影响。试验结果表明:阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA能明显提高GFRP的阻燃性能,相比FR-PN阻燃剂,添加阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP表现出更好的燃烧行为,当添加量为10wt%时,阻燃效果最佳;阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的加入能有效降低阻燃剂对GFRP抗冲击性能的负面影响,添加了10wt%阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP抗冲击性能最佳。

碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的热-力学行为建模与影响因素

采用变形梯度分解的方法,基于热力学内变量理论,构建了适用于描述碳纤维增强形状记忆聚合物(CF/SMP)复合材料热-力学行为的热黏弹性本构模型。模型中考虑了材料的结构松弛效应和应力松弛效应,且适用于有限变形条件。依据该模型研究了一种CF/SMP薄板在受到单向均布载荷作用且处于平面应力状态时的碳纤维有效应变影响因素。理论上证实了虽然碳纤维的容许应变很小,但合理取向的纤维分布形式能使其应用于有限变形条件下而不被破坏。此外,分析了该CF/SMP形状记忆热-力学循环过程中形状记忆效应(SME)的影响因素。结果表明,碳纤维含量的增大和纤维倾斜角的减小会导致CF/SMP刚度增大,从而降低其形状固定率。此外,碳纤维体积含量和温度变化率对升温回复阶段也存在一定影响。上述研究方法和结果能对单向连续CF/SMP的设计与应用提供一定理论指导。

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

纤维增强形状记忆聚合物复合材料及其航天应用

形状记忆聚合物(SMP)是一种能够保持临时形状,并在外界刺激下自发回复到其初始形状的智能材料,具有高形状固定率、高形状回复率、转变温度可调、变形能力强、质量轻等优点,但其应用受到响应方式单一和承载能力差的限制,通过向聚合物中添加功能颗粒或增强纤维制成形状记忆聚合物复合材料(SMPC),可有效解决这一问题。首先介绍了SMP形状记忆效应的原理,然后阐述了纤维增强型SMPC有限变形过程中纤维的微屈曲行为。最后对可变形结构在航天领域的应用进行了论述。

纳米颗粒填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

为探究纳米颗粒[纳米氧化铁(NFe)、纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNT)]填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)的力学性能,对纳米颗粒质量分数分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%的纳米颗粒/GFRP材料开展了拉伸、压缩、弯曲及冲击力学性能试验,并结合扫描电镜(SEM)分析了纳米颗粒的种类及质量分数对试件力学性能的影响规律。结果表明,随着纳米颗粒质量分数的增加,试件拉伸强度均先增大后降低,纳米颗粒的良好分散性及与树脂间的黏聚力能够提升试件的拉伸强度,但过量纳米颗粒的掺入会形成积聚现象,使得试件拉伸强度降低。相较于GFRP试件,掺入纳米颗粒的质量分数为0.1%、0.2%、0.5%和1.0%时,MWCNT/GFRP抗压强度的增幅分别为25.31%、36.04%、26.84%和27.25%,弯曲强度的增幅分别为58.74%、63.21%、40.89%及43.11%,纳米颗粒的掺入使得试件抗压强度、弯曲强度、冲击强度均得到改善,颗粒种类及质量分数的不同使得试件力学性能提升效果存在差异。SEM试验结果表明,外荷载作用下纤维出现断裂、分层现象,纤维与纳米颗粒间存在的摩擦效应增强其力学性能,颗粒的积聚使得试件力学性能降低。

碳纤维增强聚合物基复合材料雷击损伤研究进展

目前航空航天飞行器使用较多的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)结构在遭遇雷击等强电磁环境时,往往表现出更严重的损伤和破坏。总结了针对CFRP雷击损伤特性开展的理论和试验研究,揭示了雷电流作用下CFRP直接损伤的形成机理,并从不同角度探讨了影响CFRP直接雷击损伤的因素。此外,对雷电冲击后的复合材料剩余强度问题进行了分析。未来继续开展CFRP直接雷击损伤研究工作时,仍需进一步考虑实际雷电环境下电流的综合影响。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

雷电流A分量作用下碳纤维增强聚合物基复合材料的损伤研究

为了分析碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)在雷电流A分量下的损伤特性,对CFRP开展了标准化人工雷电实验,并建立了CFRP雷击损伤的电-热耦合有限元仿真,对比分析了不同峰值雷电流A分量下CFRP表观损伤、C扫内部损伤和仿真损伤结果。结果表明,不同峰值电流作用下CFRP的雷击损伤模式相同,雷电通道中的电荷和复合材料各向异性热电属性共同决定了雷击损伤的分区特性;复合材料各向异性热电属性影响内部电场和温度场分布,形成方向性极强的热损伤形态,且峰值电流会直接影响CFRP雷击热损伤程度。

形状记忆聚合物复合材料的研究进展

形状记忆聚合物复合材料已成为形状记忆材料的研究热点和重点,文中针对近年来形状记忆聚合物复合材料的最新研究进行了综述。分别对颗粒增强、纤维增强和颗粒纤维混合3类增强材料制备的形状记忆聚合物复合材料的结构与性能特点进行了分析和评述;着重阐述了形状记忆聚合物复合材料形状记忆效应的机理以及影响形状记忆行为的因素;分析了形状记忆聚合物复合材料研究中存在的问题,同时对形状记忆聚合物复合材料的应用前景进行了展望。

研究人员开发出一种新型纤维素增强纤维复合材料

德国纺织和纤维研究所与项目合作伙伴CG TEC、Cordenka、ElringKlinger、FiberEngineering和Technikum Laubholz正在开发一种具有纤维素增强纤维的新型纤维复合材料(CELLUN)。该材料的基体是一种热塑性纤维素衍生物,可以用热压或拉挤等工业加工方法进行加工。CELLUN由可再生生物聚合物制成,可以在制造工业模塑部件时取代玻璃纤维或碳纤维。有机薄片越来越多地被用于快速增长的纤维复合材料轻量化结构领域。

纤维增强热塑性复合材料拉挤制品缺陷的分析

因拉挤成型工艺过程中存在诸多复杂因素,导致拉挤制品出现各种影响其力学性能和使用寿命的缺陷。通过优化纤维增强热塑性复合材料拉挤工艺等一系列措施,可有效控制拉挤制品缺陷,提高拉挤制品质量。本研究首先对纤维增强热塑性复合材料的定义、分类、特点、性能及制备工艺进行概述,其次对拉挤成型工艺的原理、设备流程、质量影响因素及应用进行探讨,并针对拉挤制品的缺陷类型、表现形式进行重点分析,探讨其形成机理及其对性能的影响,介绍缺陷检测与表征方法,最后提出基于原材料、工艺参数和设备设计优化及采用缺陷修复措施控制缺陷的方法。结果表明,在精确控制工艺参数和优化设备设计条件下,拉挤制品质量显著提高。

形状记忆基聚合物复合材料的研究进展

形状记忆聚合物是一种新型智能材料,广泛应用于医疗和航天领域。但是传统的形状记忆聚合物由于力学强度低、形变回复力小等缺点使其发展应用受到限制。主要介绍了以各种形状记忆聚合物为基体,添加增强填料来制备形状记忆聚合物复合材料,并且描述了复合材料的形状记忆效应与力学性能和填料的体积分数或质量分数之间的关系,以及形状记忆聚合物复合材料的应用领域与前景。

电致驱动巴基纸/形状记忆聚合物复合材料性能

为了研究不同质量比例石墨烯(few-layer graphene,FLG)和碳纳米纤维(carbon nanofiber,CNF)对混杂FLG/CNF巴基纸导电性能的影响,测量了FLG/CNF的质量比例由0提高至50%时巴基纸的体积电阻率,并检测了混杂FLG/CNF巴基纸的微观形态,通过实验还研究了FLG/CNF巴基纸增强形状记忆聚合物复合材料的电致驱动效应及温度场分布情况。试验结果表明:FLG/CNF巴基纸中碳纳米纤维填充了石墨烯片层间的空隙,碳纳米纤维和石墨烯片相互搭接形成连续网络;此外,巴基纸中碳纳米纤维和石墨烯比例的变化可导致巴基纸的电阻值发生改变。巴基纸增强形状记忆聚合物复合材料在90 s时完成了形状恢复,和试样初始形状相比,试样形状约恢复了95%。

剑麻纤维增强聚合物基复合材料

剑麻是一种价廉质轻、具有高比强度和比模量的天然纤维 ,可用作聚合物复合材料的增强材料。本文作者总结了近年来剑麻 /聚合物复合材料的研究进展 ,介绍了剑麻的结构与性能、表面改性方法及其复合材料力学性能的影响因素等 。

纤维增强聚合物基复合材料的低温性能

对纤维增强聚合物基复合材料在低温领域的实际应用进行了分类介绍,通过对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能、性能影响因素和作用机理、低温应用安全性等方面的研究工作进行总结,突出各类纤维增强聚合物基复合材料低温下的性能优势,阐明了材料性能的不足之处及相应改进措施。对于实际低温应用中纤维增强聚合物基复合材料的选择、性能设计优化,系统安全性的增强提供了参考作用。

纤维增强聚合物基复合材料低速冲击研究进展

综述了连续纤维增强聚合物基复合材料的低速冲击响应研究进展。讨论了测试方法及相关影响参数,例如冲头的形状、冲击速率对复合材料冲击的影响;介绍了冲击损伤的类型,进一步描述了层压板结构参数(如层合板厚度,铺层和缝纫)、复合材料组分材料性能(如纤维,树脂和纤维/树脂界面)以及预应力、环境条件等的影响;提出了纤维增强聚合物基复合材料冲击响应研究今后的发展方向。

纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展

本文较系统的综述了国内外增强树脂用玻璃纤维、碳纤维及芳纶纤维表面处理的方法,对各种改性技术的特点进行了评述,并指出了其进一步的发展趋势。

纤维增强聚合物基复合材料阻尼性能的研究进展

纤维增强树脂基复合材料越来越广泛地应用于航空航天、风机叶片等高科技领域。对这一先进材料的阻尼性能进行分析、预报和优化设计,从而实现对结构振动、冲击、噪声和疲劳破坏的有效控制,日益受到从事复合材料研究和开发的科技工作者的关注和重视。本文对纤维增强树脂基复合材料阻尼研究的进展情况进行了综述,分为复合材料阻尼机理、复合材料阻尼性能的研究现状、界面对复合材料阻尼的影响等三个方面的内容,最后对该领域研究工作进行了展望。