聚乳酸/碳纤维复合梯度材料在FPSO碰撞中力学性能研究

采用聚乳酸(PLA)/碳纤维复合梯度材料对FPSO舷侧立管的防护结构进行优化设计,从防护结构、立管结构和舷侧结构的损伤变形、碰撞力和吸能特性等方面验证其防护效果。研究表明:4种不同PLA/碳纤维分布方式的防护结构较低碳钢防护结构的防撞能力有较大提升;PLA/碳纤维质量分数的分布方式不同,其结构强度、应力传播和吸能特性均不尽相同,其中X型PLA/碳纤维的防护结构防撞性能相对最好,具有一定的工程应用价值。

废纸纤维改性聚乳酸复合材料性能研究——以应用于运动鞋领域为例

聚乳酸纤维材料是一种兼具优异环保性和物理性能的新型复合材料。为探究聚乳酸纤维材料在运动鞋领域中的应用可行性,借助废纸纤维对一般聚乳酸纤维材料进行了改性,借助发泡机、注塑机、鞋底成型机等设备制备了一种废纸改性聚乳酸复合材料运动鞋鞋底,对该鞋底的综合性能进行试验分析。结果表明:与传统的运动鞋鞋底材料相比,废纸纤维改性聚乳酸复合材料鞋底在力学性能、环保性能等方面具有显著优势,在减震方面优势不明显。

废纸纤维聚乳酸复合材料的制备及性能研究——以应用于极简跑鞋加工领域为例

为解决现有聚乳酸复合材料应用于极简跑鞋加工领域时存在的韧性不足、脆性大等问题,借助废纸纤维对聚乳酸复合材料进行了共混加工,对影响废纸纤维聚乳酸复合材料性能的因素如废纸纤维的打浆时间及其掺量等进行分析。结果表明:当废纸纤维打浆时间为30min,废纸纤维掺量为25.0%时,废纸纤维改性后的聚乳酸复合材料拉伸强度、弯曲强度分别达到了24.3MPa、44.4MPa,与一般聚乳酸复合材料相比更适合应用于极简跑鞋等的加工环节。

功能型植物纤维增强聚乳酸复合材料研究进展

天然植物纤维增强聚乳酸复合材料具有天然环保、可生物降解、力学性能较好等特点,已经成为极具发展潜力的“绿色材料”。功能型植物纤维增强聚乳酸复合材料的研发对于提升复合材料附加值、拓宽应用领域具有重要意义。因此,综述了植物纤维增强聚乳酸复合材料在阻燃、耐候、隔音、保温隔热、抗菌、色彩以及抗静电等领域的研究现状和进展,分析了阻燃剂、抗老化剂、保温剂、抗菌剂、颜料以及导电填物等功能型助剂选择、内在功能性机理解析、产业化技术研发以及产品功能多样性等方面存在的问题,并展望了该领域的发展趋势,以期为进一步推动功能型植物纤维增强聚乳酸复合材料的研发提供科学依据。

竹质纤维形态对聚乳酸基竹塑复合材料性能的影响

为高值化利用竹材加工剩余物资源,以聚乳酸(PLA)为基体,竹粉纤维(BF)、竹屑纤维(BS)、竹原纤维(BN)与竹浆纤维(BP)为填料,采用密炼-注塑工艺制备了四种竹塑复合材料,研究了竹质纤维种类对其结构与性能的影响。研究结果显示,BP与BN纤维长径比更大,BS中颗粒形态较多,BF与BS质地较刚硬。BF、BN与PLA共混熔体的混炼扭矩更大,PLA/BP复合材料吸水率最大。BF,BS,BN与PLA的界面相容性较好,其添加改善了复合材料的力学性能,而BP添加降低了复合材料的力学性能。与PLA相比,在纤维质量分数为30%时,PLA/BF,PLA/BS与PLA/BN复合材料拉伸强度分别提高了17.85%,13.6%,11.89%,冲击强度分别提高24.33%,18.70%,35.57%,弯曲强度分别提高19.45%,21.45%,4.99%。PLA/BF复合材料的综合力学性能最优,其次为PLA/BS复合材料,PLA/BP复合材料最差。研究可为竹塑复合材料的开发与应用提供有益参考。

木纤维添加量对木纤维/聚乳酸复合材料性能影响

通过共混熔融挤出、注塑成型制备杨木纤维(wood fiber,WF)/聚乳酸(poly lactic acid,PLA)(WF/PLA)复合材料,探究不同木纤维添加量(1%、5%、10%、20%)对复合材料性能的影响。结果显示:随着木纤维添加量的增加,其与聚乳酸界面的相容性变差,复合材料的疏水性、拉伸和弯曲强度下降,拉伸和弯曲模量增加;在木纤维的添加量为1%时,复合材料的热稳定性较好;缺口冲击强度和断裂伸长率相比纯聚乳酸分别提高了45.9%和13.2%。堆肥降解实验表明,添加20%木纤维的复合材料在第8个月的质量损失率达到55.7%,复合材料中聚乳酸基体的重均和数均分子量分别降低至80和40 kDa,有助于复合材料降解。研究为聚乳酸性能优化提供一定的理论基础和技术支撑,有助于拓展天然植物纤维/聚乳酸复合材料在包装和农业生产等领域的应用。

国内有关植物纤维/聚乳酸复合材料在3D打印领域应用的研究

聚乳酸(PLA)是一种新型绿色友好材料,是熔融沉积(FDM)3D打印成型技术中使用最多的原材料之一,但价格较高、耐热性差、韧性差等缺陷在一定程度上制约了它在3D打印领域的应用与发展。为克服此不足,国内学者开展了大量的植物纤维与PLA复合并将其应用于FDM 3D打印领域的研究。对此方面的研究进展进行综述,并对植物纤维/PLA复合材料在3D打印领域的未来进行了展望。

碳纤维增强聚乳酸(C/PLA)复合材料的力学性能(I)

对新型骨折内固定材料碳纤维增强聚乳酸 ( C/PLA)复合材料的力学性能进行了评价。重点研究了纤维体积分数 ( Vf)和硝酸表面处理对 C/PL A复合材料力学性能的影响规律。研究表明 ,随着 Vf的增加 ,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和剪切强度均先增加 ,达峰值后又减小。硝酸表面处理可明显提高复合材料的界面结合强度 ,从而使其力学性能明显提高。

碳纤维增强聚乳酸复合材料体外降解特性

制备了碳纤维增强聚乳酸(C/PLA)骨折内固定复合材料, 研究了体外降解过程中其力学性能的变化。结果表明: 在体外降解过程中, C/PLA复合材料的各项力学性能均有不同程度的下降, 但经过硝酸处理后的C/PLA复合材料降解速度缓慢, 表明界面结合强度的提高对降解过程起抑制作用。

碳酸钙对聚乳酸/酯化纤维素复合材料性能的影响

采用熔融共混工艺制备了聚乳酸(PLA)/酯化纤维素/CaCO3复合材料,通过力学性能测试、热重分析、凝胶渗透色谱和红外光谱分析,研究了CaCO3对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果表明:CaCO3能够与酯化纤维素相互作用,并在一定程度上改善复合材料的力学性能,提高复合材料的热稳定性,减缓PLA的热降解。

碳纤维/聚乳酸/壳聚糖三元多孔复合支架材料的制备及评价

利用溶液共混法以及冷冻干燥法制备了多孔碳纤维／聚乳酸／壳聚糖（CF／PLA／CS）三元复合生物材料，通过扫描电子显微镜（SEM）观察了其表面形貌特征，并对其细胞相容性进行了评价。实验结果表明，利用上述复合方法制备的三维多孔材料的孔径为20-500μm，孔分布均匀，孔与孔之间相互连通；碳纤维的分散、冷冻干燥温度对材料结构影响较大，随冷冻温度的降低，支架的孔隙变小、变规则，内部结构趋向均一，孔隙率有所降低；该材料与细胞具有较好的相容性，符合组织支架材料的基本要求。

碳纤维增强聚乳酸复合材料的研究进展

介绍了以碳纤维为增强纤维、聚乳酸为基体,采取相应的加工工艺制备出碳纤维增强聚乳酸复合材料的种类与制备工艺,研究了该复合材料的相关性能,发现该材料与聚乳酸材料相比力学性能、抗冲击性能得到了明显改善,有一定的降解性,并且生物相容性良好,适合于开发骨折内固定材料、骨修复材料等。概述了碳纤维增强聚乳酸复合材料在工业化生产及应用中存在的主要问题,并对今后的应用研究进行了展望。

脉冲电磁场参数对碳纤维增强聚乳酸复合材料体外降解性能的影响

碳纤维增强聚乳酸(C/PLA)复合材料是较为理想的可降解骨折内固定材料。文中研究了不同脉冲电磁场(PEF)参数作用下C/PLA的体外降解特性。结果表明,改变脉冲电磁场的电压和频率,对C/PLA降解过程中的吸水率、质量保持率以及力学性能具有较大影响,并主要影响界面降解;模型分析指出,PEF电压和频率改变了C/PLA降解过程的H+、OH-等离子的运动轨迹,进而影响界面处高浓度离子聚集区的分布。在PEF设备固定情况下,调整电压和频率可有效控制C/PLA的体外降解过程。

聚乳酸/碳纤维复合材料的制备及性能研究

以双螺杆挤出机制备出的短碳纤维为增韧材料,以聚乳酸为基体,制备出一种新型的聚乳酸/碳纤维复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱、力学性能测试等手段,考察碳纤维含量对复合材料性能的影响。结果表明:加入碳纤维后,改变了复合材料的力学性能及耐热性,耐热性随短碳纤维含量的增大而提高,冲击强度呈现先增大后减小的趋势,碳纤维含量为5wt%左右时,复合材料的综合性能最佳。

回收型碳纤维/聚丙烯纤维毡的制备及其模压成型复合材料性能研究

以回收碳纤维(Recycle Carbon Fiber,RCF)和聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维为原料,通过非织造工艺制备为RCF/PP纤维毡,再通过热压成型将其制备为RCF/PP复合材料,探究非织造工艺参数以及模压成型参数,并对材料性能进行了研究。结果表明:针刺工艺采用15 pin/cm2的针刺密度和10 mm的针刺深度;热黏合工艺采用130~180 N/cm2的压力和160~180℃的温度。针刺固结的复合材料在190℃、6 MPa的条件下热压成型;热黏合固结的复合材料在177~180℃、7 MPa的条件下热压成型。针刺毡CD方向的拉伸性能相较于PD方向性能提高77.8%,热黏合毡CD方向的拉伸性能相较于PD方向性能提高59.3%,RCF/PP复合材料具有一定程度的各向异性。

含缺陷管道碳纤维复合材料补强数值模拟研究

当代石油、天然气等能源的主要运输方式为管道运输,管道在长期使用时会产生各种缺陷,这些缺陷将对管道的结构和强度产生影响。目前先进的管道修复技术为复合材料补强技术,其中碳纤维复合材料是较优的选择。为了测试有/无碳纤维补强管道缺陷处的效果,开展了不同层数碳纤维复合材料的拉伸实验研究,结合ANSYS数值模拟探究了修复前后不同缺陷管道在承载时的应力、应变分布,分析了修复补强效果的影响因素。结果表明:缺陷减薄厚度对管道的应力、应变状态影响较大,碳纤维复合材料修复技术能在减小管道缺陷处应力、应变的同时优化其应力、应变分布,可以通过增加碳纤维修复层数来提升修复效果,相关研究对于管道的修复补强有一定指导意义。

楔块耦合的碳纤维增强复合材料褶皱缺陷全聚焦成像

褶皱是碳纤维增强复合材料中最主要的缺陷类型之一,当使用超声相控阵对复合材料薄板进行检测时,由于采集系统非线性效应和电子串扰等干扰会引发盲区现象,掩盖了薄板内的褶皱信息。为削弱盲区影响,考虑在相控阵与复合材料薄板(小于10 mm)之间增加楔块,提出楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法。基于费马原理与斯涅耳定律,建立楔块耦合的多层介质超声波传播模型;制备含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样,搭建超声相控阵数据采集系统,采集全矩阵数据;将楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法和传统全聚焦方法的成像效果进行对比。结果表明,基于楔块耦合的最短路径射线追踪全聚焦方法能减小试样表面盲区深度,修正声时偏差,削弱盲区影响,恢复出试样内的褶皱缺陷。相比传统全聚焦方法,纤维褶皱长度、褶皱顶部高度、褶皱角度这3个参数表征的精准程度分别提高了5.9%、4.1%、4.2%。该文为碳纤维增强复合材料薄板褶皱缺陷的检测提供了新思路。

改进型密集阵列全聚焦成像算法的碳纤维复合材料板损伤定位研究

本文针对各向异性碳纤维复合材料板的损伤定位问题,提出改进型密集阵列全聚焦成像方法。首先,考虑碳纤维复合材料板的各向异性,通过实验分析超声导波在板中的传播特性,得到沿不同传播方向的群速度值。其次,对密集型传感器阵列的参数进行分析和优化研究,分别对不同阵列参数即阵元间距和阵元数量进行指向性函数的数值分析,优化阵列的参数,以保证阵列主瓣较窄、旁瓣较低且无栅瓣。然后,提出了一种考虑碳纤维复合材料板各向异性的改进型密集传感器阵列板结构缺陷定位算法。使用超声导波在碳纤维复合材料板中沿不同传播方向的群速度值,对全聚焦算法进行修正,并利用虚拟聚焦原理对板结构进行全聚焦成像。最后,通过布置碳纤维复合材料孔洞损伤实验,对基于密集阵列全聚焦成像方法的定位精度进行分析。实验结果表明,改进型密集阵列全聚焦成像算法的定位精度为1.00 mm,相较于使用单一群速度值,该方法在定位孔洞损伤缺陷时具有更高的精度。

气相生长碳纤维/聚酰胺6纳米纤维增强聚乳酸复合材料

研究了气相生长碳纤维(VGCF)的表面功能化处理及其在聚合物中的分散性。通过静电纺丝,制备了不同VGCF含量的聚酰胺6(PA6)纳米纤维毡,并以VGCF/PA6纳米纤维增强聚乳酸(PLA)得到复合材料。研究发现,经过混酸处理的VGCF水溶液,在加入聚合物前后各用超声波处理1 h,VGCF的分散性较好;表面活性剂处理VGCF,明显提高了其在聚合物溶液中的分散效果。在PA6/甲酸溶液中加入VGCF后,纤维毡的力学性能增强,在纺丝液中VGCF质量分数为0.03%时,断裂强度达到最大值(14.68 MPa)。随着VGCF/PA6纳米纤维含量的增加,复合材料的断裂强度先增大后减小,并在VGCF/PA6质量分数为7.39%时达到峰值(25.80 MPa)。

阵列式碳纤维复合材料的制备与微波吸收机理研究

以碳纤维为代表的碳材料具有质轻、导电性好、化学稳定性强等突出的物理化学性质,将其作为吸波剂使用可以提升材料的吸波性能、使用寿命并有效降低重量。通过“电场取向优化+基体灌封固化”的工艺完成了不同组分阵列式碳纤维复合材料的制备,采用SEM、FT-IR等手段对材料的形貌和化学成分进行表征,利用矢量网络分析仪对材料在2~18 GHz频段内的复介电常数和复磁导率进行表征,分析了微观结构对材料电磁参数、界面阻抗匹配及电磁波吸收性能的影响规律,最后研究碳纤维空间排布形式、复配粉体成分对其吸波性能的影响机制。结果表明,材料的电磁损耗机制由电介质损耗、干涉相消、界面极化弛豫、磁损耗共同构成;当复合材料厚度为2.0 mm时,反射率<-10 dB(6.1~7.6 GHz),在6.5 GHz处最大衰减值为-15.2 dB,热导率达到3.2 W/(m·K);验证所制备的材料在满足电磁波吸收功能的同时还具有一定的导热性。