建筑用碳纤维-金属网复合材料的力学性能研究

用热固性环氧斜纹编织预浸料、不锈钢丝网、铝合金丝网分别制备纯碳纤维板试样、碳纤维—不锈钢丝网复合材料、碳纤维—铝合金丝网复合材料。测试3种复合材料的抗折强度、抗压强度、抗冲击性能及经腐蚀后的力学性能。结果表明:纯碳纤维板的抗折强度、抗压强度均处于最低水平;经质量分数为5%的NaCl溶液腐蚀后力学性能均不同程度下降;经过金属网增强后的复合材料力学性能明显增强,其中,加入不锈钢丝网的复合材料具有较高的抗折强度、抗压强度、抗冲击性能。综上可知,碳纤维-不锈钢丝网复合材料的力学性能更佳。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

脉冲激光改性碳纤维复合材料及其金属化研究

目的选择性地实现碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)表面良好的导电性,满足它在共形天线上的应用。方法采用波长为1064 nm的纳秒脉冲激光器对惰性极高的CFRP表面进行表面改性处理,并结合化学镀铜技术,制备激光改性碳纤维复合材料表面金属层。利用扫描电镜、X射线光电子能谱仪对改性后的材料表面进行表征,利用焊点拉脱方法表征金属层结合力。结果研究表明,激光能量密度越高,则CFRP基材表面树脂被去除得越多;激光搭接率越大,则碳纤维束表面越粗糙;在适当的激光能量密度(60 J/cm^(2))和横/纵向搭接率(50%)下,会产生大量的极性化学基团。当激光能量密度为10~100 J/cm^(2)、激光搭接率为0%时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.57~3.16 MPa,且激光能量密度与镀层结合强度呈正相关。当激光能量密度为60 J/cm^(2)、激光搭接率为−100%~90%时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.19~3.24 MPa,且激光搭接率与镀层结合强度呈正相关。结论脉冲红外纳秒激光在一定能量密度和搭接率的条件下,可改变碳纤维表面形貌、化学成分,实现金属层的制备。

碳纤维复合材料与金属间的电偶腐蚀行为

通过电化学测试研究了碳纤维复合材料与不锈钢、钛合金和铝合金偶对在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电偶腐蚀行为,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了长周期电偶腐蚀后金属表面形貌及腐蚀产物的物相组成,并根据腐蚀失重法测定了电偶腐蚀速率。结果表明:316L和1Cr18Ni9Ti不锈钢、TC4钛合金与碳纤维复合材料间电偶腐蚀效应较弱,腐蚀速率较小,耐腐蚀等级均为1级,基本可以与碳基复合材料直接接触;5A06和2A12铝合金与碳纤维复合材料直接接触时,除自腐蚀外,电偶腐蚀效应显著,耐腐蚀等级均为8级,2A12铝合金的电偶腐蚀最严重,采取相应的防护措施后,腐蚀深度明显减小。

不同抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料抛光表面粗糙度影响分析

为了研究在磁流变胶抛光中,抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料表面加工质量的影响规律,采用磁流变胶抛光方法,对材料表面进行抛光。研究磁极分布方式、加工间隙和磁极转速对材料表面形貌和表面粗糙度的影响规律。结果表明,磁极分布方式影响待加工表面的磁场分布强度,进而影响表面加工质量。随着加工间隙增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在加工间隙为2 mm处得到最优表面质量。随着磁极转速增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在磁极转速达到800 r/min时得到最优表面质量。

碳材料/钙钛矿型复合氧化物双功能催化剂在金属-空气电池中应用研究进展

金属-空气电池具有能量密度高、安全性能好、成本低、无污染等优点,是一种很有前途的化学能源存储与转化器件,但其氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的动力学缓慢,且依赖于昂贵的贵金属催化剂(例如:Pt或Ir),这都阻碍了其可持续商业化的发展进程。钙钛矿型氧化物因其高的固有催化活性、丰富的种类、低成本和丰富的资源,近年来受到越来越多的关注,并有望成为替代贵金属催化剂的高效ORR和OER催化剂。由于钙钛矿氧化物的固有导电性较低,一般认为需要导电碳来增强钙钛矿电极内部的电子导电性,使钙钛矿的利用率最大化。综述了溶胶凝胶法、化学气相沉淀、水热法、静电纺丝法等碳材料负载钙钛矿型双功能催化剂的制备方法,总结了各制备方法的优缺点。阐述了钙钛矿/碳复合材料双功能催化剂在常见的三种金属-空气电池中的应用研究进展,提出了基于钙钛矿/碳复合材料的高效氧催化剂的合成和发展面临的挑战和未来的方向。

船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构设计与验证

根据多晶莫来石纤维、金属碰钉和碳纤维双轴向织物的材料特性,进行船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构设计。在完成材料选择和试样制备后,对设计的船用碳纤维夹芯复合材料防火隔热结构进行耐火试验验证。试验结果表明,试样的完整性和隔热性均合格。

连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料拉板的制备与性能研究

采用连续碳纤维增强聚酰胺6预浸料通过缠绕-模压成型工艺制备复合材料拉板。采用自制的拉伸工装对复合材料拉板的拉伸性能进行评测,研究其破坏形式及失效机制。研究发现,增加模压成型压力可以减少复合材料中的孔隙,使孔隙缩小,减少内部缺陷,使结构更致密,提高拉板的拉伸强度。未加套环拉板拉伸破坏位置在其端部,外层纤维被拉塌劈裂,只有内层纤维一直起作用直至被拉断,拉伸强度较低。加套环拉板拉伸破坏位置是在侧面靠近轴套位置,纤维是拉断破坏,断裂截面比较平齐;整个拉伸过程中,套环的横向约束使所有纤维都能够很好地发挥抗拉作用,使其具有较高的拉伸强度。

碳纤维增强金属基复合材料的研究进展

从界面调控和制备方法两方面综述了碳纤维增强金属基复合材料的研究进展,前者包括碳纤维表面改性和金属基体合金化,后者除了粉末冶金、扩散粘结、搅拌铸造、挤压铸造、真空压力浸渗等传统方法外,还涉及增材制造技术在此领域的应用。基于平面流动铸造法,笔者提出了采用流铸印刷法制备金属基复合材料的新技术,并介绍了一些试验结果。此外,还对碳纤维增强金属基复合材料的发展提出了建议。

钴镍金属氧化物碳纳米纤维复合材料的制备及其电化学性能研究

采用静电纺丝的方法制备了钴镍比分别为2∶1、1∶1、1∶2的镍钴金属氧化物碳纳米纤维复合材料,通过XRD表征了3种复合材料的晶体结构、材料形貌,并通过SEM和能谱图分析了其组分,最后对材料进行了析氧反应电化学性能的研究。结果表明:钴镍比为2∶1时得到的复合材料作为析氧阳极催化剂的催化活性及稳定性最好。

热-机载荷作用下玻/碳纤维混杂复合材料层合板的屈曲分析

本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲特性的影响。结果表明:在20~120℃环境条件下,温度对G/CFHC层合板影响较大,随着温度的升高,层合板的屈曲载荷不断下降,在达到一定温度后,屈曲载荷的下降趋势趋于平缓;在铺层角度相同的前提下,屈曲载荷会随着碳纤维单层板位置的变化而发生变化,碳纤维单层板从外层逐渐向中间层移动的过程中,屈曲载荷呈降低趋势;铺层厚度对层合板的屈曲载荷影响很大,随着层合板厚度的增加,屈曲载荷呈现出持续上升的趋势。此外,纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲载荷有显著影响。在层合板厚度和层数一定时,增加碳纤维单层板的数量可以有效提高G/CFHC层合板的抗屈曲能力,增加其稳定性。

碳纤维-手撕钢复合材料的力学性能及除冰功能

碳纤维增强复合材料因其轻质高强等优异特性,在轨道交通、航空航天等领域具有重要作用。然而,作为高空飞行器表面结构材料,碳纤维复合材料在低温环境中存在力学性能衰减和结冰等问题,严重影响了其服役安全性。以单向碳纤维预浸料和不锈钢超薄带即手撕钢为原材料,采用铺层固化的方法,设计了不同裁剪形状的手撕钢与碳纤维铺层的“碳纤维-手撕钢”复合材料,并对其在电流驱动下的力学性能和除冰功能进行研究。研究表明,手撕钢不仅能够改善复合材料内部的应力分布,提升力学性能,而且由于手撕钢的电流致热效应,能够实现复合材料的温度调控,从而进一步改善材料的强度和吸能特性。此外,手撕钢的裁剪宽度对于调控电流通路及其致热效应具有重要影响,是优化材料力学性能和除冰功能的关键因素。研究结果对于“碳纤维-手撕钢”复合材料的力学设计和电流驱动除冰功能实现具有一定的指导意义,并有望在航天航空等领域得到重要应用。

碳纤维复合材料胶铆接头静态拉伸和循环拉伸失效行为

对碳纤维复合材料(CFRP)的胶接、铆接、胶铆混合接头进行静态拉伸和循环拉伸疲劳实验,对3类接头的连接强度及失效行为进行分析,预测该接头达到106循环次数时的载荷水平。对胶铆接头中胶接和铆接的贡献进行讨论,分析拉-拉疲劳失效过程中CFRP层合板、胶层、铆钉的相互作用。对3类接头在静态拉伸和循环拉伸下的失效机制进行了总结,提出3种改善铆接强度的方案。结果表明:胶接对胶铆混合接头强度起决定性作用,铆接对接头起到“二次保护”的作用;所研究的CFRP胶铆混合接头,在80%、65%、55%、45%静态最大载荷水平下的疲劳寿命分别为8 174、22 568、95 014、331 916次。在37.1%的载荷水平下该接头的拉-拉疲劳寿命可达106次;铆钉孔的开裂是CFRP铆接及胶铆混合接头的主要失效形式,在铆出侧增加垫片与在铆钉孔表面涂敷结构胶2种方法可提高铆接强度30%左右。

碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展

碳纤维-聚醚醚酮(carbon fiber-polyetheretherketone,CF-PEEK)因生物安全性、射线可穿透性、与皮质骨弹性模量的高匹配度等诸多优异性能,而被认为是骨科及牙科领域极具潜力的植入材料。如何增强CF-PEEK的生物活性和抗菌性,提高其与骨组织的结合能力,是CF-PEEK表面改性中的研究热问题。本文就碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展及应用前景进行综述。

图书馆碳纤维书架用复合材料设计及性能测试分析

为了提升图书馆碳纤维书架的综合力学性能,设计了不同结构的碳纤维增强金属层压板,对比分析了单一添加玻璃微珠(GB)、纳米碳酸钙对Al/CF/PA6复合材料弯曲强度、剪切强度和冲击强度的影响,并对断口形貌和复合添加玻璃微珠进行了观察。结果表明:在Al/CF/PA6加入GB或者纳米碳酸钙都会提升复合材料的弯曲强度、剪切强度和冲击强度,且纳米碳酸钙对复合材料弯曲强度、剪切强度和冲击强度的提升效果优于GB。对比分析还发现,复合添加GB和纳米碳酸钙后复合材料的弯曲强度、剪切强度和冲击强度会高于单一添加GB或者纳米碳酸钙。

金属化纤维电磁防护复合材料电磁仿真及性能研究

本文以镀镍碳纤维作为主要增强材料,利用TexGen软件进行织物多维结构建模;采用时域有限积分法(FITD)仿真电磁波在织物结构中的传播效应,对金属化纤维电磁防护复合材料的屏蔽效能进行了电磁仿真。用热压罐成型工艺制备了一类金属化纤维电磁防护复合材料,对该材料的屏蔽效能(频段:30 MHz~10 GHz)进行了实测。对仿真结果和实测结果进行分析对比,发现两者较为吻合,表明该电磁仿真技术可以有效地对电磁防护复合材料的电磁屏蔽性能进行预判。

锂碳复合材料研究进展

金属锂具有较高的理论比容量和较低的密度,将其作为负极材料,电池将获得较高的能量密度。然而,在实际应用中受不可控的锂枝晶、非活性锂的形成和积累、锂的体积膨胀及不稳定的固体电解质膜等因素的影响,限制了金属锂的商业化应用。将金属锂与碳材料复合制备锂碳材料可有效缓解上述问题。锂碳复合材料包括锂-石墨烯复合材料、锂-石墨复合材料、锂-碳纤维复合材料和锂-碳纳米管复合材料等。分类介绍了锂碳复合材料及其制备方法和电化学性能,并指出每类锂碳复合材料的优势和存在的问题,最后展望了未来锂碳材料的发展方向。

金属化纤维电磁防护复合材料拉伸强度及失效研究

本文以镀镍碳纤维作为主要增强材料;基于经典层合板理论进行了材料建模和性能参数设定,采用Hashin准则作为材料的失效行为判据,对该材料的拉伸强度进行了数值计算。用热压罐成型工艺制备了金属化纤维电磁防护复合材料,对该材料的室温拉伸强度性能进行了实测。对数值计算结果和实测结果进行分析对比,发现两者较为吻合,实现对电磁防护复合材料的力学和失效性能进行有效预判,从而缩短产品的结构力学设计周期。

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.

基于熔体静电纺丝技术制备一种金属-有机骨架复合材料的方法

高性能金属-有机骨架(MOFs)复合材料是目前研究热点。文中首次采用熔体静电纺丝法制备了低密度聚乙烯(LDPE)纤维作为沉积MOFs晶体的衬底,并采用溶剂热合成法原位制备了负载锆基金属-有机骨架材料(UiO-66)的LDPE纤维复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)和热重分析(TG),对UiO-66@PE纤维复合材料的表面形貌和结构进行了表征。结果表明,UiO-66@PE复合纤维材料最佳制备温度是100℃,它是由UiO-66包裹的纤维态复合材料,且晶体较均匀负载于LDPE纤维表面,UiO-66晶体直径为190~900 nm;FT-IR分析表明UiO-66晶体与LDPE纤维之间没有化学作用;TG分析结果表明,相比基材LDPE,UiO-66@PE复合材料的热分解温度有所提高,能够达到425℃。