单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。

纳米HA/PA6复合材料的体外生物活性

研究了PA6和纳米HA/PA6复合材料在模拟体液(SBF)中的行为变化,用IR,XRD,SEM和EDS等手段对材料的表面变化进行了分析,讨论了PA6和纳米HA/PA6复合材料的稳定性、亲水性和生物活性。结果表明:在SBF中PA6的吸水率大概在6%左右,纳米HA/PA6复合材料的吸水率有少量下降,PA6和纳米HA/PA6复合材料出现一定的溶解和降解。在SBF中,PA6表面形成Ca,P化合物中的Ca/P比例为1.12,与HA的理论值1.67有一定的差别;HA/PA6复合材料在其表面形成了HA沉积物和碳酸取代的磷灰石沉积物,Ca/P逐步变化为1.67,表现出较好的生物活性。复合材料表面沉积的HA和原来合成的HA具有相近的结晶形貌,该复合材料可作为优良的骨修复填充材料和组织工程支架材料。

多孔n-HA／PA-6复合材料的制备及性能

采用注塑方法制备了多孔纳米磷灰石／聚酰胺-6（n—HA／PA-6）复合材料，采用SEM、XRD、IR、力学性能测试考察了多孔材料的性能。结果发现：多孔纳米磷灰石／聚酰胺-6复合材料的孔隙分布均匀，贯通性良好，孔的尺寸约为100～700μm，平均孔径约300～500μm，大孔壁上有丰富的微孔；所得多孔复合材料的孔隙率可控，总孔隙率最高可达88．6％；多孔材料的总孔隙率降低，则开孔率随之降低；多孔纳米磷灰石／聚酰胺-6复合材料的抗压强度为1．1～15．6MPa，压缩模量为0．4～1．4GPa；在总孔隙率相近的条件下，多孔材料的抗压强度随n—HA质量分数增加而升高；发泡剂和发泡过程对组成纳米磷灰石／聚酰胺-6复合材料的两组元材料的性质和结构无影响。这种多孔材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。

PP/PA6复合材料力学性能的研究

研究了PA6用量对PP、PP/SiO2拉伸强度的影响以及不同相容剂PP-g-MAH、POE-g-MAH对PP/PA6共混体系力学性能、相容性和结构的影响。通过力学性能测试、DSC热分析和SEM观察,研究了复合材料的性能。研究结果表明:PA6的加入可以提高PP、PP/SiO2体系的拉伸强度;两种相容剂的加入都可使PP/PA6体系的相容性增加,但PP-g-MAH的加入主要表现为增强效果,而PP-g-MAH的加入主要表现为增韧效果。

MCA与MH阻燃PA-6复合材料性能研究

分别以三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)和氢氧化镁(MH)为阻燃剂制备了聚酰胺6(PA-6)阻燃复合材料,研究和对比了MCA和MH对复合材料的阻燃性能、力学性能影响。结果表明,当MCA和MH用量同为20份时,PA-6/MCA复合材料的极限氧指数(LOI)达到30.5%,而PA-6/MH复合材料的LOI仅为23.5%,说明MCA的阻燃效率比MH高。同时,PA-6/MCA复合材料的拉伸强度为66.8 MPa,是PA-6/MH复合材料的1.14倍。熔体流动速率PA6/MCA复合材料熔体流动速率达74 g/10min,是PA-6/MH复合材料的4.9倍。

高钨含量尼龙6复合材料X射线屏蔽性能研究

利用计算机断层扫描(CT)仪对高钨含量尼龙6复合材料的Χ射线屏蔽性能进行了研究。结果表明:该尼龙6复合材料对Χ射线屏蔽性能随密度、厚度增大而提高,同时遵守朗伯-比耳定律;密度为10.3 g/cm3的尼龙6复合材料具有与铅近似的屏蔽效果。

挤出工艺对PA6/PA66复合材料性能的影响

利用正交试验设计不同实验，用同向双螺杆挤出机制备尼龙（PA）6／PA66复合材料，研究了挤出温度、螺杆转速及产量等工艺参数对复合材料力学性能的影响；对复合材料的冲击断面进行了扫描电子显微镜分析，用光学显微镜观察了复合材料燃烧残留物中玻纤的长度和分布情况。当挤出温度为265℃、螺杆转速为520r／min、产量为520kg／h时，制备的复合材料的力学性能最好，其拉伸强度为156．8MPa，弯曲强度为221MPa，冲击强度为92．1kJ／m^2。基体树脂对玻纤的浸渍效果较好，玻纤长度为0．4～0．6mm，且分布较均匀。

蒙脱土对无卤阻燃PP/PA6复合材料的影响

将PA6、PP、阻燃剂、蒙脱土通过直接熔融共混制备无卤阻燃PP/PA6复合材料。通过水平燃烧、热重分析、氧指数、力学性能测试了蒙脱土在复合材料中的含量对PP/PA6复合材料性能的影响。结果表明,随着蒙脱土在复合材料中含量的增大,其阻燃性能和力学性能都得到了提高,当蒙脱土用量为2phr时,复合材料的综合性能达到最佳。

α-Fe2O3/Bi2WO6复合材料的制备及光催化降解印染废水研究

通过水热法制备Bi2WO6、热分解法制备α-Fe2O3,并利用机械混合的方式获得α-Fe2O3/Bi2WO6复合材料。利用XRD、UV-Vis、BET、SEM、XPS对样品进行表征,相比Bi2WO6,α-Fe2O3/Bi2WO6复合结构在可见光区域的吸收带变宽。在α-Fe2O3/Bi2WO6+H2O2光催化系统中,紫外光照射30 min MO完全降解;模拟太阳光照射60 min MO降解率达到85%,高于单独的Bi2WO6和α-Fe2O3。优良的光催化活性是由于光生电子从α-Fe2O3的导带迁移到Bi2WO6的导带,有效避免了光生电子-空穴的复合,从而提升了光催化效率;在α-Fe2O3/Bi2WO6+H2O2系统中,H2O2作为电子受体,H2O作为空穴受体,能够产生更多的羟基自由基,促进MO降解。

硼酸镁晶须的扩试及增强尼龙-6复合材料机械性能的研究

本文对硼酸晶须增强尼龙-6复合材料的机械性能进行了研究。XRD和XPS分析结果表明:制备的产品为单一相硼酸镁,无杂质存在;SEM显微图像分析表明制备的晶须形貌规整,长径比大于10;增强尼龙-6试验结果表明:在本试验研究范围内,KH550是最佳偶联剂,经过KH550修饰的硼酸镁晶须增强尼龙-6复合材料的拉伸强度和弯曲强度随着硼酸镁晶须添加量的增加而增大。

煤熔渣对SiC-CA6复合材料的侵蚀机制分析

采用静态坩埚法,在埋碳气氛中对SiC-CA6复合材料进行了1 500℃保温3 h的抗煤熔渣侵蚀试验,通过XRD、SEM、EDS等分析了煤熔渣对SiC-CA6复合材料的侵蚀机制。结果表明:1)在还原气氛下,SiC-CA6复合材料中未发现明显的侵蚀层,形成的渗透层较薄且比较致密,表明Si C-CA6复合材料具有较好的抗煤熔渣性能。2)煤熔渣对Si C-CA6复合材料的侵蚀主要包括渣层界面处的Si C颗粒被渣中的铁氧化物氧化,以及基质中的CA6与渣中的SiO2、Al2O3、CaO反应生成CAS2。CAS2溶入渣中使得界面处局部区域内的熔煤渣黏度增大,抑制了熔渣向材料内部的进一步渗透。

烧成温度对SiC-CA6复合材料性能的影响

为开发煤气化炉用无铬耐火材料,以SiC颗粒(2.5~1.43、1.43~0.5、≤0.5 mm)为骨料,CA 6细粉为基质,制备了SiC-CA 6复合材料坯体,在埋碳气氛下分别于1300、1400、1500、1550、1600、1650℃保温3 h。对烧后试样的加热永久线变化率、质量变化率、显气孔率、体积密度、常温抗折强度和常温耐压强度以及显微结构进行了检测和表征。结果表明:当烧成温度低于1500℃时,烧后试样略微膨胀,试样的致密度低,强度低,且随着温度的升高,抗折强度、耐压强度缓慢增加,显气孔率略有减小;当烧成温度在1500~1600℃时,烧后试样产生一定收缩,致密度、力学强度等显著提高,且随着烧成温度的增加,烧后试样的显气孔率减小,体积密度增大,抗折强度、耐压强度急剧增大;当烧成温度高于1600℃时,烧成试样的质量明显减少,致密度下降。综合认为,1600℃是该复合材料较为理想的烧成温度。

30%碳纤维增强PA6复合材料的超声焊接-铆接复合连接工艺

该研究采用一种特殊设计的具有双凸缘结构的铆钉,制备了30%碳纤维增强PA6复合材料的超声波焊接-铆接复合连接接头,研究了焊-铆接头的宏观形貌、截面结构、失效形式、抗剪强度和剥离强度,并分析了焊-铆接头力学性能的改善机制。结果表明,超声波焊接-铆接复合连接的过程由库伦摩擦、铆钉铆入上板、铆钉铆入下板、焊合面材料熔化和凝固5个阶段组成。所制备双凸缘钉子的沟槽有效阻止了接头焊合面熔化材料的溢出,促进了铆钉与铆接板材间的机械互锁和铆钉周围焊核的形成,因此改善了焊-铆接头的抗剪强度、剥离强度和吸能性能。相对于抗剪强度,其对剥离强度的改善效果更显著。采用最佳焊铆参数下制备的焊-铆接头的抗剪强度和剥离强度较单一超声波焊接头分别提高了29.9%和39.2%。焊-铆接头的强度的改善缘于焊合面上铆钉周围形成的焊核及铆钉与铆接板材间的机械互锁的综合作用。

长玻纤填充尼龙6复合材料研究

采用熔体浸渍工艺制备长玻纤增强PA6复合材料。研究了玻纤种类、玻纤含量长度、界面改性等对复合材料力学性能及电性能的影响。试验结果表明 :在玻纤含量 35 %时 ,切粒长度 7mm ,粒径 3.5mm时 ,复合材料表现出优异的力学性能和电性能。

高阻水型聚酰胺6复合材料的阻水机理

利用双螺杆挤出机熔融共混制备了高阻水型聚酰胺6复合材料,研究了不同配比的滑石粉、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体等填料对复合材料吸水率、尺寸稳定性以及力学性能的影响,并且,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备探索了阻水机理。研究结果表明,在马来酸酐接枝聚烯烃弹性体的共同作用下,经硅烷偶联剂改性后的玻纤和滑石粉与基体界面结合效果良好,且有效降低了复合材料的吸水率,有利于改善复合材料的尺寸稳定性,提高其力学性能的保持率。在复合材料浸水168 h后,当滑石粉、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、玻纤的比例为1:1:2时,复合材料的吸水率为2.09%,比纯聚酰胺6的吸水率降低了49.6%。

粉末冶金法制备Al-SrB_6复合材料（英文）

采用粉末冶金法制备Al-SrB6复合材料。对Al-15Sr/Al-4B混合粉末进行球磨,在球磨过程中Al_4Sr颗粒充分破碎。球磨态铝合金晶粒截面表明Al_4Sr与AlB_2之间不发生反应。混合球磨粉末经高温退火后形成SrB_6。若在700℃进行退火,混合粉末需球磨1h可使SrB_6成为主要相,而若在600℃进行退火,混合粉末则需球磨2h才能使SrB_6成为主要相。提高退火温度和延长球磨时间都可以促进SrB_6相的形成,但后者对Al-SrB_6复合材料的微观组织影响更大。经600℃和700℃退火处理之前,SrB_6颗粒更细小,在铝基体中分布也更均匀。

复合涂层对玻璃纤维增强尼龙6复合材料界面性能的影响

为了获得界面性能优异的玻璃纤维增强尼龙6复合材料,利用含有聚多巴胺(PDA)和六方氮化硼(h-BN)的复合涂层对玻璃纤维进行表面改性处理,制备出玻璃纤维增强尼龙6复合材料(GF/PA6)。采用XRD、XPS、SEM、接触角测量仪对玻璃纤维晶型结构、化学结构、表面形貌和粗糙度进行表征。同时考察了h-BN的不同添加量对复合材料力学性能、热稳定性能、动态热机械性能和结晶性能的影响。结果表明:经过改性处理的玻璃纤维表面被均匀的复合涂层所覆盖,显著增加了玻璃纤维的表面粗糙度、表面活性和化学键能,大大提高了玻璃纤维与尼龙6树脂基体之间的界面啮合作用,且复合涂层的加入能够诱导PA6晶型由γ晶型转变为α晶型,h-BN含量为0.75%时的复合材料力学性能达到最高,拉伸强度达到129.8 MPa,相比改性前提高了79.2%,弯曲强度达到194.8 MPa,相比改性前提高了32.2%。储能模量达到1742 MPa,相比改性前提高了69.9%。

连续玻璃纤维和玻璃微珠共增强尼龙6复合材料的抗冲击性能

低速冲击是聚合物基复合材料在运输和服役过程中常见损伤方式,常造成复合材料结构损伤、性能降低、承载能力下降,影响使用。针对2D纤维增强聚合物基复合材料在冲击载荷作用下抗分层能力差的问题,本文采用熔融挤出结合热压成型法制备了二元和三元尼龙6(PA6)基复合材料,对比研究了连续玻璃纤维(GF)、玻璃微珠(GB)及两者共增强PA6基复合材料的摆锤冲击性能和落锤低速冲击响应。结果表明:(1)GF和GB能显著提高PA6的抗冲击性能,且GF的增强效果明显高于GB;(2)GB增强PA6基复合材料(GB/PA6)的冲击强度随GB加入量增大而先增大后降低,加入量为25wt%时冲击强度最大;冲击载荷作用下,25wt%GB/PA6的耗能机制除了界面脱粘和钉扎效应之外,还发现GB在PA6基体中的滑移耗能新机制;(3)GF和GB共增强PA6复合材料(GB-GF/PA6)中纤维起主要的增强作用,摆锤冲击实验和落锤冲击实验均证明存在协同增强效应;(4)GF和GB共增强的协同增强效应是由于共增强复合材料在冲击载荷作用下,抗Ⅱ型裂纹扩展能力提高,使复合材料抗分层能力得到强化;从而证明在基体中引入适量球形GB是提高2D纤维增强聚合物基复合材料抗低速冲击性能的一条经济和有效途径。

增材制造Ti6Al4V基复合材料研究进展

Ti6Al4V基复合材料具有高杨氏模量、高比强度、良好的耐磨性和高温耐久性等一系列优异的性能,在航空航天、汽车制造和石油化工等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,Ti6Al4V基复合材料的传统减材制造方法存在能耗高、效率低、工艺复杂、材料利用率低和后处理加工成本高等共性缺点,无法满足规模化应用的需要。在此情况下,增材制造(additive manufacturing,AM)技术因具有能耗低、效率高、材料利用率高及对复杂形状制品可实现近净成型等优点,在制备Ti6Al4V等合金及其复合材料方面具有显著的应用优势和重要的科研价值。综述了现有Ti6Al4V基复合材料的增材制造方法,包括选区激光熔融(selective laser melting,SLM)、激光定向能量沉积(laser directed energy deposition,LDED)、电子束熔融(electron beam melting,EBM)、丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)和电子束自由成形(electron beam freeform fabrication,EBFF)法,总结了上述方法的技术原理和优缺点,以及以原位合成陶瓷增强相为主的Ti6Al4V基复合材料的适宜加工参数、显微形貌特征及力学性能特点,并展望了增材制造Ti6Al4V基复合材料领域的技术发展趋势。

Al_(2)O_(3f)/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料的显微组织及时效行为

采用维氏显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等研究了Al_(2)O_(3f)/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料的显微组织和时效行为。结果表明:复合材料的组织主要由α-Mg、Al_(2)O_(3)、β-Mg_(17)A1_(12)、Mg_(2)Si、MgO、Al_(2)Nd、Al_(2)Gd以及Al_(11)Nd_(3)相组成。Al_(2)O_(3)短纤维的引入加速了基体合金的时效动力学,使基体合金的时效峰值时间由32 h显著缩短至24 h。时效过程中,β-Mg_(17)Al_(12)相主要以连续析出和非连续析出两种形式析出,连续析出和非连续析出的生长呈竞争关系,随着时效时间的增加,非连续析出相逐渐长大并由晶界向晶粒内部推移,过时效阶段晶粒内部出现成片的非连续析出相。