自成核行为在CF/PPS复合材料中的差异性与普适性

以半结晶高分子为基体的碳纤维增强热塑性复合材料,其基体的结晶行为将受到碳纤维表面性质与热历史的共同影响。当这种材料在经历反复加热冷却的热循环过程时,基体会产生自成核行为,其结晶过程变得更加复杂。通过三种T300级碳纤维分别制备了碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料,并探究了二次熔融温度与CF/PPS复合材料结晶行为的关系,揭示了不同碳纤维表面性质对CF/PPS复合材料自成核行为的影响。在此基础上阐明了CF/PPS复合材料基体自成核与CF异相成核的竞争关系。最后,通过冲压成型制得具有自成核行为的CF/PPS复合材料角片,验证了自成核对于CF/PPS复合材料二次热成型技术的有效性与重要性。

酚酞型聚芳醚酮与硅烷偶联剂协同改性CF/PPS复合材料

本文使用不同浓度的KH570溶液和0.5wt%的PEK-C溶液依次对碳纤维进行改性处理,并通过模压成型制备了CF/PPS复合材料,使用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、万能材料试验机等手段表征改性后的CF/PPS复合材料。结果表明,使用2wt%的KH570溶液和0.5wt%的PEK-C溶液依次处理碳纤维后,复合材料的界面性能和弯曲性能大幅提升,相较于未经改性处理的CF/PPS复合材料,其弯曲强度由709 MPa提高至953 MPa,提升约34.4%,ILSS则由23.8 MPa提高至53.3 MPa,提升约123.9%。

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。

PE/PP混杂纤维应变硬化碱激发复合材料力学性能研究

应变硬化碱激发复合材料(SHAAC)兼具低碳环保和高韧性的优点,但高昂的成本限制了其工程应用。为降低成本,研究采用PP纤维替代PE纤维,开发了一种混杂PE/PP纤维SHAAC,并通过轴压与轴拉试验及成本分析,探讨了不同PP纤维替代率(0%、25%、50%、75%和100%,体积分数)对混杂PE/PP纤维SHAAC的轴压、轴拉性能和成本的影响。结果表明:采用PP纤维替代PE纤维时,SHAAC的轴压、轴拉强度及裂缝控制能力随着纤维替代率的增加而降低,但在PP纤维替代率低于75%时,SHAAC仍可呈现伪应变硬化和多缝开裂现象;当PP纤维替代率为50%时,SHAAC极限拉伸应变最高(8.40%),且能保持较高的轴压和轴拉性能,同时成本可降低29.00%,且综合性能与成本比值最高。

低密度PP增强复合材料在重卡保险杠上的轻量化应用分析

基于两种材料性能要求,分析研究低密度PP增强复合材料与传统PP增强复合材料在汽车保险杠上格栅、下格栅以及大灯装饰板等产品上的模态、强度性能,并验证效果。结果发现:在密度为0.978g/cm^(3)左右的情况下,低密度PP增强复合材料相比传统PP增强复合材料可减重10%以上,抗拉强度提升4.89%以上,但弯曲模量降低8.64%以上。从产品性能来说,保险杠部位的前四阶模态均大于等于35 Hz,同时最大应力强度仅为1.12 MPa,不存在断裂风险,满足设计要求。

C_f/PPS复合材料辐射预热超声焊接工艺及其接头断裂分析

研究了辐射预热超声波焊接方法对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料(Cf/PPS)的适用性,重点考察了预热温度和焊接压力对连接界面成形及接头力学性能的影响.结果表明,升高预热温度可促进接头界面树脂的熔合,当预热温度大于110℃时,熔合率可达百分之百;当焊接压力增大时,接头的连接面积逐渐增加,但其拉剪强度呈现先上升后减少的趋势.当预热温度为110℃,焊接压力为0.3 MPa时,接头成形最佳,强度达到最高的20 MPa.

CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料的性能研究

为了弥补吸波复合材料在应用上的局限性,采用原位还原法制备负载Fe_(3)O_(4)颗粒的碳纤维(CF/Fe_(3)O_(4)),通过浇铸成型将CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维与环氧树脂进行复合,制备了CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料。研究了CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维长度、添加量、复合材料厚度对复合材料吸波性能和弯曲强度的影响。研究发现:当CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维长度为4 mm、添加量为0.8%、复合材料厚度为4.5 mm时,CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料的吸波效果最优,最大反射损耗在18 GHz处达-16.8 dB,有效带宽为3.8 GHz,较同制备工艺条件下的CF增强环氧树脂复合材料的反射损耗(-4.75 dB)提升了253.7%。

制孔分层损伤对CF/PEEK复合材料拉伸性能和表面应变分布的影响

目的研究钻削制孔表面分层损伤与拉伸载荷下开孔碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料表面应变分布的相关性。方法通过对CF/PEEK复合材料层合板进行钻削制孔实验,分析不同进给速度对钻削温度、钻削轴向力、制孔出口表面分层和孔壁表面损伤的影响。采用数字图像相关技术(DIC)和力学实验相结合的方法,研究分层损伤程度对开孔CF/PEEK复合材料层合板拉伸性能和表面应变分布的影响。使用扫描电镜观测开孔试件的断裂形貌,分析开孔试件受拉伸载荷时的破坏模式。结果随着进给速度的增加,钻削温度降低,钻削轴向力提高,出口表面分层和孔壁损伤程度加剧。随着分层损伤程度的增加,层合板的拉伸强度呈现出降低的趋势,试件的拉伸强度从558.4 MPa降低到525.63 MPa,降低了5.87%。在中应力和高应力状态下,试件x方向的最大负应变随着分层损伤程度的增加而增加。在高应力状态下,试件y方向的最大正应变随着分层损伤程度的增加而增加。试件的断裂方式主要是基体开裂、分层和纤维撕裂,断口有纤维脱落和纤维拔出,垂直于载荷方向的纤维破坏模式为剥离破坏,与载荷方向一致的纤维破坏模式为拉伸破坏。结论钻削制孔表面分层损伤会降低开孔CF/PEEK复合材料的拉伸强度。不同分层损伤程度的开孔层合板表面应变分布表现出明显的差异性。

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%。

Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层研究进展

Cf/SiC复合材料因其低密度,高比强度,优异的抗热震、抗氧化和抗烧蚀性能以及高温强度保持率,被认为是高速飞行器的重要热防护材料之一。然而,由于碳纤维在500℃以上发生显著氧化导致材料逐渐失效,因此需对其进行有效的氧化防护。抗氧化涂层被认为是实现Cf/SiC复合材料长时氧化防护的有效手段。本文基于热防护系统对Cf/SiC复合材料抗氧化性能的苛刻要求,综述了现有Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层的研究进展,着重对抗氧化涂层制备技术及涂层体系进行了梳理。提升Cf/SiC复合材料抗氧化涂层使用温度(≥1800℃)及结合强度是当前需要重点解决的问题,制备更长服役时间、更高服役温度同时兼具抗氧化、抗水蒸气腐蚀乃至较好隔热性能的多功能涂层是未来发展的重要方向。

复合材料的高效高质量铣磨复合加工技术研究

连续碳纤维增强碳化硅基(Cf/SiC)复合材料具有耐高温、高比强度、高比模量等优良性能,被广泛应用于航空航天、轨道交通、国防等各大尖端领域。然而其作为典型难加工材料的代表,加工过程存在加工效率低、加工表面质量差等加工难点。本文以Cf/SiC复合材料为研究对象,基于铣削和磨削的正交试验优选工艺参数,并基于优选后的铣削加工和磨削加工参数提出高效高质量加工方案,通过开展对比试验来验证高效高质量加工方案的优越性,最终加工效率提高超100%,表面粗糙度降低超30%。

碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)航空复合材料的结晶行为及力学性能

通过非等温结晶方法研究了基于碳纤维表面修饰的连续碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide,CF/PPS)复合材料的结晶行为,并对不同降温速率结晶的复合材料样品进行弯曲和冲击等力学性能测试,探讨了CF/PPS复合材料加工条件与结晶特性以及宏观性能之间的联系。研究表明,在降温速率为10K/min^70K/min,CF/PPS的结晶峰温度与起始结晶温度均随着降温速率的增大而降低;其球晶生长速率和结晶速率也随之增大,但结晶度随着降温速率的增大而减小;PPS的晶核数量随着降温速率的增大而增多,平均球晶尺寸随之减小。当降温速率从10K/min增大至70K/min时,复合材料的弯曲强度从719.2MPa降低至689.4MPa,下降了4%;弯曲模量从70.0GPa降至63.5GPa,降低了9%;缺口冲击强度却随之增强,从62.0kJ/m^2提高至72.3kJ/m^2,提高了15%。

3D打印与仿生学融合:仿竹结构的碳纤维增强碳化硅复合材料

随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料科学与技术杂志(Journal of Materials Science&Technology)》上发表了一篇关于仿竹结构的连续碳纤维增强SiC(Cf/SiC)复合材料的研究成果,为CMCs的应用提供了新的思路。

Cf/Mg复合材料的力学与热物理性能和机械加工分析

近年来,镁合金的强度和刚度得到了显著提高,但断裂韧性(EwP)和疲劳性能差。Cf/Mg是将镁合金与碳纤维相结合,进而制成的一种复合材料。通过碳纤维增强体(CF)与镁基体之间的界面结合,增强体与镁基体之间形成了一个强相互作用层,从而改善镁合金的性能。文章对Cf/Mg复合材料的制备工艺、组织结构、力学性能和热物理性能等方面进行了综述,并提出了提高Cf/Mg复合材料强度和刚度的方法。希望通过文章的研究,为碳纤维增强镁合金材料的应用提供指导。

Cf/SiC复合材料铣削加工过程仿真分析及试验研究

针对Cf/SiC复合材料铣削加工过程中刀具磨损快、加工效率低、加工工艺优化试验成本高等问题,开展Cf/SiC复合材料三维铣削仿真分析及试验研究。基于ABAQUS软件建立Cf/SiC复合材料三维铣削加工仿真有限元模型,预测加工过程中的铣削力,通过试验验证该模型的正确性。对比仿真预测的理论值和试验测得的实际值发现二者的平均误差仅为15%,所获取的一组较优的加工参数为Cf/SiC复合材料铣削加工参数优化提供了理论依据。

PTFE原位成纤对PP/MWCNTs/PTFE复合材料发泡性能和力学性能的影响

采用共混造粒和微孔发泡注塑成型工艺,制备了聚四氟乙烯(PTFE)原位成纤增强的聚丙烯/多壁碳纳米管/聚四氟乙烯(PP/MWCNTs/PTFE)微孔复合材料,并对其结晶、流变、微孔发泡和力学性能进行了测试和表征。结果表明:与不加PTFE的PP/MWCNTs复合材料相比,PTFE的加入可以提高PP/MWCNTs/PTFE复合材料的结晶度,增大储能模量,降低损耗因子;PTFE的加入可以改善PP/MWCNTs/PTFE复合材料的泡孔结构,使泡孔密度增大,泡孔直径减小;相比PP/MWCNTs复合材料,当PFTE的加入量为1%(质量分数)时,PP/MWCNTs/PTFE复合材料的断裂伸长率提高了67.5%,抗拉强度提高了21.1%,杨氏模量提高了12.5%。

PPS／Al2O3导热复合材料的性能及其应用

以微米级三氧化二铝(Al2O3)为导热填料,制备了聚苯硫醚(PPS)/Al2O3导热复合材料,研究了硅烷偶联剂表面改性对PPS/Al2O3复合材料力学性能和导热性能的影响。研究表明,硅烷偶联剂对Al2O3的表面改性提高了PPS/Al2O3导热复合材料的力学性能,且材料的热导率随着Al2O3含量的增加而增大,当Al2O3的质量分数为70%时,未改性和改性Al2O3填充PPS导热复合材料的热导率分别达到2.279 W/(m.K)和2.392 W/(m.K),后者的热导率在Al2O3含量较高时偏离Agari理论曲线。SEM分析表明,改性Al2O3在PPS中分散均匀,两者结合紧密。经应用研究表明,PPS/改性Al2O3质量比为40/60的导热复合材料完全可满足发动机零部件、高耐热电子元器件对材料导热与力学性能的要求。

PP／ABS-g-MAH／SCF复合材料的制备及性能表征

采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/马来酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS-g-MAH)/短碳纤维(SCF)复合材料,并利用万能电子试验机、冲击试验机、维卡软化和负荷热变形温度测试仪、热重分析仪以及熔体流动速率仪分别研究了其力学性能、热学性能及流动性能。力学性能测试表明:以PP-g-MAH作为增容剂,适量的加入SCF(5%~10%),复合材料的力学性能提升明显。维卡软化温度实验结果显示:SCF的加入提高了复合材料的维卡软化温度。热重分析表明:随着体系内SCF含量的逐渐增加,复合材料失重5%时的温度(T_(5%))有逐渐上升的趋势,说明SCF的加入在一定程度上提高了复合体系的热稳定性。熔体流动速率分析表明:随着SCF含量的不断增加,复合材料的熔体流动速率下降明显,流动性能受到抑制。

PPS／GF／Nano-CaCO_3三元复合材料的拉伸力学性能

考察了纳米碳酸钙(Nano-CaCO_3)含量及表面处理对玻璃纤维增强聚苯硫醚(PPS／GF)三元复合材料拉伸性能的影响。结果表明：复合材料的拉伸弹性模量、拉伸强度和拉伸断爱强度均有提高；当φ_f小于4％时,拉伸断裂伸长率隨着φ_f的增加而明显增大,然后趋于平缓。经钛酸酯处理的Nano-CaCO_3填充PPS／GF体系的拉伸力学性能略优于经硬脂酸处理的复合体系。

CF/PPEK、CF/PPES复合材料高温力学性能研究

采用预浸热压成型工艺制备碳纤维增强杂萘联苯聚醚酮(CF/PPEK)和碳纤维增强杂萘联苯聚醚砜(CF/PPES)单向复合材料试样,通过对试样在常温和高温条件下的力学性能测试与分析,研究了高性能热塑性复合材料在高温条件下力学性能及其强度和模量保留率的变化规律.实验表明,在250℃下其拉伸和弯曲强度及模量的保留率均在60%以上,仍具有极高的承载能力.利用Tr—n预测模型对这两种复合材料高温力学性能进行的预测结果与试验值基本吻合,从而验证了这个模型的可行性.