STF-Kevlar柔性复合材料制备与性能研究

以纳米SiO_2为分散相粒子,聚乙二醇为分散介质,制备剪切增稠流体,并与Kevlar纤维复合制备STF-Kevlar柔性复合材料。采用扫描电子显微镜和转矩流变仪对微观结构和性能进行表征。结果表明:SiO_2的固含量为35%时附着效果最佳,均匀分散;浸渍在STF里的时间为30min时效果最佳。在稳态曲线中,固含量为35%、40%、45%的体系中随着SiO_2固含量的增大,STF的起始粘度增加,STF体系中的临界剪切速率减小;在动态曲线中,初始复合粘度随着固含量的增加而增大,随着角速率的增大,STF体系的复合粘度逐渐减小。

多刺激响应型高强度复合材料柔性致动器研究进展

复合材料柔性致动器兼具灵活性、适应性和结构可设计性等特点,能够响应外界刺激而改变结构、形状和宏观性质,具有广阔的应用前景。本文总结了近几年复合材料柔性致动器在多刺激响应性与力学强度提高方面的研究进展,介绍了该类致动器的成型制备方法,分析了致动原理。从填料的维度出发,总结了各类填料在致动器响应速度、机械性能、多刺激响应能力方面的影响,总结了该类致动器在柔性机器人、微型医疗器械、精密传感器、折叠电子器件等方面的现状。最后,对多刺激响应型高强度复合材料致动器的发展前景进行展望,以期为设计制备具有新颖功能和更有挑战性的致动器提供借鉴和参考。

双种群混合遗传算法求解航空复合材料柔性调度问题

考虑航空复合材料柔性车间调度中的运输约束,以最小化完工时间为目标,建立调度模型,提出一种改进的双种群混合遗传算法进行求解。根据问题特点,基于工序排序、机器选择和运输约束3个子问题,设计三层实数编码以及对应解码方案。采用混合初始化提高种群质量,进化过程中采用交叉算子执行全局搜索,为双种群设计基于机器负载平衡和变邻域的局部搜索,提高全局和局部搜索能力。与对比算法相比10个测试算例中BPRD指标取得9个最优,APRD指标全部取得最优,t检验显著性有明显差异,验证算法的优越性。将算法应用于航空复合材料车间中,实现实际生产的调度,验证算法的可行性。

导电复合材料涂覆式全织物基柔性压阻传感器制备

针对目前织物基柔性压阻传感器制备工艺相对复杂、导电材料与织物结合度有限等问题,提出以聚二甲基硅氧烷(PDMS)-多壁碳纳米管(MWCNTs)/炭黑(CB)为导电复合材料涂覆非织造布制备压敏层,采用微滴喷射技术在织物表面直接成形叉指型金属电极,制备织物基柔性压阻传感器的方法。当CB与MWCNTs质量比为3∶2时,对不同MWCNTs填充量下导电复合材料形态及制备的压敏层微观形貌观察,并研究其对传感器灵敏度的影响,最后对制得传感器的性能及应用进行测试。结果表明:导电材料在PDMS中分散均匀,导电复合材料与织物结合紧密;当MWCNTs质量分数为2.5%时,所制传感器灵敏度最高可达0.353 kPa^(-1),检测范围为0~25 kPa,响应/恢复时间为150/200 ms,最低检测限约为49 Pa,具有良好的重复稳定性(约1 600次)。此外,该传感器可识别出手指按压以及手指和腕部弯曲的压力信号,可应用于人体健康、运动等信号监测。

柔性工装装夹下复合材料薄壁件铣边变形预测

针对复合材料薄壁件在阵列式柔性工装装夹下进行铣边加工的变形问题,通过有限元软件ABAQUS对其铣削过程进行模拟仿真。研究了POGO柱间距、POGO柱到边沿的边距,以及复材薄壁件主要纤维角度对铣边变形的影响规律。提出了柔性装夹时的薄壁件变形预测方法,可以有效预测间距、边距、角度等参数影响下的薄壁件的变形,对薄壁件边沿自重变形预测的误差值最大为3.6%,对薄壁件边沿外力变形预测的误差值最大为2.70%。

碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料制备及变形性能

碳纤维三向织物因其具有结构稳定、密度小和准各向同性特点,在空间展开装置具有良好应用前景。为研究碳纤维三向织物/热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethanes,TPU)柔性复合材料变形性能,通过热压法将TPU与碳纤维三向织物复合,结合金相显微镜与扫描电子显微镜进行观测,建立三向织物单胞模型,计算模型截面惯性矩,结果表明:纬向截面惯性矩大于经向的,三向织物纬纱方向更难变形;对碳纤维平纹织物与三向织物进行悬垂实验,结果表明:三向织物变形能力强于平纹织物,并且三向织物在悬垂时经向变形大于纬向,与模型截面惯性矩的计算结果一致;对碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料在0°,15°和30°方向进行拉伸实验,分析3种角度不同应变阶段载荷曲线变化和极限载荷。

凝胶复合材料柔性可穿戴传感器研究

水凝胶和离子凝胶具有高可拉伸性和优异透明度,是一种理想柔性传感器制备原料,与导电材料复合后导电性能大大提高。凝胶复合材料具有较强形状可塑性,可通过改变表面微结构提高传感器件灵敏度。综述水凝胶和离子凝胶及复合材料研究现状,列举其在柔性可穿戴力学传感器、电化学生物传感器及温、湿度传感器等方面的应用,为后续在柔性通信设备、生物医疗监护等领域的应用提供参考。

柔性相变复合材料及其应用研究进展

柔性相变复合材料因其兼具优异的相变储能特性、耐受外力形变的柔性及与控温器件复合的可加工性,在智能材料开发中受到研究者的广泛关注。文中详述了通过聚合物网络共混、多孔骨架吸附及相变分子结构设计等3种支撑结构策略制备柔性相变复合材料的研究现状;总结了其在电池热管理器件、可穿戴电子器件和柔性传感器等领域的应用;最后,对柔性相变复合材料的研究重点和未来发展方向进行了展望。

功能化PVC/PET柔性复合材料的性能研究

本研究采用聚氯乙烯(PVC)和聚酯纤维(PET)作为原料,通过热压贴合工艺制得了PVC/PET柔性复合材料。在PVC涂层膜中添加不同的阻燃剂和抗紫外剂,发现氧化锑-硼酸锌协同作用的阻燃体系表现出良好的阻燃效果,当添加5 phr时,可将涂层布的极限氧指数提高至28.7%。此外,该阻燃体系还具有抑制烟雾生成的效果,使烟密度降低了35.2%。在抗紫外方面,抗紫外剂UV-531的效果与UV-234效果相当,但在抗热迁出方面表现更加优异,因此选择UV-531作为PVC/PET柔性复合材料的抗紫外剂。在涂层膜和基布复合时,添加3.0 g/m2的胶黏剂可将材料的剥离强度提高至28.89 N/5 cm,同时不影响其他性能,从而延长PVC/PET柔性复合材料的使用寿命。

二维功能填料尺寸对BN/EPDM柔性中子防护复合材料性能的影响

柔性中子防护复合材料对于异形构件和人员防护具有重要意义,其性能与功能填料的性质密切相关,但二维功能填料尺寸对材料性能的影响尚不明确。以性能良好的三元乙丙橡胶(Ethylene Propylene Diene Monomer,EPDM)作为柔性基体,以热中子吸收截面较高的层状氮化硼(Boron Nitride,BN)作为二维功能填料并作表面改性,通过开炼工艺将BN均匀分散于EPDM中,热压硫化后得到BN/EPDM柔性中子防护复合材料,对其微观结构进行表征分析。研究了BN尺寸对复合材料综合性能的影响,结果表明:减小BN尺寸有利于提升复合材料的拉伸强度和热中子屏蔽性能,当材料厚度为2 mm时,其拉伸强度最高可达8.13 MPa,热中子屏蔽率最高可提升约5%。该研究可为聚合物基柔性中子防护复合材料的设计与制备提供基础。

柔性压电复合材料的研究进展

柔性压电复合材料常被应用于医学和航空航天等多个领域,具有广阔的工程应用前景和巨大的商业价值。因此,综述了柔性压电复合材料,介绍了以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为代表的柔性基体和纳米填料。随后分析了制备工艺以及在制备中出现的团聚问题。同时,总结了物理与化学分散法以及双亲助溶剂促进分散的机理。最后归纳了机器学习(ML)、分子模拟和宏观试验3种研究方法。

芳纶柔性复合材料防刺机理有限元模拟

为了预测芳纶柔性复合材料的防刀刺性能,及其受到刀穿刺响应的基本规律,采用多相剪切增稠液浸渍和碳化硅/热塑性聚氨酯涂层制备芳纶柔性复合材料,并进行抽拔和准静态刀刺实验。通过细化摩擦因数建立单层准静态刀刺芳纶复合材料模型以及多层纯芳纶材料动态刀刺模型的有限元模拟,并采用Python脚本有效简化建模流程,探究芳纶柔性复合材料以及多层纯芳纶材料的防刀刺机理。结果表明:碳化硅/热塑性聚氨酯涂层芳纶复合材料纱线间摩擦因数最高;剪切增稠液浸渍芳纶纱线间摩擦因数较好且不限制纱线拉伸变形,具有较好的防刺性能;多层纯芳纶织物动态穿刺过程中织物的主要失效模式为纱线断裂,纱线形变较少;模型的建立可为快速准确预测柔性复合材料的防刀刺性能提供参考。

纤维增强复合材料柔性封堵结构分析与验证

变弯度机翼展向翼端面封堵结构对于提升可变体机翼的变形精度、防止气流分离重要作用。本文针对刚柔耦合变弯度前缘结构,提出了以纤维增强复合材料为壳体,填充弹性基柔性材料的柔性封堵结构设计方案,建立了有限元模型在结构载荷作用下对其力学性能、封堵性能进行分析,制备所设计的柔性封堵结构并对其进行了试验验证。结果表明:(1)柔性封堵结构仿真模拟结果符合实际变形情况,最大应力为412.96 MPa,最大应变为4.15%;沿机翼弦向方向的位移从固定端向前缘逐渐变大,最大位移为6.28 mm;(2)所制备的柔性封堵结构在进行初次压缩试验后,其载荷值随位移的变化近似线性变化,满足变弯度机翼前缘的变形需求。

石墨烯/橡胶复合材料在柔性传感器中的应用研究进展

石墨烯具有优异的导电性、导热性和柔韧性,是橡胶的理想填料之一。石墨烯/橡胶复合材料,就是将石墨烯与橡胶结合制备出的新型材料。这种材料结合了石墨烯的优异性能和橡胶的柔韧性,展现出了良好的力学性能和电学性能。在柔性传感器领域,石墨烯/橡胶复合材料的应用前景十分广阔。本文综述了石墨烯/橡胶复合材料的制备方法及其在柔性传感器中的应用研究发展,并对其未来发展趋势进行了展望。

基体模量对用于柔性传感器的导电聚合物复合材料电阻黏弹性的影响

导电聚合物复合材料(CPC)被广泛用于柔性电阻式传感器的制备。然而由于聚合物基体的黏弹性,导致其电阻响应呈现松弛、滞后等黏弹性现象,这将会对制备的传感器精确表征造成不利影响,故在材料制备阶段减小电阻黏弹性对基于CPC的柔性电阻式传感器具有重要意义。选择了常用的零维炭黑(CB)及一维多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,并通过在质量分数3%~7%间改变硅橡胶(SR)固化剂质量分数来调节基体模量,研究了基体模量及纳米填料维数对CPC电阻黏弹性的影响。研究结果显示,纳米填料质量分数为3%时,随着基体模量的增加,CB/SR的电阻松弛比从15%增加到34%,多壁碳纳米管/硅橡胶(MWCNT/SR)的电阻松弛比从40%增加到47%;动态循环加载下的应变灵敏度也随基体模量的增加而下降。相同固化剂质量分数即相同基体模量时,与MWCNT/SR相比,CB/SR的电阻松弛比、动态循环加载下的应变灵敏度下降程度和“肩峰”更小。因此,在制备过程中减小基体模量、使用零维导电纳米填料CB,均可减小CPC的电阻黏弹性。

使用柔性复合材料对混凝土结构堵漏应用技术研究

针对镇海炼化分公司吸水池混凝土结构伸缩缝渗漏问题,分析其渗漏原因,决定采用柔性复合材料对吸水池伸缩缝进行堵漏。分析柔性复合材料的性能、质量和使用特点,详细阐述了在堵漏施工工艺流程、合理选择柔性复合材料、混凝土结构表面处理、柔性复合材料封堵步骤、粘贴碳纤维布、柔性复合材料表面防护等方面柔性复合材料堵漏应用技术,从验收资料、验收标准和验收方法等方面,论述堵漏质量验收工作,提出伸缩缝处混凝土表面处理、伸缩缝碳纤维布表层封堵等方面施工要点,为柔性复合材料在伸缩缝堵漏中的应用提供可借鉴经验。

一种柔性磁电复合材料让磁场发电

俄罗斯莫斯科电子技术学院研发出一种能将地球磁场转换为电流的新型柔性材料,其可以成为计算机和智能植入物的一部分。相关研究发表在《磁学和磁性材料杂志》上。磁电材料是一种可以将磁场能量转换为电能(逆效应)的材料,在电场的影响下也会导致磁化(正效应)。这种材料的类似物在现代汽车中随处可见,如速度传感器、发动机转速传感器等。但目前磁电材料有一个显著缺点:基板脆弱且无法弯曲。这使其无法用于制造植入物或柔性电视和智能手机屏幕。

耐低温水凝胶基防刺复合材料的制备及性能研究

为了提升柔性防刺材料的防护效果和智能化水平,通过将水凝胶与芳纶织物进行复合,制备了一种耐低温、抗穿刺且具备应变传感功能的芳纶/水凝胶复合材料,并对水凝胶及其复合材料在25℃和-30℃环境中的拉伸性能、纱线间摩擦性能和准静态钉刺性能进行表征。结果表明:当LiCl质量分数为26%时,经LiCl溶液浸泡后的水凝胶力学性能最佳,由于甘油和LiCl溶液的共同作用,水凝胶及其复合材料在-30℃时均能保持良好的柔韧性。复合材料中芳纶与水凝胶在25℃和-30℃时均呈现了良好的界面结合,最大拔出力相比纯芳纶织物分别提高了1281%和2315%。当环境温度为25℃和-30℃时,复合材料的最大抗穿刺力可达41.92 N和72.25 N,相较纯芳纶织物分别提升了187%和394%。该复合材料在25℃和-30℃下均可实现对于不同弯曲角度(80°、60°、40°和20°)、频率(0.5 Hz、1.0 Hz、1.5 Hz、2.0 Hz)以及弯曲循环500次的稳定传感。

飞机复合材料机身壁板装配技术分析与展望

复合材料以其优异的综合性能在航空航天领域得到了大量应用,其应用范围逐渐从次承力结构向主承力结构扩展,包括在机身结构的组成方面,传统的金属组装壁板逐渐被复合材料整体壁板所取代。由于复合材料壁板具有不同于传统金属材料壁板的装配工艺特点,因此对其装配方法和装配工艺提出了新的要求。针对圆筒状机身复合材料机身壁板的装配过程,分别介绍了复合材料机身壁板大尺寸测量技术、复合材料机身壁板装配定位调姿技术和复合材料机身壁板的先进制孔连接技术,系统总结了近年来国内外相关研究进展和应用情况,指出了飞机大尺寸复合材料结构装配技术未来的研究与应用方向。

TEOS-GO掺杂的银基离子聚合物金属复合材料的制备及其致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料,具有质量轻、驱动电压低的优点,但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点,限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试,证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明,掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下,尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍;输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点,为今后的发展开拓了前景。