三维编织复合材料力学行为研究进展

对三维编织复合材料的细观结构几何模型和力学性能的研究进展进行了综述。重点介绍近几年该领域的研究成果和作者的一些研究工作,其中包括三维编织复合材料力学性能的实验研究和理论研究。在理论研究方面,介绍了弹性应变能法、纤维倾斜模型、三细胞模型和有限元模型等工作。最后,对未来的研究趋势进行了展望。

氧化硅纳米多孔材料表面的水蒸气吸附动力学研究

采用称重法对氧化硅纳米多孔材料在温湿环境中的水蒸气吸附规律进行了实验研究.在25℃分别测定了不同孔隙率的材料在水蒸气相对蒸汽压为0.3～0.9范围内的吸附动力学曲线.分别采用不同的多层吸附等温式对材料的吸附等温线进行拟合,提出了一种双指数衰减动力学吸附模型方程,并和准一/二级动力学吸附模型一起对实验结果进行了拟合.结果表明:Redlich-Peterson、Fritz-Schlünder吸附等温式和BET多层吸附模型的拟合相关系数较大;BET多层吸附模型的拟合参数可给出单层饱和吸附量和吸附层数,吸附等温线由单层到多层存在临界点,具有明显的物理意义;氧化硅纳米多孔材料对湿空气中水蒸气的动态吸附过程可由双指数衰减模型来描述,与实验数据的相关系数在0.99以上,在整个吸附过程中均与实验数据拟合良好.

碳基采暖电热材料研究进展

近几年,由于节能与环保的需求,电取暖的方式得到大力的推广,电热材料的研究与应用受到人们广泛的重视。非金属碳基电热材料是新型的节能型电热采暖材料,本文重点对影响非金属碳基电热材料中的炭黑基电热材料、碳纤维基电热材料、碳晶电热材料电热性能的因素及相关应用进行了综述。

三维四向编织复合材料力学性能的有限元分析

在已有研究的基础上,提出了一个新的三维编织复合材料单元胞体模型,该模型正确地反映了纤维束的交织方式,十分接近三维编织复合材料的真实结构,可用于三维四向编织复合材料有效模量的有限元数值预报,并合理确定复合材料内部全场应力分布。采用有限元软件对该模型进行了力学分析,得到了相关等效弹性性能参数。结果表明:有限元计算得到的三维编织复合材料的等效弹性性能与实验结果和理论预测值都吻合较好,从而验证了该模型的有效性。此外,基于新的单元胞体模型还确定了三维四向编织复合材料的应力场,为进一步的强度计算奠定了基础。

三维五向编织复合材料导热性能的有限元分析

根据三维五向编织复合材料的细观结构模型,分别假设编织纱线和轴纱具有六边形和正方形横截面,建立了计算三维五向编织复合材料导热性能的有限元模型.采用有限元方法,设定合理的边界条件,计算了三维五向编织复合材料的横向和纵向热传导系数,并与三维四向编织复合材料的热传导系数进行了比较,分析了编织角和纤维体积含量对热传导系数的影响规律.此外,还确定了材料内部的温度、热梯度及热流量的分布,为材料热力耦合问题的分析奠定了基础.

三维五向炭纤维／酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验,获得了其主要压缩力学性能,分析了编织参数、温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察,从宏、细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明,三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力-应变曲线呈现明显的非线性特征,且温度效应明显;编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。

三维五向碳/酚醛编织复合材料的拉伸性能及破坏机理

对不同编织角、不同体积含量的三维五向碳/酚醛编织复合材料进行了纵向(编织方向)拉伸实验和横向拉伸的对比实验,获得了这些编织复合材料的主要拉伸力学性能。实验后对拉伸试件的断口进行了照相和扫描电镜观察,分析了材料的变形及其破坏机理。实验结果表明:编织角仍是影响三维五向编织复合材料拉伸力学性能的主要因素,并且复合工艺的质量对复合材料的力学性能有重要影响。此外,发现三维五向碳/酚醛编织复合材料的横向拉伸与纵向拉伸具有完全不同的破坏机制。

材料高温变形激光扫描测量方法

基于激光狭缝扫描检测技术和红外测温技术 ,提出了一种用于材料高温变形量和线膨胀系数非接触自动测量的激光扫描测量方法和测量系统。本文详细论述了测量系统及其测量原理 ,并利用该测量系统对某种材料的高温变形或线膨胀系数进行了测量。实验结果表明 ,该系统可满足标距为 30～ 5 0mm试样在 10 0 0～ 30 0 0℃温度状态下材料变形的测量要求 ,测量精度可达± 3μm ,为研制新型特殊复合材料的高温性能和材料的合理使用提供了可靠依据。

蜜胺-酚醛树脂-甲醛基有机气凝胶纳米孔在裂解过程中的稳定性研究

热固型酚醛树脂、蜜胺、间甲酚和甲醛水溶液在碳酸钠催化下,经溶液-溶胶-凝胶过程合成了有机水凝胶,有机水凝胶经溶剂置换和超临界干燥形成了有机气凝胶。研究了裂解条件、固形物浓度、蜜胺/酚醛树脂比和间甲酚/酚醛树脂比对有机气凝胶纳米孔在裂解过程中稳定性的影响。结果表明:在相同的反应物配比下,随裂解温度的升高和时间的延长,气凝胶纳米骨架烧结程度增加,炭气凝胶的中孔分布向小孔方向移动。在酚醛树脂浓度为7.5g/100mL时,有机气凝胶的纳米骨架稳定性好,耐烧结性能好。在蜜胺/酚醛树脂比大或间甲酚/酚醛树脂比小时,有机气凝胶的纳米骨架的稳定性和耐烧结性好。这是由于构成有机气凝胶中孔的纳米骨架稳定性与其连续性及分子间作用力有关。

超高分子量聚乙烯锂电池隔膜的制备及其改性研究进展

隔膜是锂离子电池的重要组成部分,其主要作用是提供短路保护和避免正负极直接接触,性能优异的隔膜对提高锂电池的综合性能具有重要的作用。超高分子量聚乙烯锂离子电池隔膜具有在高温下能保持尺寸稳定性,抗外力穿刺的能力强等优点,近年来成为新型电源技术研究的热点。研究了超高分子量聚乙烯通过熔融挤出拉伸法和热致相分离法在不同工艺流程下制备锂离子电池隔膜。超高分子量聚乙烯锂离子电池隔膜存在孔隙率低、亲水性差等问题,直接影响到锂电池的充放电容量和循环性。针对上述不足,对近年来改性的方法进行了概括,特别阐述了静电纺丝的改性进展,并对超高分子量聚乙烯锂离子电池隔膜的发展趋势进行了展望。

高密度石墨泡沫及其石蜡复合材料的热物理性能(英文)

以中间相沥青和添加中间相炭微球的沥青为原料,调整发泡压力和发泡温度制备沥青泡沫,经1273K炭化和2973K石墨化,制备了高密度石墨泡沫。为了进一步提高石墨泡沫的密度,采用573 K的沥青反复浸渍炭化未添加中间相炭微球的沥青在1273K下所制的泡沫炭,再经2973K石墨化获得增密度后的石墨泡沫。而后制备了相应石墨泡沫/石蜡复合材料。研究了石墨泡沫热物理性能的影响因素和石墨泡沫/石蜡复合材料的热行为。研究表明:沥青组分、发泡温度和发泡压力决定了石墨泡沫的结构和热物理性能,而石墨泡沫的热导率决定了复合材料的热行为。与石蜡相比,石墨泡沫/石蜡复合材料的热扩散系数提高了768至1588倍。石墨泡沫/石蜡复合材料的潜热与石蜡的质量分数成正比。该复合材料是快速响应电子散热材料的良好选择。

苯乙炔基封端聚酰亚胺树脂的固化动力学研究

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了两种苯乙炔基封端型聚酰亚胺树脂固化动力学过程,分析了不同升温速率下,两体系的特征固化温度,反应热及反应速率与温度的关系。运用Kissinger法和Melak法进行数据处理。结果表明:(1)苯乙炔封端型聚酰亚胺树脂的固化过程符合n级固化反应方程,建立的固化反应方程较好地描述了其固化过程,且与实验数据拟合结果较好。(2)两树脂体系相比,分子链柔性较大的聚酰亚胺树脂特征固化温度较低,固化温区较宽,固化反应活化能较低,且反应级数较大。

聚甲基硅次乙炔基硅烷等温预处理过程的研究

采用差示扫描量热仪和傅立叶红外光谱对聚甲基硅次乙炔基硅烷(MSE)等温(160、170、180℃)预处理过程进行了研究。结果表明:MSE等温处理过程中发生氢硅化反应,反应程度约为33%;相对反应程度达到95%时,所需时间分别为173(160℃)、93(170℃)和48(180℃)min;预处理时间t与处理温度T之间满足关系t(T)/t(T+10K)=2∶1。

碳纳米颗粒对碳纳米管复合材料电热-力学性能的影响

以水性聚氨酯为基体,碳纳米管(CNT)为导电填料,制备了碳纳米管电热浆料,并使用纳米碳黑(CB)对其改性,研究了CB的添加量对浆料电热-力学性能的影响。实验结果表明,随着CNT含量的升高,未经CB改性的电热涂膜拉伸强度和断裂伸长率增大,电阻率下降;但当CNT含量达到19%时,在220 V电压下涂膜未出现表观发热现象。制备CNT含量为10%的电热浆料并使用CB改性后,其电热性能得到了很大的提高。对改性后的电热涂膜进行测试,SEM图像显示CB与CNT分布均匀并且CB包覆了CNT;力学性能测试显示,随着CB含量升高,电热涂膜的拉伸强度增大,断裂伸长率减小;电热性能测试显示CB含量为5%时,涂膜出现表观发热现象,当CB含量为7%时,220 V电压下涂膜发热温度达87.8℃。

防静电、高效低阻静电纺亚微米纤维基复合净化材料的制备

研究了一种过滤效率高,过滤阻力小,同时具有防静电吸附性能的复合空气夹心净化材料的制备方法。该材料中间层为亚微米纤维膜,上、下两层分别为耐高温材料玻璃纤维和预过滤层工业滤布。通过对此复合材料电阻率以及过滤效率的测定表明,这种过滤材料对粒径为2μm颗粒的过滤效率可以达到99.93%,同时压力降只有490Pa;在夹心层纤维中加入一定比例的碳黑颗粒,可提高导电性,以改善材料静电性能。当加入5%纳米碳黑颗粒后,夹心净化材料的电阻率由5.8×1010Ω·m降为6.0×109Ω·m,有明显降低。

锂对Ag-SnO2系电接点材料组织和性能的影响

本文用内氧化法研制出 Ag-SnO_2-In_2O_3-Li_2O 电接点材料。在仿 ASTM 电接点试验机上同 Ag-SnO_2-In_2O_3材料进行了使用性能对比试验,完满地完成了在飞机发动机火警探测器上的产品定型试验。用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察分析了接点表面形貌及材料微观组织特征。讨论分析了 Li_2O 及金属氧化物含量对接点材料抗电侵蚀性及抗熔焊性的影响。试验表明 Ag-SnO_2-In_2O_3-Li_2O 材料可满足高温(450℃)环境下工作的飞机发动机火警探测器的技术要求。

溶液聚偏氟乙烯静电纺纤维基超高分子量聚乙烯锂电池隔膜的制备

通过研究溶液浓度及电压等因素对聚偏氟乙烯(PVDF)溶液静电纺丝的影响,确定最佳纺丝条件制备出聚偏氟乙烯纳米纤维。并与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)隔膜复合,成功制备出PVDF纳米纤维基超高分子量聚乙烯锂电池隔膜。对该锂电池隔膜的性能测试结果表明,该隔膜的孔隙率为55%,隔膜在横纵向的热收缩率均在1%以内,放电容量比同等测试条件下的超高分子量聚乙烯隔膜提高了4.8%,并且循环稳定性良好,可作为锂电池隔膜使用。

苯酚-间甲酚-糠醛基炭气凝胶的制备及微结构控制(英文)

以苯酚、间甲酚和糠醛为原料,在正丙醇溶剂中以盐酸为催化剂经溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,直接超临界正丙醇干燥得到有机气凝胶,在氮气保护下裂解制备出富含中孔的炭气凝胶。用IR、N2吸附、SEM、TEM等表征气凝胶的结构特征,考察了间甲酚苯酚摩尔比对凝胶结构的影响。结果发现:提高间甲酚的含量能够增强聚合物的交联密度,减小聚合物与溶剂的相溶性,缩短相分离时间,有利于得到较小的纳米颗粒和孔径的炭气凝胶。所制得的炭气凝胶平均中孔孔径随间甲酚含量的增加从47nm逐渐减小至13nm,BET比表面积和中孔孔容在m-C/P=0.33时达到最大值。

考虑胶层蠕变行为的胶接结构有限元分析

本文考虑胶层材料的蠕变行为，采用模拟岩层纹理单元的有限元法，分析工程中使用的典型胶接结构的应力场和位移场。数值结果表明。

气相硼催化石墨化炭纤维对其力学性能和微观结构的影响

采用间接法将硼引入炭纤维(CF)中,即先将硼引入石墨坩埚中,然后将CF放到坩埚中,升温进行石墨化处理,石墨坩埚中的硼扩散出来,进入纤维中,借助硼的催化石墨化特性,从而制备出硼掺杂石墨纤维。研究硼含量对炭纤维力学性能的影响。利用X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对所制石墨纤维中的硼含量、结构和形貌进行表征和分析。结果表明:石墨纤维中的硼含量可控,硼的催化石墨化作用,提高了CF的石墨化度,由于硼的固溶特性引入了一些缺陷,使得CF的微结构和力学性能发生变化;通过调控CF中的硼含量(0.58%-0.68%),能够在CF强度不损失的情况下提高其模量。