面向2035年复合材料构件精确制造发展战略研究

摘要:先进复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域的装备制造,是工业发达国家战略必争资源;保障和提升先进复合材料的供给能力,突破大型复杂复合材料构件的设计成形、加工装配、检测修复等精确制造技术,对支撑制造强国建设具有重要价值。本文总结了国内外复合材料构件精确制造技术的发展现状及趋势,从高精密数控缠绕、复合材料自动铺放、复合材料预制体成形、纤维复合材料增材制造、高性能碳纤维生产等方面梳理了复合材料构件精确制造的关键技术与装备;结合基本态势研判了制约复合材料制造技术水平提升的“卡脖子”环节,提出了我国复合材料构件制造技术与装备的发展思路与分阶段发展目标。研究建议,组织建设国家级创新机构,设立国家重大专项支持,加强学科建设和人才培养,加强国际技术交流与合作,着力推动重大科学创新和关键技术突破,为国家重大工程和装备应用提供高质量科技支撑。

纱线基柔性应变传感器制备方法研究进展

摘要:纱线基柔性应变传感器作为一维传感器具有较好的柔韧性、可编织特性及可拉伸性能,使其在人体运动监测方面有很大的应用优势。纱线基柔性应变传感器的制备方法主要包括纺丝法、纺纱法、后整理及复合方法,以其制备方法为切入点阐述了各类纱线基柔性应变传感器的制备过程及研究进展,并归纳了各类制备方法的特征和优缺点,最后提出了纱线基柔性应变传感器的未来研究方向,为进一步制备和研究该类传感器提供参考。

墨水直写技术制造纤维强韧陶瓷基复合材料的研究进展与挑战

摘要:先进陶瓷及其复合材料凭借优异的性能已被广泛应用于航空航天领域,目前采用三维打印技术实现这类材料的快速低成本制备成为核心问题。与传统工艺相比,现有三维打印陶瓷材料普遍面临着脆性特征明显及损伤容限能低的问题,因此纤维复合陶瓷材料的三维打印技术成为研究热点。综述了近年来国内外基于墨水直写技术制备纤维强韧陶瓷基复合材料的技术路线及特点,围绕这类材料的组成成分、工艺路径与力学性能的关系,综合分析了不同陶瓷墨水的设计、纤维引入的方式、致密化工艺的选择、打印构件关键性能之间的有机联系,指出了当前的主要问题并对未来研究方向进行了展望。

合成温度对石墨烯/Ca(OH)2纳米复合材料制备及性能的影响

摘要:纳米Ca(OH)2对风化后的大理岩石质文物有良好的加固效果,在较低温度下得到性能优异的纳米颗粒对其成本降低和推广应用有重要意义。本研究通过调节反应温度,引入石墨烯量子点,制备得到了一系列石墨烯/Ca(OH)2 纳米复合材料,并采用TEM、激光粒度仪、Raman、FTIR、UV-Vis、XRD、SEM、分光测色仪、压汞仪、硬度计、超声波测速仪等对材料形貌组成、相对动力学稳定性、碳酸化反应和模拟样品加固性能进行分析研究。结果表明反应温度的适当升高有利于石墨烯与Ca(OH)2 的复合,以及纳米颗粒粒径的减小,在80℃ 下得到的产物相对动力学稳定性、碳酸化速率和加固性能较好;随着温度继续升高,90℃ 及以上所制备的材料转变为球状结晶,而且碳酸化后部分会保持为亚稳态球霰石物相,并未表现出更好的加固性能。

碳纳米管/有机硅树脂吸波气凝胶及其复合材料的制备与性能

摘要:基于溶胶-凝胶方法,制备不同比例多壁碳纳米管改性有机硅树脂(CNT/OSR) 气凝胶和针刺石英纤维增强CNT/有机硅树脂气凝胶(QF/SC) 复合材料,探究CNT 含量对有机硅气凝胶及其复合材料的微观结构、防热性能和吸波性能的影响规律。研究结果表明:进行物理修饰后的CNT 与有机硅树脂表现出良好的相容性,构建起了微导电、导热通道;改性后树脂的热稳定性有了明显提升,当CNT 的质量分数为15wt%时,失重10wt% 对应温度Td10 提升111.1℃;QF/SC复合材料热导率在0.054~0.075 W/(m·K) 之间,经600 s表面温度达1 000℃的烧蚀后,最大背温为145.1℃;引入碳纳米管的QF/SC复合材料介电性能显著提高,实测8~18 GHz内反射率峰值和有效带宽分别达到−29 dB和3GHz。该项工作有望在航空航天科学和工业领域实现新的应用。

基于太阳能驱动界面蒸发器复合材料的研究进展

摘要:太阳能界面蒸发系统近年来被认为是解决水资源短缺和能源危机的有效策略,且获得了长足发展。本文主要聚焦太阳能驱动界面蒸发器,讨论了太阳能界面蒸发技术基底材料以及光热材料的最新研究进展,重点综述了当前研究中常见基底材料的传质特点及其优缺点。同时,探讨了不同光热材料作为光吸收剂的光热转化机制以及太阳能蒸发器在能源和环境领域的应用,并分析了太阳能驱动界面蒸发器复合材料面临的挑战和机遇,以启发太阳能界面蒸发技术的进一步发展。

对位芳纶纤维界面改性技术研究进展

摘要:芳纶纤维作为一种新兴的高性能纤维,具有多种优异独特的性能,在先进复合材料、防护用品、高性能结构材料等领域具有广泛的应用。芳纶的表面惰性导致其复合材料的界面粘结性能不良,为满足高性能芳纶复合材料的开发应用,芳纶纤维表面改性研究方兴未艾。本文综述了近年来芳纶表面改性技术的发展现状与研究进展,讨论了不同表面改性技术对芳纶及其复合材料界面性能的影响,对不同改性方法的改性效果的及其工业化前景进行了比较,对目前芳纶表面改性技术存在主要的问题进行了分析,并从产业化角度探讨了未来芳纶纤维及其复合材料界面处理技术可能的发展方向。

高导热银纳米线/聚合物复合材料的制备方法研究综述

摘要: 高频、大功率的现代电子产品趋向于小型化和集成化, 热量的积累可能导致先进电子器件失效甚至损坏。聚合物基复合材料是目前电子器件散热的主要材料。本文主要对以银纳米线为主要填料的高导热复合材料的制备方法进行了综述, 包括共混法、冻干法、涂层法、浇铸法、静电纺丝法、自组装法, 旨在为新型热管理材料的制备和研究提供一些参考。

具有取向导热结构柔性相变复合材料的制备及导热性能

摘要:为解决高分子基复合材料固有热导率较差这一问题,本文采用简单高效、易工业化的开炼法在聚乙烯辛烯共弹性体(POE) 基体中构建有序的取向结构,制备了一种具有优异综合性能的柔性相变复合材料。在开炼机的强剪切场作用下,石蜡(PW) 和氮化硼(BN) 在POE 基体内部沿剪切场方向发生了定向取向排列,促进了导热通路的构建。当石墨烯纳米片(GNPs) 和BN 添加量分别为2wt% 和25wt% 时,PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 相变复合材料热导率(λ) 从1.01 W·m−1·K−1 (PW/POE) 提高到2.59 W·m−1·K−1,提高了156%。并且PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 相变复合材料具有优异的拉伸强度(21.1 MPa) 和断裂伸长率(719%),在弯曲、折叠成复杂的形状后不会出现任何的破裂,在10 次循环往复拉伸测试中具有良好的可回复性。此外,添加30wt% 的PW 能够赋予PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 一定的焓值(44.1 J·g−1);当施加80 mW·cm−2 的光照强度时,表面贴有PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 复合材料的瓶内温度高达54.3℃,较未添加GNPs 的PW/POE 提高了20℃,并且在光照条件下,PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 复合材料具有优异的光驱动可恢复性能,使其具有潜在的光热转换应用前景,在实际应用和工业化生产方面具备巨大潜力。

碳纤维增强热塑性复合材料摩擦性能研究进展

摘要:高性能碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有高强高韧、自润滑耐磨和成型效率高等优异特性,作为摩擦材料在航空航天、海洋工程、交通运输和医疗器械等领域具有重要应用。本文综述了CFRTP摩擦性能的研究进展,主要包括碳纤维增强聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、超高分子量聚乙烯和聚酰胺等五种常用热塑性树脂基复合材料的减摩抗磨改性及其机理研究,并对比分析了其各自的优缺点及应用领域。最后对CFRTP在摩擦领域应用中存在的问题和未来发展前景进行了展望,为开发耐磨且力学性能优异的高性能结构- 功能一体化碳纤维复合材料提供有益的参考。