复合材料在体育器材行业的应用研究综述

摘要: 复合材料凭借轻质高强、耐腐蚀等特性,被广泛应用于体育器材领域。本文综述了体育器材行业纤维增强塑料的研究进展: 碳纤维优化结构显著提升器材稳定性与竞技性能; 纤维增强材料减轻重量并延长寿命; 复合材料通过抗疲劳与环保性推动行业高效发展。现有研究存在材料性能分析片面、应用缺乏系统性及创新受限( 如成本高、工艺复杂) 等问题。未来需深化材料综合性能研究,构建全生命周期应用体系,并拓展其在大众体育领域的低成本应用,为技术进展提供参考。

金刚石粒度和含量对自蔓延高温合成NiAl结合金刚石复合材料性能的影响

摘要: 以Ni粉、Al粉、金刚石为原料,采用自蔓延高温合成法制备了NiAl结合金刚石复合材料,研究了金刚石的粒度和含量对Ni-Al 体系燃烧温度和燃烧波蔓延速度的影响以及对复合材料性能的影响。结果表明:金刚石降低了Ni-Al体系的燃烧温度和燃烧波蔓延速度,并提高NiAl基体的抗压强度和维氏硬度。但随着金刚石含量的增加,复合材料的力学性能有所下降,NiAl峰升高,Ni3Al峰下降。随着金刚石的粒度降低,Ni-Al体系的燃烧温度先降低后升高,燃烧波蔓延速度则是先增大后减小,复合材料的抗压强度先升高后降低,维氏硬度降低,Ni3Al 峰先升高后降低,NiAl和Ni峰则是先降低后升高。当金刚石含量为10mass%、粒度为150~180μm 时,复合材料的综合性能最佳,体积密度为3.28g/cm3,抗压强度为92.0MPa,维氏硬度为122.06HV,Ni3Al峰达到最高。

金属与碳纤维增强热塑性复合材料连接研究进展

摘要:碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(Carbon fiber-reinforced thermoplastic composites,CFRTP)作为新一代轻量化结构材料,凭借其优异的比强度、比模量及抗疲劳特性,已成为航空航天领域替代传统金属构件的战略材料。通过实现CFRTP 与航空铝合金、钛合金等金属材料的可靠连接,可使结构件整体减重达30% ~ 40%,同时兼具金属的高导热性和复合材料的耐腐蚀优势,这对提升飞行器推重比和燃油效率具有显著价值。由于异种材料之间理化性能差异较大,在生产过程中混合应用多种轻量化材料仍面临巨大挑战。本文总结了近年来金属与CFRTP 连接技术的国内外研究成果,包括连接工艺、连接机制以及界面调控方法。首先介绍了金属/CFRTP主要连接工艺与研究进展,进一步概括了热连接界面改性的原理,并分别展开论述了金属与CFRTP 界面机械嵌合调控与界面化学键合调控两种调控方法。最后,系统梳理并总结了当前金属与CFRTP 连接研究进展与存在的关键问题,并对其未来的发展做出展望,为新一代航空航天装备的轻量化设计提供理论支撑和技术保障。

碳化硅陶瓷涂层在碳/碳复合材料表面应用的研究进展

摘要: 碳/碳复合材料以其优异的力学性能、高温稳定性及轻质高强特性,在航空航天、汽车、能源和国防等关键领域具有广阔的应用前景。然而,其在高温氧化环境中的易氧化性限制了其广泛应用。为突破这一瓶颈,研究人员致力于探索多种表面防护策略。其中,硅基陶瓷涂层尤其是碳化硅涂层凭借其突出的化学稳定性、抗氧化性能及成本效益优势,成为当前研究热点。目前,碳化硅涂层的主要制备技术包括化学气相沉积、包埋渗、气态硅渗透和热喷涂法。系统综述了上述4 种方法制备碳/碳复合材料表面碳化硅涂层的研究进展,并对未来发展趋势进行展望。

碳纳米管/氧化锌协同增强碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能

摘要:在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2~12.4GHz波段的电磁屏蔽效能达到50 dB,比碳纤维复合材料提高了51.52%。这种材料的优异性能,可归因于氧化锌纳米线的高效介电损耗、连续碳纳米管薄膜的高导电性、层间多组元界面的多重反射和高效吸收损耗。

碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

摘要:碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后,切缝表面和横截面存在热损伤,这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题,采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律,研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明:高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度;激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2mm厚CFRP切割试验中发现:横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关,0°碳纤维热影响区宽度最大,45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近,90°碳纤维热影响宽度最小;另外,提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展,水射流速度由80m/s提高至120m/s,最大热影响宽度缩小35.7%。

阻燃聚合物复合材料研究进展

摘要:相比传统材料,聚合物复合材料大多具有密度低、比强度高、耐化学腐蚀、热稳定性好和易加工成型等特点,目前在航空航天、电子、建筑、汽车、化工、纺织、消防等领域得到广泛应用,但易燃性严重制约了其在明火或高温环境的安全性和可靠性,因此,降低其易燃性已成为工业应用的强制要求,开发阻燃型聚合物复合材料成为有效途径。近年来,环境友好型高效阻燃剂开发和配方设计,功能型植物纤维、多孔易修饰的金属有机框架化合物以及纳米矿物增强的聚合物复合材料研究均取得长足进步,对提升新型轻质、高强、多功能阻燃复合材料附加值和拓宽其应用领域具有重要影响。本文综述近年来卤系、磷系和镁系等传统阻燃剂,以及硅系、碳系、生物质基、金属有机骨架基和离子液体基等新型阻燃剂开发和功能化现状,归纳聚合物复合材料阻燃改性技术,总结复合材料阻燃机理,展望阻燃聚合物复合材料发展趋势,以期为新颖环保型高性能阻燃材料开发与利用提供参考。

面向零碳制冷与热泵的电卡复合材料及柔性制冷器件

摘要:电卡效应是一种新型凝聚态制冷效应,其来源于极性材料的电致相变导致的偶极有序度的可逆调控。由于使用电容型场效应(无载流子输运),电卡制冷循环能量可逆性好、介电损耗低,在单次极化-退极化循环中材料能量回复效率接近85%。因此,电卡制冷器件具有理论能效高、制冷功率密度大、器件集成度高、易维护、噪音低和尺寸缩放可控等优点。同时,由于其直接使用电能作为驱动,无需压缩机、永磁体等触发二次能量转换,能更方便地与民用、商用环境结合。综合各项指标,电卡效应具有的潜在技术优势不容忽视,被国际上多个组织认为有望成为一种大规模应用的替代制冷方式。然而,目前电卡制冷系统所使用的各类单相材料各自存在难以突破的缺陷。为了结合不同体系材料的优势,设计并制备复合材料是领域内重要的研究方向。综述电卡制冷复合材料的发展与其在柔性制冷/热泵系统中的应用,并展望电卡固态热管理技术在一揽子零碳技术中的未来发展方向与潜力。

激光增材制造网状结构金属基复合材料的研究进展

摘要:相较于传统增强相呈均匀分布的金属基复合材料,网状结构金属基复合材料因其独特的“机械互锁”“位错钉扎”等组织结构特征,具有更优异的室温强度、高温强度、弹性模量和断裂韧性,在航天、航空等领域上具有广泛的应用前景。激光增材制造技术可实现对网状结构的精细化调控,为网状结构金属基复合材料的进一步发展提供了新的途径。本文综述了高能量激光束诱导马兰戈尼对流作用下网状结构金属基复合材料的形成机理、影响网状结构形成的因素、不同类型网状结构的显微组织结构特征,分析了网状结构金属基复合材料的多段弯曲断裂、微孔聚集断裂等断裂机制,阐述了在霍尔−佩奇、奥罗万、泰勒、载荷传递等强化机制共同作用下的强化机理,以及独特的增强相贫、富区协同作用下的韧化机理,并对其未来的研究方向进行了展望。

环保复合型融雪剂的研究进展

摘要:针对传统氯盐型融雪剂(NaCl、CaCl2、MgCl2等)长期使用导致路面等基础设施腐蚀失效,同时对环境也造成了不可逆的损伤等因素,开发环保复合型融雪剂已成为该领域的重点研究方向之一。本文首先对目前国内外现有融雪剂的标准进行了总结;并对近期常用的氯盐型和非氯型融雪剂的制备及在使用中存在的问题进行了评述;同时,对环保型复合型融雪剂研究进展及发展方向进行了总结与展望。以期为高效环保复合型融雪剂的研制提供一定的指导。