桥梁用碳纤维复合材料索应用进展

摘要:碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,下简称CFRP)索具有轻质、高强、耐腐、抗疲劳等优异性能,是作为预应力结构、大跨和超大跨桥梁缆索的理想型建筑材料。CFRP 索作为各项异性材料,其横向力学性能远低于其纵向性能,因此,传统钢丝缆索的锚固系统已不适用于CFRP索。多年来,众多学者一直致力于CFRP索锚固系统的各项研究,CFRP索在研究和实践中不断发展,促成了国内外桥梁应用CFRP索的多项工程。本文以时间为线索,通过重点介绍国内外桥梁建筑中有代表性的应用CFRP 索的工程案例及相关技术发展,说明了CFRP索用于桥梁的可行性和实用性,同时提出了CFRP 索的应用前景。

基于DIW 的“互锁”型层状钛基复合材料成型及其力学性能

摘要:采用浆料直写打印(directinkwriting,DIW)技术对0.8%(体积分数,下同)BNNSs/TC4浆料和TC4浆料进行双材料互嵌打印,构建层间“互锁”界面。结合DIW 和快速热压烧结(fasthotpressedsintering,FHPS)技术得到纳米TiB增强的层间“互锁”型致密层状TC4-TiB/TC4复合材料,并对其力学性能进行研究。

木质素基复合材料的直写式3D打印及其功能应用

摘要:作为自然界最丰富的可再生芳香族生物质资源,木质素近年来在能源、环境、医学等领域受到广泛关注。其中,采用3D打印技术构建具有特定结构和功能的木质素基复合材料是提升木质素附加值的重要途径之一,同时可有效避免木质素化学结构复杂多变、多分散性高、刚性大等在传统材料制备过程中带来的负面影响。本文围绕木质素基复合材料的直写式3D打印,重点综述了近年来木质素基复合材料在直写式3D打印方面的研究成果与进展。首先介绍了木质素的结构特性及直写式3D打印技术;然后系统总结了木质素流变学特性与其打印性能之间的构-效关系;最后讨论了3D打印的木质素基复合材料在能源、环境等领域的应用现状及其面临的挑战,并展望了木质素基复合材料在直写式3D打印方面的发展方向。

原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

摘要:弥散强化型铜基复合材料,兼具优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。原位合成法是在一定温度下金属基体内发生化学反应,原位生成一种或几种陶瓷增强体的技术。原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要的问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。本文总结了几种较为常用的制备弥散强化型铜基复合材料的原位合成方法,并对比分析了几种方法的特点、优劣及技术难点。同时,本文综述了原位合成法对铜基复合材料中颗粒尺寸和分布的影响,分析了原位合成法不同参数对复合材料力学及综合性能的影响规律,并从增强相颗粒形核与生长的原理出发,提出了促成细小弥散颗粒增强相的工艺方案。

热管理用碳/金属复合材料界面结构优化研究进展

摘要:碳/金属复合材料具有优良的热学性能和可设计性,是极具发展前景的热管理材料。基于碳/金属复合材料常见的界面结合差、界面热阻高问题,本文分别从基体合金化和增强体表面镀覆两个方向综述了碳/金属复合材料界面改性方法的研究进展,分析界面改性对复合材料界面结合的影响。基于理论计算、模拟计算和试验测试,总结了目前的界面热阻分析方法。最后,从界面热阻测试、界面传热机制分析、界面层设计与控制3个方面对碳/金属复合材料的未来研究方向进行了展望。

典型结构功能一体化复合材料的设计与制备技术

摘要:在碳纤维增强树脂基复合材料轻量化与结构性能持续提高的前提下,同时附加其特定的功能,尤其是在不损失、甚至提升其层间断裂韧性的情况下,不仅可以弥补结构复合材料天然的缺陷,例如树脂基体的电绝缘性,也可以使其满足特定产品的要求,例如高刚度兼具一定的吸声降噪特性等。显然,对于航空航天这样的尖端应用领域,这种功能附加或结构功能一体化的复合材料技术对航空航天技术的未来发展至关重要。本文介绍了4种具有典型性的结构功能一体化复合材料的设计、制备与性能研究,分别是基于层间功能化插层和基于内织导电纬纱的导电增韧一体化复合材料及多级孔碳化棉纤维填充蜂窝/微穿孔面板的夹芯复合材料结构和编织布/无纺纤维毡复合材料片材折叠成型的结构吸声一体化复合材料。前两种材料分别通过在复合材料富树脂的层间插入导电功能化插层和在复合材料内引入贯通整个材料的导电纬纱网络实现了复合材料的导电性能与层间韧性的同步提高,而后两种材料则分别通过多级孔结构的碳化棉纤维材料填充蜂窝/微穿孔面板夹芯技术和编织布/无纺纤维毡复合材料片材的折叠技术实现了良好的吸声性能等,以展示多尺度、多层次结构设计和制备技术在结构复合材料功能化集成和结构功能一体化方面的应用。

多孔石墨烯/SiC基复合材料的直写3D打印制备

摘要:以石墨烯和SiC粉末(SiCpowder,SiCp)为填料,聚碳硅烷(polycarbosilane, PCS)为陶瓷前驱体,制备石墨烯/SiCp/PCS 浆料,通过直写 3D打印和高温热解得到多孔结构的轻质导电石墨烯/SiC基复合材料。研究浆料成分和打印工艺对3D打印成形性的影响,并表征复合材料的结构和性能。结果表明:通过控制固相含量、石墨烯/SiCp复合粉末中的石墨烯含量和分散剂含量,使浆料黏度在32.0 Pa·s左右时,挤出丝成形性良好;打印速度为360 mm/min、打印层高为0.48 mm 时,点阵网格结构的3D打印成形性最佳;打印素坯在1 100 ℃保温2 h后,PCS热解为陶瓷。多孔复合材料的平均抗压强度和电导率分别为11MPa和8 S/m。本研究为多孔石墨烯/SiC基复合材料的制备提供了一条新路径。