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。

航天先进复合材料研究进展

摘要 :先进复合材料是各类航天飞行器热防护和结构系统的关键材料,决定了飞行器的先进性与可靠性。 本文介绍最近几年国内外在陶瓷基热结构、超高温低烧蚀防热、树脂基轻质烧蚀防热、高性能热透波、高温 高效隔热及结构复合材料等领域的代表性研究工作,并结合航天飞行器发展需求,对未来航天先进复合材料 发展方向进行了探讨。

石墨烯/聚氨酯复合材料研究进展及在衬层中的应用展望

摘要:综述了石墨烯/ 聚氨酯复合材料的研究进展,指出石墨烯因其在聚氨酯中表现出增强增韧、协同阻燃和阻隔等效应,从而在提高聚氨酯的力学性能、阻燃性能和抗渗透性能等方面获得广泛关注,并对石墨烯在提高衬层的力学性能、阻燃性能和抗迁移性能等方面的应用进行了展望。

生物质复合材料吸附水中重金属离子的研究进展

摘要: 随着现代工业的发展,重金属水污染已成为最重要的环境问题之一,重金属离子毒性强、难降解,在很大程度上对人类、水生动物和植物有害,破坏生态系统。吸附法低成本、去除效率高、可循环利用等优点使其成为废水处理的重要方法之一。生物质材料资源丰富、成本低、绿色环保,以其为新型吸附剂原料被广泛研究。基于此,该文以金属有机骨架、沸石、生物炭类为例,首先综述了生物质复合材料的制备及改性方法,总结了吸附剂的性能对金属离子吸附的影响,其次阐述其与金属离子之间的吸附机理,最后对生物质复合材料在水污染治理发展方面提出展望。

基于图案化方法制备高导热氮化硼/液晶环氧复合材料

摘要;环氧树脂作为传统覆铜板的绝缘基板,其导热性能相对较差,无法满足日益增长的散热需求.本工作采用两步丝网印刷方法制备了具有高导热性能的图案化氮化硼/液晶环氧复合材料. 首先,以低氮化硼含量(10 wt%~30 wt%)的液晶环氧涂膜液作为基体印刷非图案区域,再以高氮化硼含量(60 wt%~80 wt%)的液晶环氧涂膜液填充图案化区域(点、线和网格),通过图案点阵与基体中氮化硼的相互协同构建良好的面外和面内导热通路,获得了一系列高导热氮化硼/液晶环氧图案化复合材料,并深入探讨了图案化参数对材料性能的影响. 结果表明,丝网印刷的图案化复合材料在26.36 wt%氮化硼填料含量下实现了11.5 和20.5 W/(m·K)的面外和面内热导率. 同时,在41.52 wt%氮化硼填料含量下的面外和面内热导率甚至可以达到26.0 W/(m·K)和36.6 W/(m·K),分别是相同氮化硼含量的氮化硼/液晶环氧共混复合材料的10.8 倍和11.8 倍.

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。

复合材料进气道一体化成型工艺研究

摘要:本文以某型无人机进气道为实例,对其一体化低成本制造工艺进行了研究。通过对比现有不同进气道模具方案的优缺点确定采用低熔点合金芯模方案; 设计制造了两种芯模铸造模具完成满足要求的进气道芯模生产;分别采用湿法+ 烘箱、预浸料+ 热压罐两种成型工艺制作了进气道样品,经验证均满足使用要求。采用本文的成型工艺制造的进气道在满足使用要求前提下可提高生产效率、降低成本,满足批量化生产要求。该种生产工艺也可用于其他类似结构复合材料制件的生产制造。

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。

深海用复合材料耐压舱夹层结构设计

摘要: 本文以水下1000 m复合材料耐压舱为研究对象, 针对技术指标要求, 对耐压舱进行复合材料夹层结构设计, 通过有限元计算、铺层的多次迭代设计和结构校核, 最终设计了带有内环筋, 隔层面板和泡沫这种特殊“三明治”夹芯结构的碳纤维复合材料耐压舱, 重量较铝合金结构减重40%。对制备的耐压舱试件进行15 MPa外压试验考核。试验结果表明, 制备的复合材料耐压舱在使用条件下未发生渗水及结构破坏, 能够在实现减重的同时满足使用要求, 设计的复合材料夹层结构安全可靠, 为未来水下耐压舱体的设计提供一定的参考依据。