薄壁可变形碳纤维复合材料在航天器中研究进展

摘要:本文主要介绍了薄壁可变形碳纤维复合材料目前国内外研究进展,特别是C型、豆荚型、人字形、开口铰链、伞型网状等典型结构的材料制备技术、结构设计优化、性能优化研究,并介绍了典型结构的地面验证试验及型号应用案例,对目前该方向存在的材料与工艺、结构、辅助设备等方面的问题进行了分析,最后对薄壁可变形碳纤维复合材料后续重点研究方向进行了展望。

碳纤维增强树脂基复合材料及其拉索抗低速冲击性能综述

摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer composite,CFRP) 拉索具有轻质高强特性和优异的耐腐蚀疲劳性能,可替代钢拉索应用于桥梁结构中以应对桥梁更大跨度、更恶劣服役环境的需求。然而,CFRP 拉索较差的抗低速冲击性能导致其在服役期间面临车辆、落石等撞击的威胁。为全面了解CFRP的抗冲击性能,促进CFRP拉索在工程结构中的应用,本文对CFRP 及其拉索的基础动态力学性能、冲击响应及损伤失效研究现状进行了总结。现有研究表明:CFRP具有应变率敏感性,但CFRP的应变率效应尚不明确,需建立包含全应变率范围的力学性能数据库;CFRP层合板抗冲击性能研究较为全面,然而截面形式差异、较大的长细比、轴向应力耦合等因素导致CFRP层合板的研究结论不能完全适用于CFRP拉索;现有研究停留在冲击能量、锚固长度及温度对小吨位CFRP拉索抗冲击性能的影响,缺乏对大吨位CFRP拉索抗冲击性能及损伤失效机制的研究;CFRP拉索在车辆撞击下破断时的峰值索力远低于其轴向拉伸破断力,应对拉索进行严格的防撞设计。

超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的研究现状与分析

摘要:超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与碳纤维和芳纶纤维并称当今三大高性能纤维,具备低密度、高抗冲击性能、高断裂强度和模量的特性,同时拥有优异化学稳定性。本文综述了UHMWPE纤维及其复合材料的研究现状和最新进展,包括UHMWPE 纤维和其他几种高性能纤维的性能对比,UHMWPE纤维的典型生产工艺及其对纤维性能的影响,与UHMWPE纤维匹配的树脂基体种类,提高纤维表面粘结性能、耐热性能和抗蠕变性能的改性方法,纤维织造与复合工艺及UHMWPE纤维及其复合材料的应用;最后分析了UHMWPE纤维及其复合材料当前存在的主要问题,探讨了未来可能的发展方向。

Al-Ag功能梯度复合材料的制备及其性能研究

摘要: 准等熵压缩实验可以通过轻气炮驱动不同阻抗分布的弹丸材料实现。弹丸的阻抗分布决定了加载的应力-应变率范围。采用粉末铺层结合热压烧结工艺制备了阻抗连续变化的Al-Ag梯度复合材料,并对单层Al-Ag复合材料以及Al-Ag梯度复合材料的结构与性能进行了研究。结果表明,Al-Ag梯度复合材料的最佳烧结工艺为570℃-100MPa-2h,各组分的Al-Ag复合材料致密度均大于95%。除此之外,各组分的Al-Ag复合材料的力学性能、SEM、热膨胀系数结果均表明Al-Ag梯度复合材料的可行性。Al-Ag梯度复合材料的SEM 和EDS结果表明梯度复合材料内部元素分布与设计方案一致,层间平行度较好。动态加载实验结果显示Al-Ag梯度复合材料具有良好的准等熵加载效果,有明显的准等熵加载效果,与模拟结果吻合较好。制备的Al-Ag梯度复合材料具有稳定的准等熵压缩效果,为探究不同应力-应变率下的材料的高压物性参数及损伤机制提供了支撑。

CFRP超声加工技术研究进展

文摘:碳纤维复合材料(CFRP)的力学性能呈各向异性且层间连接强度差,常规加工中易出现加工缺陷,严重制约其推广和使用。超声加工技术在常规机械加工的基础上叠加高频超声振动,有效降低切削力和切削温度,抑制CFRP加工缺陷产生,得到较为广泛的应用。本文基于CFRP超声加工技术研究现状,简述超声加工技术的超声振动刀柄、无线传输系统和超声电源的系统组成,从运动学特性、切削力、切屑形成机制等角度分析超声加工的材料去除及缺陷形成机理,探讨CFRP加工过程中分层、毛刺、撕裂等加工损伤成因、检测方法和超声加工的抑制作用,总结超声加工的工艺优势、应用模式及工艺参数对超声加工效果影响规律,并对超声加工技术发展趋势进行展望。

面向海工建设的海水海砂工程水泥基复合材料研究进展

摘要:在加快建设海洋强国的战略背景下,海水海砂工程水泥基复合材料(ECC)的开发与应用对于沿海及海岛地区海洋基础设施的建设具有重要意义。海水海砂ECC不仅继承了传统ECC优异的韧性、延展性和裂缝控制性能,还在实际工程中展现出更强的抵御海洋环境中腐蚀性介质侵蚀及自然灾害频繁冲击的能力,具有广阔的应用前景。本文系统梳理了海水中无机盐离子、海砂颗粒形貌和矿物成分对ECC力学性能的影响,探讨了基于3D打印海水海砂ECC的增材制造技术,并总结了其在工程中的典型应用场景。在此基础上,进一步分析了当前海水海砂ECC研究中存在的关键科学问题和技术难点,展望了其在未来发展所面临的机遇与挑战。

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。

柔性纺织基电磁屏蔽复合材料的研究进展

摘要:电子通讯的飞速发展与高频应用带来极大便利,但同时也导致电磁污染问题越发严重,因此开发电磁干扰屏蔽材料至关重要。在屏蔽材料日渐追求“薄、轻、宽、强”的今天,柔性电磁屏蔽材料以其轻质、柔韧及良好的加工性呈现出极大应用前景。目前从不同尺度对于柔性电磁屏蔽复合材料的系统性研究综述较少,因此本文首先从微观角度论述了几种常见基底复合纳米材料,发现大多研究是从多结构设计及构建多相材料复合体系角度提高电磁屏蔽效能,在此基础上进一步拓宽至宏观纺织基复合材料中,分析了不同形态复合纺织品在加工过程中的优化方法,主要有材料复合、结构设计及改性处理等。最后对相关研究工作进行总结及展望。本文可为柔性电磁屏蔽复合材料研究提供理论参考,为功能纺织品研发提供借鉴思路。

高体积分数SiC增强铜基复合材料的制备与性能研究

摘要: 随着现代工业的快速发展,SiC/Cu复合材料以其优异的导电性、高强度、导热性等在电子封装领域有着巨大的应用前景。通过化学镀与粉末冶金法成功制备了高体积分数β-SiC@ Cu/Cu复合材料,并通过金相显微镜、XRD、SEM等分析手段对其物相、微观组织和热膨胀系数进行了表征。结果表明: 随着SiC体积含量的增加,β-SiC@ Cu/Cu复合材料的致密度、抗弯强度均减小,而复合材料的硬度随之增大;β-SiC@ Cu/Cu 复合材料的抗弯强度达在70MPa以上,热膨胀系数为4.5×10-6~10.0×10-6/℃,满足现代电子封装材料性能要求。

超疏水涂层的制备、性能及应用研究进展

摘要 :随着材料工程和涂料工业的发展,具有耐腐蚀、自清洁、防雾、减阻或抗结冰等性能的超疏水涂层由于能够满足不同应用领域的功能需求,越来越受到研究人员的关注。此外,通过进一步在涂层内部引入隔热、防冰、阻燃、防腐等功能填料可赋予其多功能性,极大地拓宽了超疏水涂层的应用领域。本文首先对超疏水涂层的原理进行了梳理;进一步阐述了超疏水涂层的经典润湿理论,包括杨氏模型、Wenzel 模型和Cassie-Baxter 模型;随后分析了超疏水涂层不同制备方法的特点,并对各方法的优缺点进行了对比;最后通过介绍掺杂功能填料的多功能超疏水涂层研究进展,指出超疏水涂层存在的主要问题,并对其发展方向进行了展望。