C_f/PMMA-PMA复合材料疲劳行为及生物活性

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸甲酯(MA)为起始原料,过硫酸钾(KPS)为引发剂,1.5 wt%聚丙烯腈基碳纤维为增强相,采用悬浮聚合的方法,制备了碳纤维增强PMMA-PMA基复合材料(Cf/PMMA-PMA)。研究了疲劳周期对Cf/PMMA-PMA复合材料抗弯强度的影响及其生物活性。采用X射线衍射分析(XRD)对复合材料的结构进行了表征,应用万能材料试验机测试了复合材料的抗弯强度,并利用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的断面显微形貌进行了分析。结果表明,在0~5000次的循环次数内,复合材料的抗弯强度没有显著变化,试样表面的受力处也没有出现裂纹等现象。随复合材料在模拟体液(SBF)中浸泡时间的延长,复合材料表面沉积的羟基磷灰石(HA)颗粒增多,说明复合材料具有良好的生物活性。此外,SBF的浸泡对Cf/PMMA-PMA复合材料的力学性能几乎没有影响。     

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。     

羟基磷灰石的含量对C_(f)/HA-CS复合材料力学性能的影响

以羟基磷灰石-壳聚糖(HA-CS)为基体,炭纤维为增强相,采用原位杂化的方法,制备了短切炭纤维增强HA-CS生物复合材料(C(f)/HA-CS)。重点研究了HA含量对复合材料结构及性能的影响。采用红外吸收光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和万能材料试验机分别对材料的结构及性能进行了测试和表征。结果表明,随着HA含量增加,复合材料的抗折强度和压缩强度都呈现先增加后下降的变化规律;当HA/CS=0.1时,复合材料抗折强度和压缩强度分别达到62.57 MPa和59.55 MPa的极大值。     

玉米秸秆纤维/脱硫石膏复合材料的性能

采用玉米秸秆纤维作为脱硫建筑石膏的增强材料, 通过力学性能测试实验研究了不同掺量秸秆纤维对石膏基复合材料力学性能的影响, 讨论了秸秆纤维的增强机制。结果表明, 秸秆纤维的掺量为5%时, 试样的抗折强度和抗压强度较空白样分别提高了92.31%和7.14%; 采用碱处理法、 聚丙烯酰胺化学包覆法、 丙烯酸化学包覆法对秸秆纤维进行表面改性, 通过力学性能测试实验和扫描电镜微观形貌观察研究了纤维表面改性对石膏基复合材料力学性能的影响。结果表明, 纤维表面改性改善了复合材料的界面结合状况, 进一步提高了复合材料的力学性能, 丙烯酸化学包覆改性可使脱硫建筑石膏复合材料的抗折强度较未改性玉米秸秆纤维/脱硫石膏复合材料提高55.71%, 抗压强度提高22.99%。      

复合纤维增强疏水SiO2气凝胶的制备及其性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,复合纤维为增强相,采用溶胶-凝胶法和常压干燥技术制备了纤维增强疏水SiO_2气凝胶复合材料。利用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、比表面积分析仪等手段对气凝胶的化学组成、形貌及结构等进行了分析,并且测量了样品的密度和抗折强度。结果表明:经常压干燥制备的SiO_2气凝胶复合材料加工成块性较好,密度在0.27g/cm~3左右,比表面积达到878.544m~2/g;随着复合纤维的掺入,凝胶填充了纤维之间的大部分微米空隙,并与纤维形成了比较密实的结构,复合材料的抗折强度提高到了1.53 MPa,使得材料有较好的韧性,适用于不规则形状的隔热。     

聚乙烯醇乳液改性对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料性能的影响

为解决汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料力学性能较差的问题,本文提出采用聚乙烯醇(PVA)乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料进行改性。在优化秸秆纤维的粒径和掺入量后,采用PVA乳液与秸秆纤维和水泥进行共混成型,制备了改性后的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料。研究了不同质量比的PVA乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的抗折强度、密度、比强度和弯曲韧性的影响,通过含水率、吸水率及红外光谱测试揭示了PVA乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的改性机制。结果表明:汉麻秸秆纤维粒径为1700 μm及掺入量为12%时,秸秆纤维对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的增强作用最好。随着PVA乳液质量比的增加,改性后汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的密度逐渐减小,弯曲韧性逐渐提高。当PVA乳液质量比为4.8%时,相较于未改性的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料,改性后的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料抗折强度和比强度分别提高了17.17%和20.50%。通过PVA乳液改性使汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料中秸秆纤维与水泥之间的界面得到改善,并缓解了秸秆纤维对水泥水化反应的阻碍作用。      

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

莫来石纤维增强多孔玻璃基复合材料的结构与性能

采用固相烧结法制备了莫来石纤维增强多孔玻璃基复合材料,研究了莫来石纤维含量与多孔玻璃微观结构、密度、抗折强度及应力储能模量之间的关系。采用XRD、SEM等检测手段对复合材料的物相组成及断面的微观形貌进行测试,阿基米德法测其密度与开气孔率,使用万能材料试验机测试其抗折强度,使用动态热机械分析仪(DMA)对其应力储能模量进行测试。结果表明,随着莫来石纤维含量的增加,多孔玻璃的孔径大小趋于均匀,闭孔结构增多,但过多莫来石纤维的加入,会产生许多微孔,抗折强度和密度都随莫来石纤维含量的增加而增大,加入10%(质量分数)的莫来石纤维时,比强度达到最大值为0.012m2/s2。在加入莫来石纤维后,应力储能模量明显降低,韧性得到改善。     

剑麻纤维/酚醛树脂原位复合材料耐磨性能研究

为了探讨剑麻纤维对复合材料耐磨性能的影响,采用聚合填充工艺,通过模压成型方式制成剑麻纤维/酚醛树脂(SF/PF)原位复合材料.考察了SF的表面处理方式、用量、长度以及同玻璃纤维(GF)混杂增强与复合材料耐磨性能的关系;用扫描电镜(SEM)对材料磨损的表面形态结构进行了研究.结果表明,SF的用量和长度对材料的耐磨性能有一定影响,合适的用量和长度是得到高耐磨性能复合材料的必要条件,GF与SF混杂后材料的耐磨损性能随着SF用量的增加而增加;SEM揭示了复合材料相应的磨损机理.SF表面处理后复合材料的耐磨性能得到了显著提高.     

纤维增强纳米SiO2复合隔热材料的力学性能研究

采用干法成型工艺制备了纤维增强纳米SiO2复合隔热材料,考察了成型压力和纤维长度对复合材料力学性能的影响。结果表明,成型压力越大,复合材料承受压力载荷的能力越强,纤维表面致密的纳米级颗粒覆层对纤维起到的保护和应力缓冲作用越强,抗折强度越高。增强纤维长度对抗压强度影响不大,纤维越长,抗折强度越高,但当纤维过长时会因分散困难而导致抗折强度下降,故适宜的纤维长度为5mm。此外,采用等效包容体理论建立了纤维增强复合材料细观力学分析模型,并对纤维增强机理进行了深入分析和探讨。     

SiO2 / 氰酸酯纳米复合材料的力学性能和热性能

采用高速均质剪切法制备了SiO₂ / 氰酸酯(CE) 纳米复合材料, 并对该体系的静态力学性能、动态力学性能和热稳定性进行了研究。结果表明, 纳米SiO₂的加入提高了复合材料的冲击强度和弯曲强度。当SiO₂ 含量为0. 30 wt %时, 复合材料的冲击强度达最大, 增幅为88. 9 %; 当SiO₂含量为0. 15 wt %时, 材料的弯曲强度达最大, 增幅为2010 %。复合材料的储能模量和高温损耗模量较纯CE 树脂有明显提高, 玻璃化转变温度比纯CE 提高了31. 2 ℃, 热分解温度在SiO₂含量为0. 30 wt %时达最大, 失重为10 %时的热分解温度提高了25. 7 ℃。      

石墨/ 高铝水泥模压复合材料双极板的特性

采用高铝水泥作为粘结剂, 石墨作为导电填料, 通过室温模压的方法制备了导电复合材料, 拟用于制作质子交换膜燃料电池的双极板。对石墨/ 高铝水泥复合材料双极板的电性能和力学性能的影响因数进行了分析和评价, 并测量了该复合材料双极板的含水量、凝胶毛细孔尺寸分布和氢气渗透性。实验结果表明: 含有60 wt %石墨的石墨/ 高铝水泥模压复合材料双极板的电导率和力学强度基本上可以同时满足质子交换膜燃料电池的使用要求; 并且该复合材料双极板含有凝胶毛细孔, 约具有7 wt %的含水量, 具有自增湿功能; 此外, 氢气渗透率也较低。      

苎麻布/聚丙烯复合材料的力学性能

利用聚丙烯及苎麻布作原料、马来酸酐接枝聚丙烯 (MAPP) 作界面增容剂, 采用模压工艺, 在175℃, 5、10、15及20 MPa四种压力下成型复合材料, 研究了MAPP质量分数、苎麻布质量分数及成型压力对复合材料力学性能的影响。复合材料的拉伸强度和弯曲强度在MAPP加入量为 3 %和 5 %时分别达最大值 46.72 MPa和 68. 43 MPa , 较无MAPP的复合材料的强度值分别提高 50. 95 %和 61. 81 %; 拉伸模量及弯曲模量因使用MAPP而增加, 但拉伸断裂伸长率却会下降。随着苎麻布质量分数增加, 复合材料拉伸强度、 拉伸模量、弯曲模量均逐渐增加; 苎麻布质量分数10 %、20 %的复合材料在较低的压力 (5、10 MPa) 下成型时 , 其拉伸强度和弯曲强度值相对更高, 当苎麻布质量分数超过20 %后, 成型压力对力学性能的影响无明显的规律。      

选择性激光烧结铝/尼龙复合粉末材料

制备了不同铝粉含量的尼龙12覆膜复合粉末,利用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDX),差示扫描量热分析(DSC),热失重分析(TG)对粉末材料的形貌以及热性能进行了表征。对复合粉末进行激光烧结成形,并研究了不同铝粉含量对烧结件尺寸精度以及力学性能的影响。结果表明:尼龙与铝粉表面粘结良好,烧结过程中尼龙熔融,铝粉均匀分布在尼龙基体中;随着铝粉含量的增多,烧结件的弯曲强度和模量显著提高,冲击强度逐渐降低;铝粉质量分数为50 wt%时,烧结试样的弯曲强度和模量与纯尼龙烧结试样相比分别提高了62. 1%和122.3%;铝粉含量的增多能够有效抑制尼龙基体的收缩,提高烧结件的精度。      

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

激光烧结尼龙12/ 累托石复合材料的结构与性能

将尼龙12 与有机累托石的混合粉末进行激光烧结成型, 利用X 射线衍射(XRD) 、差示扫描量热分析(DSC) 、扫描电镜(SEM) 等手段对烧结试样的材料结构进行了表征, 并对其力学性能及热性能进行了研究。结果表明: 尼龙12 在激光烧结过程中插入到累托石层间, 形成了尼龙12/ 累托石纳米复合材料。复合材料的力学性能及热稳定性能同尼龙12 烧结试样相比均有不同程度的提高, 有机累托石质量分数为10 %时, 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了10.7 %、15.9 %和38.7 % , 热分解温度提高了27 ℃。      

两种先驱体低温裂解制备石英纤维增强氮化硅复合材料

以全氢聚硅氮烷( PHPS) 和聚甲基硅氮烷( PHMS) 为陶瓷先驱体, 通过循环浸渍和600 ℃低温裂解分别制备了三维石英纤维增强氮化硅复合材料, 对比研究了复合材料的力学性能和微观结构。结果表明: 由PHPS 制备的复合材料密度为1. 83 g/ cm3 , 气孔率10 % , 弯曲强度45. 4 MPa , 材料断口平整, 纤维基体界面结合强; 而由PHMS 制备的复合材料密度仅为1. 66 g/ cm3 , 气孔率16 % , 却具有更高的弯曲强度56. 3 MPa , 材料断面较粗糙,界面结合较弱。先驱体活性不同是导致复合材料界面结合强弱及力学性能不同的主要原因。      

三维编织复合材料的疲劳性能

研究了三维编织复合材料的疲劳性能和编织结构对疲劳性能的影响。进行了应力比为011 、实验频率为10 Hz 的拉2拉疲劳性能测试。结果表明, 三维编织复合材料的疲劳强度约为其抗拉强度的60 %～80 % , 比金属材料的疲劳强度的相对值高。编织角是影响三维编织结构复合材料疲劳性能的一个主要因素。随着编织角的增大, 疲劳过程中易出现各种损伤, 而且伴随明显的升温现象。编织角大的试件在疲劳实验过程中模量变化明显, 并且呈现逐渐升高的趋势, 这与金属材料的双模量变化规律不同。在疲劳次数为100 万次后, 试件的剩余强度高于静载拉伸强度, 这主要是由于在疲劳测试过程中, 试件内编织纱线的取向更接近受力方向所致。