纤维金属3维复合材料力学性能研究

研究不同排列方式的纤维金属3维复合材料在不同方向上的力学性能和失效模式,对复合材料试样进行拉伸试验、三点弯曲试验及静态压入试验.拉伸试验表明[0°/0°]排列的复合材料在纤维方向上具有最高的拉伸模量、屈服强度及拉伸强度,而在垂直于纤维方向上具有很低的力学性能.[0°/90°]排列的复合材料由于其仅一侧纤维受拉,其力学性能相对较弱,且变形模式表现为试样的弯曲变形.[0°/0°]和[0°/90°]两种方式排列的复合材料的拉伸剪切性能差别较小.弯曲试验表明[0°/0°]排列方式的复合材料在纤维方向上的抗弯能力最高.静态压入试验表明,[0°/0°]和[0°/90°]的复合板具有近似的抗压入破坏能力.试样破坏模式显示,纤维金属3维复合材料未出现界面失效等结构性破坏,具有优良的界面强度.     

抗开裂PC/PET复合材料的制备及其性能

以聚碳酸酯树脂(PC)为基材,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为填料,乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)为增韧剂,含氢硅油(H212)为交联剂,通过熔融共混法制备了不同比例的PC/PET食品级抗开裂复合材料。利用TG,DSC,电子万能试验机和冲击试验机对所制备的PC/PET复合材料进行了表征与测试。结果表明：当PET质量分数为20%时,PC/PET具有最好的相容性,同时热稳定性最好;PC/PET复合材料的断裂伸长率和冲击强度先增大后减小,当PET的质量分数为20%,断裂伸长率和冲击强度较纯PC分别提高了12.8%和17.5%,材料具有最好的韧性。实验表明PC与PET的配比为8∶2时可获得最优的材料性能。     

碳纤维复合材料与金属连接及接头力学性能测试分析

近年来,碳纤维复合材料以其导热性能好、质量轻、强度高的优点在众多领域（如核工业、外空间等）中得到了广泛应用。其与金属的连接主要采用扩散焊、钎焊、胶结、螺栓等方式,在进行钎焊时,大部分的钎料的表面都不湿润,常要在高真空、高温环境下使用活性钎料进行钎焊。不同种类的钎料,接头强度也会具有较大差异。该文主要分析了碳纤维复合材料与常见金属（铜、铝合金）的连接方法,并介绍了接头力学性能的测试方法。     

3D C/SiC复合材料的力学性能

对三维四向编织结构炭纤维增强碳化硅基复合材料的弯曲、断裂韧性和拉伸性能进行研究,利用扫描电镜(SEM)观察材料的断口形貌,获得该材料主要的力学性能及破坏规律.研究结果表明:三维C/SiC复合材料具有较高的弯曲强度和断裂韧性,最高值分别为465 MPa和15.1 MPa·m1/2;界面结合适中的材料纤维与纤维束被大量拔出,表现出较好的假塑性断裂特征;材料的拉伸强度最高达到168 MPa:材料在拉伸过程中,其纤维束在外力作用下向受力的轴向靠拢,纤维束间的夹角减少,材料总应变增加.     

液态模锻SiCp/ZL201复合材料力学性能研究

采用半固态搅拌工艺和液态模锻方法制备了SiCp／ZL201复合材料。用光学金相显微镜、扫描电子显微镜和力学性能试验研究了复合材料的显微组织、力学性能和断口形貌特征。结果表明：复合材料中SiC颗粒分布较均匀，复合材料的硬度随着SiC含量增大而升高，强度具有极大值；液态模锻比压增大，复合材料的致密度增大，塑性增大，收缩率减小。     

钨丝/铜复合材料的力学性能

采用石英管渗流水淬法制备了钨丝/铜复合材料,研究了其力学性能.结果表明,体积分数为60%的钨丝/铜复合材料具有1 185 MPa的拉伸强度和1 340 MPa的压缩强度,压缩时的塑性应变达到6.4%,复合材料存在一定的拉压不对称性.     

PP/PE基木塑复合材料的力学性能研究

以PP和HDPE的混合物为塑料基体,EPDM为增韧剂,木粉为填料,采用挤出成型法制备了PP/PE基木塑复合材料(WPC),研究了配方中PP/PE比例、EPDM加入量变化对WPC力学性能的影响.结果表明:随着WPC中PP质量分数的增加,WPC的弯曲模量增加,但弯曲强度和冲击强度均出现先减小后增大的现象;随着塑料基体中EPDM加入量增加,WPC的冲击强度增加,但其弯曲强度和弯曲模薰降低.     

PET废纤/竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料的力学性能与吸水性能

采用平板模压成型方法制备聚对苯二甲酸乙二醇酯是(PET)废纤/竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料,研究纤维梳理方式及不同质量比对复合材料力学性能与吸水性能的影响。结果表明:相同纤维比例、不同纤维梳理方式的复合材料拉伸强度无显著差异;纤维混合梳理的复合材料弯曲强度和弯曲模量均显著高于分别梳理的复合材料;纤维分别梳理的复合材料耐水性能优于纤维混合梳理的复合材料。动态机械热分析显示:复合材料储能模量随竹原纤维含量增加而增加,PET纤维含量的增加使复合材料阻尼效应增加。复合材料吸水动力学表明:水分在竹原纤维比例高且分别梳理的复合材料内部的扩散符合Fick定律;而水分在竹原纤维比例低且纤维混合梳理的复合材料内部的扩散行为不符合Fick定律。     

ZrC质量分数对C/C-ZrC复合材料力学性能的影响

采用基体改性技术将ZrC引入C/C复合材料中,制备一种新型的C/C-ZrC复合材料.利用X线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究材料的形貌和结构,并采用三点弯曲试验研究材料的力学性能,讨论ZrC质量分数对复合材料断裂行为的影响.研究结果表明:引入的ZrC主要以纳米颗粒的形式分布在材料中;随着ZrC质量分数的升高,C/C-ZrC复合材料抗弯强度逐渐降低,当ZrC质量分数为36.64％时,C/C-ZrC复合材料断裂过程中发生脆性断裂,材料断裂模式转变的原因主要与ZrC质量分数升高引起的纤维损伤及石墨化度提高综合作用有关;经2 000℃的石墨化处理后,断裂过程中材料的脆性行为变得更加明显.     

泡沫金属的力学性能研究

利用Gibson-Ashby模型,对泡沫金属的基本参量(弹性模量和泊松比)进行了理论分析,建立了泡沫金属在弹性范围内的弹性模量和泊松比随相对密度变化的关系式,通过与Nieh等人的实验结果和Roberts等人的有限元分析结果比较表明,得到的关系式能较好地反映泡沫金属特性.研究表明,对于同一模型中,在相对密度相同的情况下,开孔泡沫金属材料的筋条截面惯性矩越大,其弹性模量越大,而泊松比越小.     

PET/PTT复合纤维工艺性能研究

分别测试与分析了3种不同比例PET／PTT复合纤维的热收缩性能、卷曲性能和拉伸弹性．测试结果比较得出，40／60纤维具有较大的热收缩率，50／50纤雏具有较好的卷曲率、卷曲牢度和拉伸弹性回复性能．     

Nb对Ti/Al_2O_3复合材料力学性能的影响

研究了热压烧结条件下Nb元素对Ti/ [φ(Al2 O3 ) =80 % ]复合材料相对密度、抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度等力学性能的影响 ,分析了其影响机理。结果表明 ,在Ti/ [φ(Al2 O3 ) =80 % ]的Al2 O3 复合材料中掺入Nb元素 ,材料的微观组织形貌得以细化 ,性能有了较大提高。随Nb掺量的增加 ,材料的相对密度、维氏硬度与抗弯强度先增大后减小 ,当掺量为 φ =1.5 %时 ,其相对密度、抗弯强度、维氏硬度达到最高 ,分别为 98.13%、5 0 1.0 6MPa和 2 0 .31GPa ,断裂韧性随Nb掺量的增加而增大 ,当掺量为 φ =2 %时 ,其断裂韧性为5 .2 4MPa·m1/ 2 。     

羟基磷灰石含量对纳米粒子-聚己内酯复合材料性能的影响

水热法合成纳米羟基磷灰石(HA)并将其分散在己内酯中,以其羟基为引发剂,在催化剂的作用下,引发己内酯开环聚合,制备纳米粒子-聚合物复合材料.NMR、DSC、XRD、PLM以及力学性能试验,探讨纳米粒子含量对复合材料的性能影响.随着纳米粒子含量的增加,聚己内酯(PCL)聚合度逐渐降低,在较高HA含量时,仍然存在较多的纳米粒子团聚;复合材料中PCL的结晶度基本不随纳米HA含量的变化而变化;HA含量为5wt%时,复合材料的断裂延伸率、抗拉强度以及压缩模量达到最大值;HA含量低于20wt%时,复合材料的弹性模量随着纳米粒子含量的增大而增加.     

牵伸工艺对PTT/PET复合长丝性能的影响

研究了牵伸工艺参数,包括不同牵伸比、热盘和热板温度对并列型50/50 PET/PTT复合长丝的沸水收缩性能和卷曲性能的影响.结果表明:不同的牵伸工艺参数对PTT/PET复合长丝的沸水收缩性能和卷曲性能的影响程度各不相同.其中,热板温度是影响PTT/PET复合长丝的沸水收缩性能和卷曲性能的主要因素.因此,实际生产中应注意热盘温度的控制.     

不同能载水平下C/C复合材料的摩擦特性

对具有粗糙层热解炭结构的针刺毡C/C复合材料在MM 1000型摩擦试验机上模拟某飞机正常着陆、超载着陆和中止起飞3种不同的能载水平进行摩擦磨损性能试验,并对磨损表面和磨屑进行扫描电镜观察.结果表明:C/C复合材料在不同能载水平下均具有高达0.31～0.32的摩擦因数,刹车力矩曲线均较平稳,磨损随能载水平的增加而增大;样件的磨损表面在正常着陆条件下形成较光滑、完整、连续的磨屑层,随着能载水平的增加,形成粗糙的磨屑层,在极高的能载水平(中止起飞条件)下又形成光滑的磨屑层;而样件的磨屑尺寸随能载水平的增加而急剧减小.表明该C/C复合材料具有极好的摩擦制动性能,尤其是在大能载水平下,摩擦性能更加优良,适用作飞机刹车材料.     

原位自生Sip/ZA40复合材料的组织及性能研究

采用原位自生铸造法制备了ZA40-1.5wt%Si、ZA40-3.0wt%Si、ZA40-4.5wt%Si和ZA40-6.0wt%Si合金,获得了Si颗粒分布均匀、尺寸细小、形貌规则的锌基复合材料。分析了复合材料的组织形貌,检测了复合材料的硬度和冲击性能。研究结果表明:高铝锌合金加入硅后,随着硅含量的增多,Si除了在组织中形成共晶硅相外,还析出初晶硅;随着硅含量的增加初晶硅相数量增多,合金的硬度提高,冲击韧性下降。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理.研究结果表明:在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大.     

石墨化度对炭/炭复合材料力学性能的影响

通过三点弯曲试验,并借助SEM断口形貌分析,研究了石墨化度对炭/炭复合材料抗弯强度的影响,对其断裂机制进行了探讨．试验所用材料的基体为沥青浸渍炭+少量CVD炭,增强体炭纤维由乱短纤维和成束长纤维织成的炭布构成,长纤维沿X-Y平面分层铺开,长纤维层之间是随机分布的乱短纤维层．研究结果表明当石墨化度不同时,复合材料的断裂机制不同;在所研究的石墨化度范围28.4%～77.3%内,随着石墨化度的提高,材料的抗弯强度呈现加速下降的趋势;当石墨化度为77.3%时,材料的抗弯强度仅为石墨化度为28.4%时的60%．在石墨化度较低(如27.4%和56.8%)时,材料中的长纤维呈现以拔出机制为主,裂纹沿长纤维束层与乱短纤维层之间的界面传播;在石墨化度较高(如70.6%和77.3%)时,材料中的长纤维被横向切断,裂纹切过长纤维向前传播．这对炭/炭复合材料的研究、开发具有指导意义．     

CuO/Al反应自生复合材料的机械性能研究

采用液态搅拌法制备了反应自生 Al2 O3增强金属基复合材料并研究了它的机械性能 .采用 X衍射和扫描电镜分析了相组成和断口形貌 .与基体合金比较 ,复合材料的强硬性得到较大提高 ,其中 10 % Cu O复合材料的抗拉强度提高了 5 2 .3% ,硬度提高近一倍 .复合材料中的拉伸断裂特征为韧性断裂 ,铸造缺陷渣气孔是主要的裂纹源     

PET／ECDP／PEG共混体系相容性的研究

根据B.Schneier公式计算了PET／PEG共混体系△Hm值,推算了体系的相容性;利用调和方程和接触角的测定得到PET／PEG及PEG同PET／ECDP界面张力。