碳微球/硼酸镁晶须混杂增强碳泡沫复合材料的性能研究

碳泡沫存在力学性能较差等问题,为改善其综合性能,以航空领域的应用需求为导向,以改性酚醛树脂为碳源,空心碳质微球为分散相,硼酸镁晶须(Mg₂B₂O₅w)为增强相,通过压塑成型–碳化工艺制备了碳微球/Mg₂B₂O₅w混杂增强碳泡沫复合材料。采用扫描电子显微镜、万能试验机等研究了碳质微球与不同质量分数的Mg₂B₂O₅w混杂增强下碳泡沫的力学性能、热氧化性能和电磁屏蔽特性。结果表明,受压过程中,Mg₂B₂O₅w起到裂纹偏转作用和弯弓效应,增加了裂纹扩展路径,Mg₂B₂O₅w与空心碳微球协同作用,提高了碳泡沫复合材料的抗压缩性能;当Mg₂B₂O₅w质量分数为2%时,复合材料的压缩强度达11.8 MPa,较纯...     

酚醛树脂炭的合成及力学性能研究

为了表征多孔炭泡沫材料基体的结构与力学性能,采用碱催化法制备热固性酚醛树脂,经固化、高温炭化处理合成多孔炭泡沫材料的基体——酚醛树脂炭。研究酚醛树脂炭的微观结构、压缩强度及压缩断裂韧性。结果表明:酚醛树脂炭结构以树脂炭基体、微孔和微裂纹为主,其碳元素以sp3杂化的非晶炭形式存在;压缩强度为8.58 MPa,压缩断裂特征为脆性断裂模式;酚醛树脂炭的压缩断裂韧性较差,断裂过程中吸收的总能量为0.135 MJ/m3。     

酚醛树脂炭的合成及其力学性能研究

为了表征多孔炭泡沫材料基体的结构与力学性能,采用碱催化法制备热固性酚醛树脂,经固化、高温炭化处理合成多孔炭泡沫材料的基体——酚醛树脂炭。研究酚醛树脂炭的微观结构、压缩强度及压缩断裂韧性。结果表明:酚醛树脂炭结构以树脂炭基体、微孔和微裂纹为主,其碳元素以sp3杂化的非晶炭形式存在;压缩强度为8.58 MPa,压缩断裂特征为脆性断裂模式;酚醛树脂炭的压缩断裂韧性较差,断裂过程中吸收的总能量为0.135 MJ/m3。     

聚酰胺改性酚醛树脂及泡沫性能

为了改善酚醛泡沫的韧性,采用聚酰胺对酚醛树脂进行了改性,并通过化学发泡法制备了不同含量聚酰胺改性酚醛泡沫,借助DSC曲线、凝胶化时间、弯曲强度、SEM照片等表征方法研究了聚酰胺对酚醛树脂及泡沫性能的影响.结果表明:聚酰胺与酚醛树脂发生了共固化反应;酚醛树脂的反应活性随着聚酰胺含量的增加逐渐降低;加入的聚酰胺有效的改善了酚醛泡沫的韧性;酚醛泡沫弯曲强度随着聚酰胺含量的增加呈现先增加后减小的趋势,当聚酰胺含量为10wt％时,弯曲强度达到最大,比未改性的提高了约81％;酚醛泡沫SEM照片显示少量聚酰胺可以改善泡沫的泡孔结构,当聚酰胺加入量为10wt％时,酚醛泡沫泡孔结构最好,泡孔大小均匀,平均直径约为400μm.     

三维整体编织碳/酚醛复合材料烧蚀表面状态测试与分析

为了更好地研究三维整体纺织碳／酚醛复合材料的成型工艺对材料烧蚀性能的影响，选用不同纤维体积分数和不同编织结构的碳／酚碳复合材料试样，进行烧蚀试验，利用TalyScan150型表面粗糙度测试仪对试样烧蚀后的表面进行测试，并采用多种分析方法对测试结果进行分析。从分析结果可以看出三维四向结构的碳／酚醛复合材料随着纤维体积分数的增加，烧蚀性能变好，较低纤维体积分数（50％）的三维五向结构碳／酚醛复合材料具有较好的烧蚀性能。     

高强度中间相沥青基泡沫碳的制备及性能

以中间相沥青为原料,通过加入中间相碳微球和溶剂抽提两种方法对中间相沥青进行改性,实现了对中间相沥青基泡沫碳的微观结构的调控,对两种方法进行了对比讨论.结果表明,改性后沥青制备的泡沫碳的裂纹数量较少,长度较短,并且泡沫碳的孔径较小;加入55%中间相碳微球的沥青制备的泡沫碳的炭化(1573 K)后的压缩强度高达26.2 MPa,在2 873 K石墨化后强度达到17.7 MPa,热导率为41.4 W/(m·K).利用甲苯抽提后的沥青得到的泡沫碳在炭化(1 573 K)后强度高达30.0 MPa,在2 873 K石墨化后强度达到9 MPa,热导率达到80 W/(m·K).     

空心石英纤维/酚醛树脂复合材料的结构与性能

将石英纤维空心化,并通过模压成型方法制备了空心纤维/酚醛树脂复合材料。结果表明,空心纤维的空腔直径为4～7μm,随着纤维空心度增大(0～0.5),纤维的力学强度提高。在相同的纤维体积分数下,当纤维空心度从0增大到0.5时,复合材料的密度和热导率分别从1.63 g/cm3和0.49 W/(m·K)降低到1.46 g/cm3和0.41 W/(m·K),烧蚀性能保持不变。采用此方法制备的空心纤维/酚醛复合材料同时具有良好的隔热、防热性能。     

碳纤维添加碳泡沫的电磁屏蔽效能及力学性能研究

为了制备高效轻质兼备优异的电磁屏蔽性能及力学性能的复合材料,本研究以酚醛树脂为基体,碳纤维为填料,经高温碳化制得了碳纤维添加酚醛树脂基碳泡沫。探究了碳纤维含量对复合材料的结构、电磁屏蔽效能及力学性能的影响。结果表明,碳纤维可以有效改善碳泡沫的泡孔结构,当碳纤维含量为3wt%时,泡沫基体的泡孔达到小且均匀的状态,平均泡孔直径为150μm,同时碳纤维可以有效提高碳泡沫的电磁屏蔽效能,当碳纤维含量为3wt%时,复合材料的压缩强度和弯曲强度分别达到了4.41和3.85 MPa,比纯碳泡沫分别提高了60.3%和71.8%。当碳纤维含量为5wt%时,碳泡沫对频率为8~12 GHz的电磁波的平均屏蔽效能达到35 d B。     

X-cor夹层结构低速冲击实验和数值模拟研究

X-cor泡沫夹层结构是一种通过Z-pin技术增强泡沫夹芯的新型高性能夹层结构。在低速冲击下,X-cor夹层结构损伤失效机制复杂,通过在不同能量阶段对X-cor夹层结构失效行为进行分析,讨论Z-pin植入体积分数和泡沫芯材密度对失效行为的影响。低速冲击试样规格为Z-pin直径0.5 mm、植入角度为22°,分别改变泡沫类型和Zpin植入体积分数进行实验,结果表明:6 J冲击能量下,冲击能量主要由面板分层承担,相对于未植入Z-pin试样,随着Z-pin植入体积分数的升高,面板分层面积最多减少了45.1%,而泡沫密度对分层面积影响不大;12 J冲击能量下,部分Z-pin发生失效,通过剩余压缩强度比发现,随着Z-pin植入体积分数的增加,剩余压缩强度比先增大后减小,植入体积分数为0.42%时最高,而此时泡沫密度增加,剩余压缩强度比也随之增加;当能量到达18 J时,芯材开始出现剪切裂纹,同时吸收大部分能量,较弱的芯材剩余压缩强度比大,而Z-pin植入体积分数越大,剩余压缩强度比反而越小。采用数值模拟的方法建立低速冲击模型,并将冲击后的结果直接传递应用于剩余压缩强度模型中,得到的结果比实验值偏高25%~29%。     

石墨烯/二氧化硅三维杂化材料的制备及其在改性酚醛泡沫中的应用

为了得到结构和力学性能良好的酚醛泡沫,利用原位生成的方法制备了石墨烯/二氧化硅(GNPs/SiO_2)杂化材料,并将其用于酚醛泡沫的制备当中。对杂化材料进行了红外光谱分析,透射电镜以及X射线衍射分析,验证了石墨烯表面SiO_2球体(粒径在150~180 nm)的存在。对泡沫的结构和压缩性能进行对比分析,发现三维杂化材料相比二维石墨烯能够更好的改善酚醛泡沫的泡孔结构,杂化材料为0.5wt%时,GNPs/SiO_2改性酚醛泡沫的泡孔尺寸更小,结构更均匀;同时杂化材料改性酚醛泡沫表现出更优异的力学性能,其压缩强度和弹性模量分别达到0.22和4.1 MPa,比纯酚醛泡沫分别提高了91%和86%。     

PVC／NBR—40热塑性弹性体增韧酚醛泡沫塑料的研究

本文着重研究了ＰＶＣ／ＮＢＲ－４０热塑性弹性体对酚醛泡沫塑料的增韧改性,采用差示扫描量热法（ＤＳＣ）,考察了共混体系的固化反应特性。结果表明,固化体系与其他体系在发泡成型中相互独立,ＰＶＣ／ＮＢＲ－４０热塑性弹性体对酚醛泡沫塑料有显著的增韧效果。     

空心微珠填充聚氨酯复合泡沫塑料的宏、细观力学性能

针对不同空心玻璃微珠填充比的聚氨酯复合泡沫塑料进行了宏观压缩实验,研究了材料的准静态压缩性能。讨论了微珠与基体粘接界面质量以及微珠内外径比对材料性能的影响,发现界面粘接不良导致了材料性能的下降,并基于Mori-Tanaka方法和幂函数模型对不同粘接状况下材料弹性模量的上下限进行了预测。此外,还在扫描电镜下观察了材料形貌,并进行了细观压缩实验,观察了表面胞体的变形和失效情况,从而对这类材料的变形和破坏机理有了进一步的认识。     

超高强度钢300M含碳量,等温组织与力学行为的关系

研究了四种含碳量、三种等温温度与力学行为的关系，并与淬火回火３００Ｍ钢进行比较得出，３００Ｍ钢在Ｍｓ点以下温度等温获得Ｍ＋Ｂ＿下＋Ａ＿Ｒ混合组织、超高强度和优良的韧性。断裂韧性对含碳量不敏感，冲击韧性随含碳量升高而降低。较高温度等温时，钢的冲击韧性和断裂韧性显著提高且对含碳量不敏感。     

酚醛泡沫塑料的增韧改性

本文采用氯化聚乙烯,聚氯乙烯和丁腈橡胶三种聚合物组成四种增韧体系对酚醛泡沫塑料进行了增韧改性研究,用红外光谱分析从分子水平论证了增韧剂的增韧机理。实验结果表明,热塑性弹性体对酚醛泡沫塑料的增韧效果最佳。     

三维碳/碳化硅复合材料的显微结构与力学性能

 利用三维碳纤维预制体，采用等温CVI法制备连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料。无热解碳界面层的复合材料，其力学性能随密度的增加而提高，但密度较高时却表现出脆性断裂特征。热解碳界面层的存在，有利于纤维的拔出，但由于其结晶程度较低，仍然存在纤维束内部的脆性断裂。     

基于碳纳米管薄膜的复合材料层间增韧

通过浮动催化化学气相沉积法制备连续碳纳米管薄膜，并将其原位沉积到单向碳纤维织物表面，手工铺层后借助真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）工艺制备碳纳米管-碳纤维/环氧树脂复合材料层压板，研究不同面密度的碳纳米管薄膜对层压板Ⅱ型层间断裂韧性的影响。结果表明，随着碳纳米管薄膜面密度的增加，层压板Ⅱ型层间断裂韧性先逐渐提高，当碳纳米管薄膜面密度为9.64 g/m²时，层压板Ⅱ型层间断裂韧性最佳，与原始层压板相比提高了94%。碳纳米管通过桥接树脂裂纹、从树脂中拔出等方式提高层间断裂韧性。当碳纳米管面密度超过临界值时，会引起树脂浸润困难，导致增韧效果降低。