一、界面酸碱作用理论在聚合物基复合材料界面粘接性能研究中的应用(论文文献综述)
杨砚超[1](2020)在《基于结晶性聚醚醚酮的碳纤维上浆剂的研究及复合材料界面构筑》文中研究说明随着我国航空、航天、船舶、军工以及核工业的发展,复合材料的应用环境也日渐严苛。这些应用领域对复合材料的耐热性能、耐湿热性能、耐复杂化学环境的性能以及耐疲劳性能提出了更高的要求。聚醚醚酮作为一种耐热耐溶剂且机械性能优异的复合材料树脂基体,在严苛环境下拥有广泛的应用空间。一般情况下,连续纤维增强树脂基复合材料的界面相是复合材料的薄弱部分:在湿热或疲劳环境中复合材料的失效普遍起始于界面相;在承受垂直于纤维方向的载荷或剪切载荷时,界面相是影响其性能的决定性因素。对于聚醚醚酮树脂基体,其优异的耐热性和化学稳定性反而导致了其复合材料界面性能的下降:a.由于聚醚醚酮常温下不溶于任何有机溶剂,导致树脂基体只能在熔融状态下与增强纤维相互浸润,但聚醚醚酮过高的熔体粘度使得浸润效果较差,最终形成有缺陷的界面相。b.由于聚醚醚酮具有出色的化学稳定性,导致其在常规加工成型过程中无法与增强纤维表面形成化学键等强相互作用,使其界面性能较差。在过去的30年中,研究者们尝试通过改善工艺条件和对纤维进行处理来增强聚醚醚酮树脂基体复合材料的界面性能,但前者提升有限,因为不能从本质上解决界面脆弱的问题;后者虽然能通过氧化、等离子体或紫外辐照等手段有效的改变纤维表面的化学环境,从而提升复合材料的界面性能,但是普遍存在周期长,成本高和不能连续化生产等缺点,背离了实际应用的出发点。而上浆剂作为一种工业化生产过程中常用的界面改性手段,在增强复合材料的界面相同时,也保持工业化连续生产的能力,具有商业化价值,在当前的研究趋势中一骑绝尘。但是,既往的匹配聚醚醚酮树脂基使用的上浆剂要么舍弃了界面相的耐热性,要么舍弃了界面相的耐溶剂性,要么舍弃了界面相与聚醚醚酮的树脂基体的相容性,使得聚醚醚酮树脂基体出色的性能难以全部发挥。为了同时弥补上述不足,本论文开发了一系列基于结晶性聚醚醚酮自身的上浆剂,旨在将其性能和优势充分发挥。本论文通过溶液上浆的方法,改善了聚醚醚酮熔体粘度大所带来的浸润性差的问题;通过构建结晶性界面相,使得复合材料界面相兼具聚醚醚酮的耐热性和耐溶剂性,同时与树脂基体良好相容;通过在界面相中引入纳米填料,使得复合材料界面性能进一步提高;通过化学键将结晶性聚醚醚酮接枝于碳材料表面,进一步提升了复合材料在复杂化学环境下的服役能力。首先,以结晶性聚醚醚酮为原料,制备了可溶于有机溶剂的聚醚醚酮-1,3-二氧戊环,实现了溶液上浆。聚醚醚酮-1,3-二氧戊环在酸性条件下能迅速的水解回原料聚醚醚酮的分子结构,重获结晶性。利用这种性质最终获得了结晶性聚醚醚酮上浆的碳纤维。在此基础上,本论文研究了原料(上浆剂)分子量和上浆剂浓度对复合材料界面性能的影响,并最终获得了最佳的上浆剂配方。本论文通过差示扫描量热(DSC)和热失重(TGA)测试证明水解过程完全且水解产物具有和原料聚醚醚酮同样的结晶行为;电子显微镜(SEM)测试表明上浆均匀,该方法具有工业化连续生产的能力;通过微滴包埋试验对复合材料的界面剪切强度(IFSS)进行了测试,结晶性聚醚醚酮上浆碳纤维的IFSS相对未上浆纤维提升了91.46%,达到83.13MPa。超声-有机溶剂老化试验,湿热老化试验和有机溶剂-高温老化试验表明,该界面相继承了聚醚醚酮树脂基体优异的热稳定性和化学稳定性。然后,为了进一步加固复合材料的界面相,在上一部分研究的基础上开发了含有碳纳米管的的上浆剂。本论文研究了碳纳米管类型及含量对复合材料界面性能的影响,并得到了最佳配方。SEM测试表明,由于酸化碳纳米管在上浆剂中分散稳定,故上浆效果均匀。微滴包埋试验结果表明,由碳纳米管增强聚醚醚酮组成的界面相,其IFSS相比上一部分工作进一步提高了21.94%,相比未上浆碳纤维提高了133.46%,达到了101.37 MPa,是目前碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的最有效界面改性手段之一。但是,由于碳纳米管引入了大量、额外的界面相(碳纳米管-聚醚醚酮界面),这导致了界面相中加入了碳纳米管后,尽管复合材料产品在经受复杂化学环境老化后仍具有相对较高的IFSS,但性能保持率相对无碳纳米管体系显着下降,证明界面性能有进一步提升的空间。为了解决上述问题,本论文开发了一种将结晶性聚醚醚酮接枝于碳材料表面的方法。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)测试表明接枝反应成功进行;DSC测试表明接枝于碳纳米管表面的聚醚醚酮具有结晶性。微滴包埋试验结果表明,由浸润增强-结晶-纳米增强-化学键接枝四种增强机理共同强化的复合材料界面相,其IFSS达到103.42MPa,是目前同类体系中的最高值之一(Web of science检索)。此外,接枝后的聚醚醚酮与碳材料表面间隙减小,有效的阻止了水或其他有机溶剂的侵蚀,尤其在承受NMP和煤油高温老化后,复合材料的IFSS性能损失分别降低了54.85%和55.31%,IFSS性能保持率恢复到接近无碳纳米管体系的水平。此外,该论文首次实现了将结晶性聚醚醚酮接枝到(graft to)碳材料表面的目标,为聚醚醚酮的相关研究提供了新的思路。综上所述,本论文以结晶性聚醚醚酮上浆剂为基础,通过改变上浆剂分子量、改变上浆剂浓度、改变碳纳米管类型、改变碳纳米管含量以及使用化学键接枝等方式,设计、开发并优化得到一系列碳纤维上浆剂。其中部分配方能满足工业化生产要求,具备潜在的商业价值。此外,本论文开发的将结晶性聚醚醚酮接枝到碳材料表面的方法,对聚醚醚酮的研究和应用领域具有一定的指导意义,有进一步研究的价值。
王小问[2](2020)在《一种聚酰亚胺型玻璃纤维浸润剂在PEEK/GF复合材料中的应用》文中认为随着我国航天航空事业的飞速发展,复合材料因其轻质高强的特点,在飞行器制造中扮演着不可替代的角色,因此对于复合材料的改性,成为了近十几年来经久不衰的研究方向。聚醚醚酮因其优异的热性能、力学性能、耐溶剂性、绝缘性能以及生物相容性,在汽车工业、航空航天、机械化工、电子电路与医疗耗材领域均能够承担非常重要的角色。但与此同时,聚醚醚酮较为苛刻的加工温度与较为昂贵的价格,成为了制约它发展的因素。复合材料的界面,是指在复合材料中,基体相和增强相二者之间相互接触部位所存在的,是具有一定厚度与独特结构的新相。纵观近代复合材料中有关界面的研究的理论和实验结果,若基体树脂与加强相之间的结合较差,并且基体树脂与增强体的模量和强度差别较大的情况下,当复合材料受到外力作用时,会导致了两者之间的应力传递变差,使界面层承受较大程度的应力集中,复合材料易于发生破坏而失效。因此,对于复合材料的界面改性,是能够事半功倍的提高复合材料的机械性能的方法。目前,市售玻璃纤维表面的浸润剂以环氧型号浸润剂为主,而聚醚醚酮的加工温度高达380℃,不仅无法为纤维与树脂提供有效的界面结合,而且还会因为其分解产生小分子而对复合材料的内部造成缺陷。因此寻找一种耐高温的纤维浸润剂对于聚醚醚酮加工工业来说至关重要。本论文中首先选择了一种含有苯乙炔的热固性聚酰亚胺作为玻璃纤维浸润剂,对玻璃纤维进行表面涂覆,并探究了浸润剂分子量大小与主链基团对复合材料力学性能与界面结合的影响。我们发现,主链结构含有对甲基的分子结构的四聚体PI浸润剂能够为玻璃纤维与聚醚醚酮提供更为良好的界面结合,相比于裸纤聚醚醚酮复合材料,其拉伸性能能够提升29%;并且我们探究了该浸润剂的最佳使用含量,发现其质量分数为纤维质量的1%时,其力学性能能够到达最优;进一步的,我们在上述浸润剂中引入了以PEPA小分子接枝前后的埃洛石纳米管,来提高纤维与树脂基体的机械互锁。实验表明,纳米粒子的引入能够提高复合材料的综合力学性能,与此同时我们探究了埃洛石纳米管浓度对复合材料力性能的影响,发现埃洛石纳米管质量分数为5%时,复合材料的力学性能最好,并且在埃洛石纳米管表面接枝小分子能够更有效的将埃洛石纳米管结合在纤维表面,宏观表现为力学性能得到提升,其拉伸性能相比于裸纤提升了53%。
田永龙[3](2020)在《功能聚乙烯蜡改性超高分子量聚乙烯纤维及其性能评价》文中指出超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有高物理机械性能、耐化学腐蚀、耐磨损、低密度等众多优点,已经被广泛应用于各个领域。然而由于UHMWPE纤维的结晶度高、表面光滑、表面缺少极性基团等原因,导致其表面加工性能很差,集中体现在其与树脂、橡胶等基体的界面粘接性很差。虽然,国内外研究人员已经采用多种物理和化学的方法对纤维进行改性处理,但目前很少有新的改性方法出现,而现有方法又存在各自的缺陷。因此,需要对UHMWPE纤维的改性研究做进一步的完善和发展,这对进一步拓展UHMWPE纤维的应用范围具有十分重要的意义。本研究基于构建的纤维改性模型,制备了三种不同的功能聚乙烯蜡(PEW),并分别使用其对纤维进行涂层改性处理,成功制备了具有良好界面性能的UHMWPE纤维。系统研究了影响功能PEW制备的影响因素,以及处理液浓度、单体接枝率、双单体的加入、处理液温度、功能PEW/硅烷复合改性处理对纤维与树脂基体的粘接强度的影响,并使用ABAQUS软件对纤维的拔出过程进行了有限元分析。探讨了改性处理前后纤维的表面化学组成、机械性能、浸润性、表面形态、纤维拔出过程的变化原因及机理。通过本课题的研究,在一定程度上提高了纤维与树脂基体的界面粘接强度,为UHMWPE纤维的表面改性提供了一种低成本、基团数量及种类可控制、有效的处理方法,从中得出的主要结论如下:(1)使用未改性的PEW作为原料对纤维进行涂层改性处理。结果表明:经涂层改性处理后,纤维与树脂基体的界面粘接强度得到提高,从而证明了纤维改性模型的可行性。(2)设计制备了马来酸酐接枝聚乙烯蜡(PEW-g-MAH)、甲基丙烯酸甲酯接枝聚乙烯蜡(PEW-g-PMMA)与马来酸酐/苯乙烯接枝聚乙烯蜡(PEW-g-MAH/St)三种不同的功能PEW。研究发现:通过改变制备条件,可以获得具有不同接枝率的功能PEW。并且St单体的协同作用可显着提高MAH的接枝率。红外光谱分析表明,MAH、MMA、St单体已被成功接枝到PEW大分子上。(3)处理液的浓度、涂层温度、接枝率、双单体协同效应、接枝单体的种类等因素可显着影响纤维与树脂基体的界面性能。研究发现:经浓度为9wt%的功能PEW涂层改性处理后,纤维的拔出强度得到显着提高。与原纤维相比,PEW-g-MAH改性处理纤维的拔出强度提高了39.80%,PEW-g-PMMA改性处理纤维的拔出强度提高了45.11%,PEW-g-MAH/St改性处理纤维的拔出强度提高了57.95%;纤维的拔出强度分别随着接枝率的增大和涂层温度的升高而逐渐增大。同时,纤维的拔出强度随着第二单体St用量的增加而逐渐增大。并且所用单体的种类会影响纤维的界面性能。涂层改性前后,纤维的物理机械性能、结晶度都没有发生明显的变化,但浸润性得到显着改善。红外光谱分析表明,改性纤维的表面引入了分别来源于MAH、MMA与St的功能极性基团。(4)功能PEW/硅烷复合改性处理可显着影响纤维的拔出强度、表面涂层耐磨性和浸润性。研究表明:随着硅烷交联剂浓度的增大,纤维的拔出强度随之逐渐增大,当浓度为12wt%时,与未处理纤维相比,PEW-g-MAH/硅烷复合改性处理纤维的拔出强度提高了71.38%,PEW-g-PMMA/硅烷复合改性处理纤维的拔出强度提高了77.97%,PEW-g-(MAH/St)/硅烷复合改性处理纤维的拔出强度提高了98.59%;同时,失重率与接触角分别随着硅烷交联剂浓度的增大而逐渐减小。红外分析表明,体系中引入的硅烷交联剂相互反应产生了三维网状交联结构,并且纤维的表面引入了新的功能基团如Si-O-C、Si-OH、Si-O-Si等。(5)功能PEW涂层改性处理可显着影响纤维的拔出过程。与未处理纤维相比,涂层改性纤维的拔出过程可分为A、B、C、D四个阶段,其拔出A段有更高的负荷数值,拔出B段更加明显,拔出C和D段会出现负荷的波动现象。而未处理纤维的拔出C、D段的区分不明显,且未出现负荷波动的现象。(6)使用ABAQUS软件中的粘聚力模型来模拟纤维的拔出过程。结果表明,所构建的有限元分析模型能有效表达功能PEW涂层改性UHMWPE纤维与树脂基体的界面粘接性能。功能涂层的存在对纤维拔出的实际过程和模拟过程都有显着的影响。所建模型对纤维拔出过程的A、B、C段都能较好的描述,但对D段的描述性较差。在纤维的拔出过程中,纤维所承受的应力是由界面层开始向周围的基体传递。功能PEW涂层以及其与硅烷交联剂的复合改性处理能显着提高界面层的内摩阻力。同时,功能PEW涂层作为纤维与树脂基体的中间桥梁,可以起到应力缓冲的作用,从而可阻止界面裂缝的扩展和应力集中的发生。功能PEW涂层处理纤维的损伤的过程呈明显的时间滞后性,且抵抗损伤的能力增强。功能PEW涂层中所含单体的极性、数量及种类可显着影响涂层的损伤过程。而硅烷交联剂的引入能进一步提升界面层抵抗损伤的能力。此外,功能PEW涂层的存在能显着提高界面层的耐冲击性,而硅烷交联剂的引入可进一步提高界面层的耐冲击性。
陈剑楠[4](2020)在《碳纳米管/玄武岩纤维多尺度复合材料的制备与性能研究》文中研究说明玄武岩纤维使用纯天然火山岩矿石制造,是将原料充分破碎后,放入1400℃-1500℃高温中熔融拉丝制成的新型矿物纤维。玄武岩纤维具有较高的强度和模量、加工简单、成本低、优异的耐温性和耐腐蚀性,以及突出的化学稳定性、抗紫外线和高能电磁辐射及良好的阻燃性,被认为是一种绿色的工业材料,是生产先进复合材料的理想选择。尽管玄武岩纤维的组成与玻璃纤维相似,但玄武岩纤维的性能远远优于E型玻璃纤维。玄武岩纤维表面光滑,与基体的相互作用较弱、界面结合强度较低,受到较大外载荷作用时易拔出、断裂及脱粘,另外热辐射系数高、电阻率大、耐磨性差,一定程度上影响玄武岩纤维的应用。为满足应用性能要求,需要进行改性处理来提高界面粘结强度和实现多功能性。将纳米尺度的碳纳米管加入到玄武岩纤维/乙烯基酯树脂复合材料体系,通过复合效应、多尺度效应及界面效应等显着改善界面性能,并可提高材料的热性能、电学性能及耐磨性,实现玄武岩纤维增强多尺度复合材料的高性能化及多功能化,符合当前先进复合材料发展的趋势。本文首先对碳纳米管进行功能化处理,然后将其引入到复合材料中。主要在玄武岩纤维的表面和乙烯基酯树脂基体中加入羧基化碳纳米管和偶联剂改性碳纳米管。当将碳纳米管接枝到微米尺度的玄武岩纤维表面时,多尺度增强体带有反应性较强的碳纳米管活性点、表面粗糙度增大。在界面粗糙度增加以后更有利于聚合物分子和玄武岩纤维表面的接触,提升玄武岩纤维的表面能,改善其与树脂间的浸润性,增加纤维表面附近的树脂交联程度,在玄武岩纤维和基体之间构建出一种梯度的界面,帮助界面区应力的分散。在玄武岩纤维的基体中加入的碳纳米管能够与聚合物形成类似于机械齿的锲合形态,一定程度上限制玄武岩纤维表面树脂分子的运动,使得界面区域对裂纹起到了阻碍的作用。主要研究内容如下:首先将羧化碳纳米管COOH-MCNTs、偶联剂改性羧化碳纳米管KH550-MWCNTs、KH570-MWCNTs分别与乙醇/水溶液配制成含碳纳米管成分的上浆剂,涂覆到玄武岩纤维原丝及纤维布表面。对其表面的物理化学性能进行检测,基于扫描电镜、X-射线光电子能谱、接触角等方法测试了上浆后玄武岩纤维表面性能。对玄武岩纤维原丝增强棒状复合材料进行了界面剪切强度、弯曲强度、冲击强度、热性能测试;对VARTM成型复合材料弯曲强度、冲击强度、Ⅱ型层间断裂韧性、层间剪切强度、电性能、热性能和摩擦磨损性能检测分析,且进行了断口的SEM形貌研究。结果表明,拉挤成型碳纳米管接枝玄武岩纤维多尺度复合材料中由于不同种类的碳纳米管的加入,界面剪切强度、拉伸强度、弯曲强度、冲击强度得到了较大的提高,在KH550-MWCNTs涂层三次时得到最高值,分别提高了101%、18.3%、25.7%、45%。复合材料的热稳定性提高,高温时残碳率较高;热膨胀系数降低,KH550-MWCNTs/BF/VE复合材料在低于玻璃化转变温度下热膨胀系数降低了66.7%,高于玻璃化转变温度时热膨胀系数降低了13.6%。另外将COOH-MWCNTs和KH570-MWCNTs掺杂加入到BF/VE复合材料中,基体中加入COOH-MWCNTs,弯曲强度提高了25.1%,冲击强度提高了27.4%,而KH570-MWCNTs体系的弯曲强度提高了28.4%,冲击强度提高了42.5%。对玄武岩纤维布及碳纳米管改性多尺度增强体形貌、表面元素及官能团分析,表明玄武岩纤维布经过碳纳米管表面处理后,有机活性基团数量增加;采用VARTM工艺成型碳纳米管接枝多尺度复合材料,复合材料的弯曲强度、冲击强度、II型层间断裂韧、层间剪切强度都得到了较大程度的增加,玻璃化转变温度最高增大4.4℃、正切损耗角减小,高温热稳定性增强,电阻率降低8-10个数量级,摩擦性能得到很大改善,KH550H-MWCNTs含量为0.1%时,多尺度复合材料体系耐摩擦磨损性能最佳。
张昱龙[5](2020)在《激光表面处理对金属/复合材料粘接界面的影响研究》文中研究说明纤维增强树脂基复合材料(简称复合材料)因具有比强度高、比模量高、耐疲劳等优点而受到人们的关注,它可以通过粘接的方式与金属连接到一起而形成一种新型材料。这种新型材料可以充分发挥复合材料和金属各自的优良性能,有着更高的损伤容限和疲劳极限,已成为制造飞行器的主要材料之一。另外,复合材料与金属粘接还可以应用于大型机械和结构的加固和修复,可以显着提高结构承受的载荷能力。复合材料与金属粘接属于异质粘接,两种粘接基体性能相差较大,在受到较大的外界载荷作用时,粘接层容易出现裂纹而使整个粘接结构被破坏。可以通过对金属表面进行改性处理的方式来获得更高的粘接强度,这对保证金属/复合材料粘接结构的可靠性有着积极的作用。本文在全面回顾了异质材料粘接研究现状和粘接理论的基础上,提出采用激光对铝合金表面进行处理,通过改变激光的处理参数而获得不同的表面形貌,之后采用共固化工艺制作了单搭接试件并进行了拉伸试验,深入研究了激光功率、扫描速率、光斑间隔与粘接强度的关系。其次,采用有COMSOL多物理场仿真软件,通过建立激光理论模型以及传热和边界条件对激光表面处理过程进行数值模拟,得到了激光表面处理过程的温度场分布,并以表面粗糙度作为评定参数,分析了不同扫描速率和光斑间隔对表面形貌的影响。最后利用仿真得到的表面轮廓,建立了粘接区单胞模型,通过单胞应力分析计算了宏观粘接强度。结果表明,激光表面处理会在铝合金表面上形成具有一定规律的形貌,该形貌会增加粘接时的实际粘接面积,增强粘接剂和金属表面的机械结合作用,从而使粘接部分的破坏由界面破坏变为混合破坏,提高粘接强度。此外,若要获得较高的粘接强度,在进行激光表面处理时,要求激光的光斑间隔与光斑直径相等并在合理范围内使用较高的扫描速率。本文的研究成果将为激光表面处理工艺与仿真分析及复合材料与金属的粘接性能研究提供理论基础和实验依据。
赵子瑨[6](2020)在《针叶浆/ABS木塑复合材料的制备及性能研究》文中提出木塑复合材料是近年来在国内逐渐兴起的一种新型绿色环保材料,它具有成本较低、性能优异、外型美观、用途广泛等优点。然而,木塑复合材料的性能受到所添加木质填料种类的影响,并且其耐老化性能较差,使用传统加工方法无法成型出结构复杂的产品。因此,选择合适的木质填料、改善木塑复合材料的耐老化性能、使用新型加工方法制备结构复杂且精细的木塑产品具有重要的研究意义。本论文以ABS基木塑复合材料为主体,选择造纸行业常用的原料针叶浆对木塑复合材料进行改性,深入研究了复合材料的力学性能、热性能、老化性能等,同时利用熔融沉积型(FDM)3D打印技术对材料进行成型,系统研究了材料组成与3D打印性能间的关系。论文首先通过材料成分分析、电子显微镜观察以及热失重等手段表征了针叶浆的基本性质,结果表明,针叶浆的主要成分为纤维素与半纤维素,木质素含量为零;针叶浆纤维呈螺旋长条带状,表面质地比较粗糙;其初始分解温度约为310℃,最大分解速率温度约为370℃。将针叶浆作为填料分别对ABS塑料以及ABS基木塑复合材料进行改性。结果表明,随着针叶浆含量的增加,材料的拉伸强度、弯曲模量和弯曲强度均得到提高,但冲击强度有所降低,针叶浆和木粉对ABS树脂具有协同增强效应。针叶浆的加入使ABS基木塑复合材料的维卡软化温度得到提高,密度增大,但材料的初始分解温度和最大热失重温度发生下降,加工性能降低,吸水率上升。添加界面改性剂能够增大填料与基体的相容性,提高材料的力学性能,使材料断面处孔洞数量发生减少,同时还能使材料的熔体流动速率得到增大,吸水率减小。丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)由于其结构特点具有优异的耐候性,将其加入到ABS基木塑复合材料能够改善材料的耐老化性能。本论文使用氧化诱导期、热氧老化、紫外老化和冻融试验等多种方法系统研究了不同针叶浆含量的针叶浆/ABS木塑复合材料以及不同ABS/ASA配比的针叶浆/ABS/ASA木塑复合材料的耐老化性能。结果发现,针叶浆的加入使ABS木塑复合材料的氧化诱导期略有增加,而ASA的加入明显提高了材料的氧化诱导期。两种材料在热氧老化21天和紫外老化15天内的耐老化性能均表现良好。随着热氧和紫外老化时间的增加,材料的表面颜色均出现褪色的情况,但是ASA的加入能够使褪色现象得到改善。经过热氧老化后,针叶浆含量对材料表面羰基指数影响不大,而ASA含量的增加使材料表面羰基指数增长幅度发生降低,有利于增强材料的耐老化性能。使用灰色GM(1,1)模型能够较准确地预测针叶浆/ABS木塑复合材料以及针叶浆/ABS/ASA木塑复合材料在长时间老化处理后力学性能的变化,且所得到模拟值的变化规律与实际值相一致。利用熔融沉积型3D打印技术制备了针叶浆/ABS打印材料,同时探究了无机纳米填料对材料的影响。研究结果表明,将3phr针叶浆和1wt%MMT加入到ABS中所制备的3D打印材料具有最佳的力学性能、层间粘接强度和翘曲性能。随着针叶浆含量的增加,针叶浆/MMT/ABS复合材料的维卡软化温度随之逐渐增大,初始热分解温度逐渐减小,经过热氧老化后材料的力学性能变化幅度不大,耐热氧老化性能优良。加入界面改性剂能够提高针叶浆/MMT/ABS复合材料3D打印制品的综合力学性能,其中当KH-550含量为填料的3 wt%时体系的改性效果最好。通过正交实验结果显示,打印参数中光栅角度对材料的综合力学性能影响最大,对打印参数进行优化可以使针叶浆/MMT/ABS复合材料的层间粘接性能优于未改性纯ABS。
孟祥晨[7](2020)在《CF/PEEK复合材料与2060-T8铝合金FSW接头成形及连接机制》文中指出构件的轻量化设计是提高性能、节约能源、减少环境污染的有效途径之一,聚合物基复合材料与铝合金异质结构能够满足结构性能和轻量化设计的双重指标。本文针对聚合物及聚合物基复合材料与铝合金焊缝成形困难、界面热膨胀系数差异大导致的失配和力学性能低等问题,基于搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)技术,兼顾冶金连接与机械连接双重模式,开展了CF/PEEK复合材料与2060-T8铝合金焊接界面结合、强度提升及连接和损伤机制研究,对实现聚合物基复合材料与铝合金异质接头的优质高强连接具有重要的指导意义。针对异质接头宏观机械连接效果,设计了三铣平面螺纹搅拌针,有效地促进了焊接过程中热塑性材料动态流动,辅以焊接工艺参数优化,实现了焊接过程热输入和材料塑性流变的调控,优化了“铝铆”结构尺寸与力学性能和界面形态。在较低的焊接速度下,获得的“铝铆”结构与搅拌针长度比值达到0.8,有利于提高异质接头的界面咬合能力。当旋转速率为800rpm且焊接速度为50mm/min时,接头最大拉剪强度为20MPa。为进一步促进异质接头焊缝成形,设计了主要包含外部静止轴肩和内部三铣平面螺纹搅拌针的焊具。其中,内部三铣平面螺纹搅拌针决定焊缝内部成形和“铝铆”结构尺寸,外部静止轴肩控制焊缝表面完整性。基于新型焊具设计和搭接匹配(CF/PEEK复合材料在上层、2060-T8铝合金在下层),成功地获得了表面成形和内部成形均良好的复合材料与铝合金异质接头。三铣平面螺纹搅拌针产生的材料动态流动促进了大尺寸“铝铆”结构直接扎入复合材料板材,形成自铆接结构,为复合材料与铝合金接头主要连接机制。材料塑性流变促进了铝合金板材的平直表面向非平直表面转变,强化了复合材料与铝合金之间的微观机械咬合能力。同时,纤维扎入铝合金引起的载荷传递效应和复合材料与铝合金之间的冶金连接起辅助作用。接头拉剪性能与“铝铆”结构尺寸、有效板材厚度和纤维形态与分布密切相关。当旋转速率为1600rpm且焊接速度为30mm/min时,“铝铆”结构长度为1.8mm,复合材料有效连接厚度为1.0mm,碳纤维断裂程度低且弥散分布,增强了拉剪过程中载荷传递效应,接头拉剪强度最大为33MPa,异质接头拉伸断裂呈“铝铆”结构的拔出与断裂和碳纤维的拔出与断裂特征。兼顾冶金连接与机械连接,提出了复合材料与铝合金铆焊复合连接概念,通过多孔中间层结构和宏观预置孔辅助,实现了复合材料与铝合金的摩擦自铆焊(Friction self-riveting welding,FSRW)。采用微弧氧化技术在铝合金表面制备多孔氧化膜,促进复合材料与铝合金之间冶金连接,提升异种材料界面结合;同时,多孔氧化膜结构与塑性聚合物材料之间实现了微结构多孔镶嵌,强化了微观机械咬合,有利于提升接头承载能力;与未制备氧化膜接头相比,拉剪强度提升50%。铝合金侧引入预制孔,摩擦挤压作用促进了聚合物材料挤压填充预制铝合金孔,有效的材料流动增加了微结构多孔镶嵌效率,促进了铝合金与复合材料之间宏/微观机械咬合;形成了复合材料铆钉结构,主要由聚合物基体和再分布的纤维组成;摩擦热和强塑性形变促进复合材料铆钉与基体板材之间纤维互混和分子链缠结,提升载荷传递效应,延缓裂纹形成和扩展,提高了异质接头力学性能。当多孔氧化膜平均孔径为5μm且面积孔隙率为5%、预制孔直径为2mm时,FSRW异质接头最大拉剪强度为27MPa,较未制备多孔氧化膜和预制孔接头拉剪强度提升170%,FSRW异质接头断裂属于混合断裂,以聚合物撕裂与纤维断裂为主。为解决FSRW预制孔过大难以实现有效填充问题,引入额外聚合物填充塞,其不仅作为有效的机械铆钉提升了铆焊效果,而且与铝合金材料紧密结合,实现了异质结构高质量连接,有效地拓宽了FSRW的应用范围。基于以上的研究,兼顾冶金连接与机械连接双重模式,设计了包含静止轴肩和三铣平面螺纹搅拌针的焊具,有效地促进了异质接头焊缝成形,改善了界面结合特性。为进一步增强宏/微观机械咬合和界面连接效果,提出了FSRW技术,引入了多孔氧化膜结构中间层和宏观预制孔,实现了聚合物基复合材料与铝合金异质结构的双模式连接复合强化设计,为聚合物基复合材料与铝合金异质结构的高可靠连接提供了技术方案。
鲁春蕊[8](2019)在《基于界面润湿理论的CF/PEEK复合材料界面改性设计与性能研究》文中研究说明碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料由于具有优良的比强度、比刚度以及性能稳定性等而广泛应用于航空航天、汽车工业、石油/天然气运输工业以及医用材料等领域。目前,制备CF/PEEK复合材料通常是从国外购买预浸料,然后进行成型。但是预浸料成本较高,常温常压下呈固态,在复杂结构的铺层过程中,不易覆模,容易破坏预浸料本身的连续性,导致力学性能下降。CF/PEEK纤维柔性混编织物作为柔性织物制备CF/PEEK复合材料不仅能够解决PEEK熔融黏度高难以浸润CF的问题,而且在替代预浸料制备复杂构件的应用领域具有广阔的前景。但是CF表面光滑且呈惰性,与热塑性树脂之间的界面结合较差,因此,界面问题已经成为CF/PEEK复合材料发展中限制其应用的首要问题。本文采用ABAQUS模拟分析了界面性能在复合材料拉伸性能研究中的重要性,发现改善界面性能对于提高复合材料力学性能具有重要意义;详细讨论了CF与PEEK纤维的表面形貌、表面化学组成、表面能以及二者之间的润湿参数和界面剪切强度。采用动态接触角测试依据酸碱理论计算了CF与PEEK的表面能,发现二者表面能极性分量低,因此CF/PEEK的界面较差,其中在研究PEEK的表面能时,提出采用等张比容基于PEEK的化学结构计算得到其表面能,与酸碱理论计算结果相一致;基于轴对称圆柱端界面端应力奇异性理论研究了CF/PEEK微脱粘试验不同楔角对应的应力奇异性指数λs,发现楔角为30o时,λs为0.0364,界面剪切强度(IFSS)为42.87±3.62 MPa。对不同树脂-纤维体系的粘附功Wa和IFSS的关系进行研究,发现Wa增加则IFSS增加,因此可以通过调整表面能增加CF/PEEK之间的Wa来提高二者的界面强度。对CF和PEEK的表面化学状态以及二者之间的润湿参数进行研究提出了改善界面相容性的方法,并结合Young方程预测了CF/PEEK微脱粘试样的楔角(即静态接触角),与试验结果相吻合。为了提高CF与PEEK之间的润湿性和IFSS,将CF和PEEK纤维在含有以下气体的射频(RF)等离子体中同时进行处理:空气、Ar以及Ar-空气。采用SEM和AFM观察等离子体处理后CF与PEEK纤维的表面形貌发现,表面粗糙程度增加,而CF的表面粗糙度增加有利于增强CF与PEEK之间的机械啮合。分别研究了等离子体改性对CF以及PEEK化学结构和性能的影响,发现试验的改性时间内,等离子体不会影响二者的化学结构以及基本性能。通过X射线光电子衍射能谱(XPS)和酸碱滴定法对改性后的CF和PEEK的表面元素以及基团进行研究,发现氮、氧元素含量升高,表面极性基团和酸性基团增加,表面能极性分量增加,有利于提高二者之间的相互作用,提高界面性能。润湿参数计算以及微脱粘测试结果表明等离子体改性可以有效的提高CF与PEEK纤维之间的Wa以及IFSS。而且,采用Ar-空气的等离子体改性比单独使用Ar或者空气的效果更好,其中,在Ar-1 min-Air-1 min等离子体处理后,IFSS提高了39.32%,表明等离子体改性可以在不影响CF力学性能以及PEEK的热加工性能的基础上,有效的改善二者之间的润湿性能,提高界面结合强度。对复合材料的成型工艺进行研究,确定成型温度为370°C,成型压力为0.5MPa,结晶温度为300°C;从树脂含量、化学结构以及结晶度等角度对由预浸料和等离子体改性前后的织物制备的复合材料进行研究,发现由预浸料和织物制备的复合材料化学结构和结晶度基本相同,由织物制备的复合材料的树脂含量较高,因此力学性能较差;对比等离子体改性前后的织物制备的复合材料,发现改性后CF表面非均匀成核位点增加,晶粒尺寸减小,力学性能提高;采用数值计算根据IFSS对CF/PEEK复合材料层合板的拉伸强度进行预测,结果表明拉伸强度随着IFSS的增加而增加,并且与试验结果一致;测试复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及层间剪切强度(ILSS),发现等离子体改性后的织物制备的复合材料的拉伸、弯曲以及ILSS分别提高46.95%、44.25%和52.67%。此外通过四点弯曲试验,测试了预浸料和柔性织物制备弯曲梁的强度,结果表明,该织物具有良好的垂悬性和适形性,更适用于制备形状复杂的结构,而经过等离子体改性后制备的曲梁比预浸料制备的曲梁具有更优异的性能。
苏政[9](2019)在《取向结构聚合物基导热材料的设计、制备与性能研究》文中研究说明基板材料(Substrate Materials)和热界面材料(Thermal Interfaces Materials,TIMs)是电子封装工艺所用材料中的两个重要组成部分,基板材料的主要作用是作为电子元器件的载体,为电子元器件之间电路的焊接提供平台,同时其兼具的电绝缘、高导热、热稳定性等性能为电子元器件安全、稳定的工作提供了可靠的保障。而热界面的材料的主要作用是填充在电子元器件与基板或电子元器件的间隙中以强化界面传热。近些年随着电子行业的飞速发展,电子元器件正在不可避免的向着小型化、轻薄化、高速化以及高集成化方向发展。可是电子元器件高度集中的组装密度以及高运算速度所导致的电子元器件热量散逸问题已经成为限制下一代新型电子元器件发展的瓶颈。与此同时,电子封装材料通常是点对点的解决某一电子器件的需求,缺乏普适性,同样造成电子封装材料在生产、加工、销售以及售后服务方面存在很多不便。综合以上所述问题,已经成为全球电子封装领域研究员与工程师们关注的重点。因此为了满足未来微电子行业的发展需求,开发新型高性能的电子封装材料已经刻不容缓。经过对国内外电子封装材料研究现状与未来以满足下一代电子元器件应用需求的新型电子封装材料发展趋势的分析与研究,结合集成电路产业已经成为我国经济发展的主驱动力以及国家信息安全的紧迫需求。我们以制备高性能基板材料和热界面材料为目标,其中以实现材料的高导热性能和电绝缘性能为主,设计并制备了具有取向导热结构的导热材料,提出了电子封装材料模块化的概念。研究了这些材料的传热性能、电绝缘性能、力学性能、粘接性能、介电性能以及材料的微观结构与性能调控,取得的主要研究成果如下所示:1.单一取向传热聚合物导热材料:该部分工作的内容主要集中在二维导热增强填料(例如:六方氮化硼、鳞片石墨和多层石墨烯)在聚合物基体中的的水平取向、结构设计以及导热增强。该部分的工作内容将通过以下四个部分进行陈述:1.1多巴胺化学已被用于通过在无溶剂水性条件下在材料表面形成聚多巴胺(PDA)壳来实现材料的改性。拥有相似六方结构的鳞片石墨和芳香族多巴胺分子之间强烈的π-π相互作用确保了多巴胺化学法表面改性石墨片的可能性。石墨片上的PDA涂层通过氢键和共价键增强了石墨片与柔性脂环族环氧树脂(CER)基体之间的相互作用。鳞片石墨片本身具有高的纵横比(aspectratio),在重力场的协助下,改性后的PDA@石墨片在聚合物基体中沿水平方向堆叠。随后我们研究了填料的取向程度和热分解机理。动态力学分析(DMA)也被用来研究微观结构和性能之间的关系。由于表面改性和PDA@石墨片的取向,所制备的CER/PDA@石墨片复合材料具有较高的面内导热系数(~9.053 W/m·K)。另外,所制备的复合材料同样具有优异的粘接性能和热稳定性能。1.2通过使用杂化二维堆叠填料和控制填料在聚合物基体中的水平取向,我们实现了聚合物复合材料在保持低电导率的同时,导热性能的显着提升。首先,我们改进了Hummers方法,制备了氧化石墨烯片(GO),并同时通过二乙烯基三胺(DETA)还原/官能化以获得氨基官能化还原氧化石墨烯片(NfG)。随后NfG片通过π-π相互作用力被固定在六方氮化硼片(h-BN)的表面上,NfG片彼此之间被h-BN很好地分隔开。该杂化二维堆叠填料(NfG@h-BN)在聚合物基体中水平取向后,不仅显着提高了复合材料的导热系数(~3.409W/m·K),而且获得了非常低的导电率(导电率<6.5×10-12 S/cm)。低导电率源自h-BN绝缘网络的嵌入,良好的分离了 NfG片,抑制了载流子的迁移。另外,纳米复合材料还表现出良好的热稳定性和粘合性能。这种特殊的结构设计将为制造高导热性和低导电性的热界面材料提供新思路。1.3在这项工作中,通过将六方氮化硼片(h-BN)和氨基化碳纳米管(CNT-NH2)填充入脂环族环氧树脂(CER)基体中,设计并制备了三种具有不同尺寸的两种填料的协同增强结构,分别如下:(a)CER/h-BN、(b)CER/h-BN@CN-NH2和(c)CER/CNT-NH2/h-BN基复合材料。在这三种种结构中,h-BN片在重力作用下沿水平方向堆叠并且填料之间相互作用。我们获得了导热性能增强的复合材料(面内导热系数~1.76 W/m·K和面外导热系数~1.09W/m·K)。复合材料的良好电绝缘性能和机械性能为其在电子封装领域的应用提供了可能。无溶剂加工流程环保、操作简单、适合大规模生产。1.4在这项工作中,我们制备了一种填充杂化多层石墨烯片(mG)/六方氮化硼片(h-BN)的新型脂环族环氧树脂(CER)基复合材料。首先,h-BN片通过多巴胺化学方法进行表面修饰,得到改性填料PDA@h-BN。聚多巴胺分子的附着改善了聚合物基体与填料之间的界面相容性。将固定含量的mG片与PDA@h-BN混合进行杂化处理,然后将杂化填料mG/h-BN@PDA加入到CER基体中。由于填料的高纵横比,聚合物基体的低粘度和重力的辅助作用,杂化填料PDA@h-BN将沿水平方向定向堆叠。经过改性、杂化处理以及水平取向,我们发现复合材料的多项性能显着增强,例如:热分解性能的提升,机械性能的增强(拉伸强度=5.50 MPa),导热性能的提高(面外~1.27 W/m·K,面内~1.31 W/m·K)和高电绝缘性(导电率<1.5X 10-10S/cm)。2.双取向传热聚合物基导热材料:单一取向传热的聚合物基导热材料利用二维导热增强填料之间高的接触面积,有效的降低了填料之间的接触热阻,从而可以获得在某一方向上的高效热传导。可是有些场合,我们需要热量可以沿着水平以及垂直方向同时传导。传统的一维填料通常可以实现热量的各向同性传导,可是一维填料之间低的接触面积导致的高的接触热阻,往往使得材料的导热系数很低或者填料添加量很高。因此,我们试着在单一取向传热的工作基础上,同时实现水平和垂直方取向传热通道的构筑以满足特殊场合对各向同性传热性能的需求。相关工作如下所示:2.1超高纵横比导热填料的取向可以在低填料添加量的情况下高效地构建传热路径并提高复合材料的导热性能。然而,当需要各向同性的热传导时,单一取向(垂直或水平)限制了这些材料的应用。这部分工作,我们采用了一种新颖而简单的策略,以脂环族环氧树脂(CER)作为基体所制备的纳米复合材料具有垂直排列的六方氮化硼(h-BN)片和随机分散的胺基化碳纳米管(CNT-NH2)的定向三维交错互连网络。在该结构中,涂覆有磁性颗粒的h-BN薄片可以响应外部磁场,然而CNT-NH2不能。所获得的复合材料在低h-BN添加量(30 wt%)时表现出优异的垂直(~0.98W/m·K)和水平(~0.99W/m·K)导热系数,同时还具有优异的电绝缘性能(导电率<1.2×10-12 S/cm)。此外,当h-BN的负载量高于25 wt%时,显示出相近的面外和面内导热系数。红外成像测试通过以复合材料作为散热材料捕获导热材料的表面温度变化,该导热复合材料展现出了优异的散热能力以及各向同性传热功能。2.2该部分工作,我们首先赋予六方氮化硼片(h-BN)磁场响应性能,制备四氧化三铁纳米(Fe304)颗粒修饰的六方氮化硼片Fe@h-BN。随后,将Fe@h-BN与少层石墨烯片(LG)以及聚合物共混,获得的混合物先置于水平磁场环境中,使得Fe@-hBN片水平取向,由于相互作用力的存在,LG片也会水平取向。随后将外加磁场旋转90度,具有磁响应性能的Fe@h-BN片的取向方向会跟随外加磁场方向的改变而改变,由水平取向变成垂直取向,与此同时,LG片的取向方向不变。最后我们研究了所制备的六方氮化硼与少层石墨烯的定向三维交错互连网络的性能,所获得的复合材料CER/LG/Fe@hBN具有优异的水平导热系数(0.97 W/m·K)和垂直导热系数(0.85 W/m·K)。红外成像测试通过以复合材料作为散热材料捕获导热材料的表面温度变化,该导热复合材料所展现出的优异散热能力以及各向同性传热功能值得被关注。3.聚合物基导热界面粘接材料:拥有不同导热结构的导热材料的模块化设计主要包括:(a)取向传热导热材料的设计与制备和(b)取向传热导热材料之间的组装。本工作中,我们尝试用界面粘接的方式,实现各个功能模块之间的组装。块体聚合物基导热材料之间的组装主要存在界面接触不紧密从而导致传热效率低下的问题。因此我们需要一种界面粘接材料,在实现块体界面之间的界面紧密衔接时,又能块体导热材料之间的高效传热。除此之外,为实现导热功能模块组装后整体机械强度的提高,界面粘接材料的粘接强度同样不可忽视,相关工作如下所示:3.1通过乳液共混和静电自组装法,我们制备了聚(丙烯酸2-乙基己酯)/功能化石墨烯@六方氮化硼(P2EHA/f-G@h-BN)导热复合材料。在这里,自组装技术已被用于通过π-π相互作用实现了功能化石墨烯片(f-G)对六方氮化硼片(h-BN)的表面非共价键改性,制得杂化填料f-G@h-BN。功能化石墨烯表面上的极性官能团通过次级相互作用增加了杂化填料与聚合物基体之间的相互作用。杂化填料在聚合物基体中的水平取向堆叠,使复合材料具有更高的面内导热性(~1.969 W/m·K)。除此之外,所制备的复合材料同时也具有良好的粘接性能(~8.448 N)。该方法环保、操作方便、并具有大规模生产的潜在价值。3.2通过胶体共混和自组装技术,借助于次级作用力和亲水性差异,制备了功能化石墨烯层(f-G)与六方氮化硼层(h-BN)增强复合界面粘接材料。在该体系中,细乳液聚合法制备的聚(丙烯酸2-乙基己酯)(P2EHA)乳液颗粒通过自组装技术将f-G层和h-BN层连接起来。借助路易斯酸碱相互作用和π-π堆积作用提高了填料和聚合物基体之间的相容性。两种导热填料的水平取向堆叠和层压结构获得了高的面内热导系数(~4.20 W/m·K)和良好的粘接性能,并且在面内方向上具有优异的电绝缘性。4.聚合物基导热材料的模块化组装与传热模拟:本章节我们将更加关注聚合物基导热材料之间的模块化组装,同时借助有限元分析法(FEA,Finiteelementanalysis)进行传热仿真研究。我们首先分别研究了导热复合材料的水平取向结构、垂直取向结构和水平与垂直同时取向结构中二维导热填料的取向和间距对导热复合材料传热效率的影响。随后我们将这三种不同取向结构的模块组装在一起,初步探索不同导热功能模块之间的模块化组装。很多实际组装加工过程中的复杂问题并没有做十分深入全面的研究,相信在以后的工作中会继续完善该部分工作。
韩萍[10](2019)在《碳纤维表面多尺度结构调控及其环氧树脂复合材料界面性能研究》文中进行了进一步梳理碳纤维增强聚合物基复合材料具有质量轻、高比强度、高比刚度、耐腐蚀、耐高温等优异性能,广泛应用于航天航空、军工、汽车等领域。随着科技的飞速发展,人类对复合材料的性能提出了更高的要求。在提升复合材料性能的研究中,多尺度增强体成为近几年碳纤维增强复合材料领域研究的热点,但如何对碳纤维表面多尺度增强体结构进行可控调控以改善和提高复合材料的界面性能,目前该方面的深入研究还没有系统开展。在本文中,基于多尺度思想,设计与制备聚乙烯亚胺(PEI)/碳纤维增强体,碳纳米管(GO)/PEI/碳纤维多尺度增强体和氧化石墨烯(GO)/PEI/碳纤维多尺度增强体。通过改变PEI分子量、PEI/碳纤维与CNT-COOH的质量比以及PEI/碳纤维与GO的质量比,研究聚合物分子量、CNTs接枝密度和GO接枝形貌对碳纤维表面多尺度增强体结构及其环氧树脂复合材料界面性能的调控规律,并进一步分析与阐述三种增强体的界面增强机理。本文的主要研究内容如下:(1)通过化学接枝方法制备CF-PEI增强体。同时,为考察聚合物分子量对多尺度结构及其复合材料界面性能的影响规律,在碳纤维表面分别接枝分子量为600,1800和10000的PEI分子。结果表明,PEI接枝能够明显提高碳纤维在环氧树脂中的浸润性,实现碳纤维与环氧树脂的化学键连接,增强两相间的化学键合作用和机械啮合作用,最终提高了复合材料的界面性能和力学性能。接枝聚合物的分子量可以影响碳纤维的表面化学结构与微观形貌,进而调控复合材料的界面性能。随着PEI分子量的增加,分子链增长,空间位阻效应加剧,接枝到碳纤维表面的分子数减少,碳纤维表面引入的极性基团含量、表面粗糙度和表面能都明显降低,导致碳纤维的表面浸润性、两相间的化学键合作用和机械啮合作用减弱,复合材料界面性能降低。接枝PEI分子量为600时,CF-PEI复合材料的界面剪切强度和弯曲强度得到最大的提高,比未改性碳纤维分别增长38.9%和36.7%。因此可以通过调节接枝聚合物分子量实现对复合材料界面性能的调控。(2)采用改性效果最佳的PEI-600为媒介,通过化学接枝方法将具有优异性能的CNTs接枝到CF-PEI表面,制备CF-PEI-CNT多尺度增强体,同时首次通过改变CF-PEI和CNTs-COOH的质量比(1:1,2:1,4:1,8:1),调控CNTs在碳纤维表面的接枝密度,研究CNTs接枝密度对碳纤维表面多尺度结构及其复合材料界面性能的调控规律。结果证明:CNTs接枝增加了碳纤维在树脂基体中的浸润性,氧化碳纳米管表面的羧基基团(-COOH)和羟基基团(-OH)能够与PEI结构中的氨基基团(-NH2)及环氧树脂中的环氧基团分别发生化学反应,在两相间形成化学键合作用;CNTs的特殊纳米结构使其在复合过程中能够像“铆钉”一样“嵌入”基体树脂内部,与之形成强烈的“铆合”作用,进而限制界面区域环氧树脂分子的自由运动;接枝的CNTs在两相间形成一个中度模量的过渡层,有利于外加载荷的有效传递和破坏能量的吸收。CNTs在碳纤维表面的接枝密度可以调控复合材料的界面性能,当CF-PEI与CNT-COOH的质量比为2:1时,CNTs能够实现与碳纤维表面呈不同角度的均匀高密度接枝,最大程度的增加碳纤维与基体树脂两相间的化学键合作用和机械“铆合”作用,提高复合材料的界面性能和弯曲性能,其IFSS、ILSS、弯曲强度比未改性碳纤维分别提高74.1%、80.1%和55.2%,比CF-PEI分别提高27.7%、30.2%和18.8%。(3)以PEI-600为偶联剂,采用化学接枝方法将具有特殊结构和性能的GO接枝到碳纤维表面,制备CF-PEI-GO多尺度增强体,并首次通过改变CF-PEI和GO的接枝质量比(10:1,20:1,40:1,60:1),调控GO在碳纤维表面的接枝形貌,研究GO接枝形貌对碳纤维表面多尺度结构及其复合材料界面性能的调控规律。结果表明:GO表面的大量极性基团(-COOH、-OH)可以显着增强碳纤维在基体树脂中的浸润性,在两相间形成强烈的化学键合作用;具有片层结构的GO“直立”于碳纤维表面分布时,能够像“船锚”一样“锚定”基体,极大程度的增强碳纤维与树脂基体的机械“铆合”作用;片层结构的GO在两相界面处形成一个中等模量的界面层,能够均匀有效的传递外加载荷和分散应力,在界面破坏时消耗更多的能量。GO在碳纤维表面的接枝形貌能够调控碳纤维表面的多尺度结构及其复合材料的界面性能,当CF-PEI与GO的质量比为40:1时,大量适中尺寸的GO“直立”于碳纤维表面分布,极大增加了碳纤维的表面粗糙度,增强了其与基体树脂的“铆合”作用;同时,该种接枝方式能够增大碳纤维在基体树脂中的极性区域面积,使GO表面更多的极性基团参与化学反应,在两相间形成更强的化学键合作用。复合材料的界面性能和弯曲性能得到最大程度的提高,其IFSS、ILSS和弯曲强度比未改性碳纤维分别提高64.3%、76.4%和50.9%,比CF-PEI分别提高19.2%、27.4%和15.8%。
二、界面酸碱作用理论在聚合物基复合材料界面粘接性能研究中的应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、界面酸碱作用理论在聚合物基复合材料界面粘接性能研究中的应用(论文提纲范文)
(1)基于结晶性聚醚醚酮的碳纤维上浆剂的研究及复合材料界面构筑(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 碳纤维增强聚醚醚酮复合材料简介 |
1.3 碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料发展史 |
1.3.1 聚醚醚酮/碳纤维复合材料发展的四个阶段 |
1.3.2 聚醚醚酮/碳纤维复合材料发展过程中遭遇的问题 |
1.4 聚醚醚酮/碳纤维复合材料的界面性能及研究进展 |
1.4.1 复合材料的界面及对其基本力学性能的影响 |
1.4.2 复合材料的界面及对其耐老化性能的影响 |
1.4.3 复合材料提升界面性能的方法 |
1.4.4 聚醚醚酮/碳纤维复合材料的界面增强的研究进展 |
1.5 论文设计思想 |
1.5.1 聚醚醚酮/碳纤维复合材料界面当前需解决的问题 |
1.5.2 研究思路 |
第2章 实验试剂和仪器 |
2.1 实验原材料 |
2.2 实验试剂 |
2.3 测试仪器与测试方法 |
第3章 基于结晶性聚醚醚酮的碳纤维上浆剂开发及性能研究 |
3.1 前言 |
3.2 聚醚醚酮-1,3-二氧戊环的合成与表征 |
3.2.1 聚醚醚酮-1,3-二氧戊环的合成 |
3.2.2 产物的表征 |
3.3 上浆剂的制备及上浆效果表征 |
3.3.1 上浆剂的配置及上浆过程 |
3.3.2 上浆效果表征 |
3.4 界面性能表征与讨论 |
3.4.1 结晶性PEEK上浆碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面剪切强度 |
3.4.2 结晶性PEEK上浆碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面机理分析 |
3.5 复合材料耐湿热与耐有机溶剂腐蚀性能研究 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于碳纳米管的多相复合材料界面构筑及性能研究 |
4.1 前言 |
4.2 上浆剂的配置及上浆效果表征 |
4.2.1 上浆剂配置 |
4.2.2 上浆前后纤维表面形貌表征 |
4.2.3 纤维表面化学结构表征 |
4.3 界面性能的表征与讨论 |
4.3.1 碳纳米管增强碳纤维/聚醚醚酮复合材料复合界面的界面剪切强度 |
4.3.2 碳纳米管增强聚醚醚酮复合界面的界面增强机理分析 |
4.4 复合材料耐腐蚀性能研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于化学接枝结晶性聚醚醚酮的界面构筑及性能研究 |
5.1 前言 |
5.2 结晶性聚醚醚酮接枝多壁碳纳米管(CNT-PEEK)的制备及表征 |
5.2.1 酸化碳纳米管的制备及表征 |
5.2.2 含羟基聚醚醚酮-1,3-二硫戊环的制备及表征 |
5.2.3 聚醚醚酮接枝酸化碳纳米管的制备及表征 |
5.2.4 聚醚醚酮接枝酸化碳纳米管结晶行为研究 |
5.3 基于CNT-PEEK的上浆剂制备及上浆效果研究 |
5.4 结晶性聚醚醚酮接枝碳纤维的制备及表征 |
5.4.1 结晶性聚醚醚酮接枝碳纤维的制备 |
5.4.2 结晶性聚醚醚酮接枝碳纤维的表征 |
5.5 界面性能的表征与讨论 |
5.5.1 结晶性聚醚醚酮接枝改性CF/CNT的界面剪切强度 |
5.5.2 结晶性聚醚醚酮接枝改性CF/CNT的界面增强机理分析 |
5.6 复合材料耐湿热与耐有机溶剂腐蚀性能研究 |
5.7 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
附录1 |
附录2 |
作者简介 |
攻读博士期间科研成果 |
致谢 |
(2)一种聚酰亚胺型玻璃纤维浸润剂在PEEK/GF复合材料中的应用(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 特种工程塑料 |
1.3 复合材料界面理论 |
1.4 玻璃纤维及其浸润剂 |
1.5 埃洛石纳米管 |
1.6 论文设计思想 |
第二章 浸润剂结构对MGF/PEEK复合材料界面性能的影响 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料与来源 |
2.3 测试及表征方法 |
2.4 实验流程 |
2.5 结果与讨论 |
2.6 本章小结 |
第三章 浸润剂含量对MGF/PEEK复合材料界面性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验原料与来源 |
3.3 测试及表征方法 |
3.4 实验流程 |
3.5 结果与讨论 |
3.6 本章小结 |
第四章 浸润剂中引入HNT对 MGF/PEEK复合材料界面性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验原料及来源 |
4.3 测试及表征方法 |
4.4 实验流程 |
4.5 结果与讨论 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论与研究展望 |
参考文献 |
作者简介 |
学术成果 |
致谢 |
(3)功能聚乙烯蜡改性超高分子量聚乙烯纤维及其性能评价(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 研究背景 |
1.2.1 UHMWPE纤维概述 |
1.2.2 功能聚乙烯蜡概述 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 UHMWPE纤维改性研究现状 |
1.3.2 功能聚乙烯蜡的研究现状 |
1.3.3 国内外研究现状汇总 |
1.4 研究意义和内容及创新点 |
1.4.1 课题的提出及研究意义 |
1.4.2 研究内容和技术路线 |
第二章 改性模型与评价体系的构建 |
2.1 引言 |
2.2 理论基础 |
2.2.1 聚合物相容性理论 |
2.2.2 聚乙烯接枝 |
2.2.3 聚乙烯交联 |
2.3 改性模型的构建 |
2.3.1 理论模型的提出 |
2.3.2 理论模型的分析 |
2.4 界面粘接强度评价体系的构建 |
2.4.1 界面粘接强度的测试方法 |
2.4.2 界面粘接强度评价体系的构建 |
2.5 原料筛选与初步试验 |
2.5.1 实验材料与试剂 |
2.5.2 原料筛选 |
2.5.3 聚乙烯蜡涂层改性UHMWPE纤维 |
2.5.4 界面粘接强度评价 |
2.6 本章小结 |
第三章 PEW-g-MAH的制备及其在UHMWPE纤维表面改性上的应用 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验材料与试剂 |
3.2.2 PEW-g-MAH的制备 |
3.2.3 纤维的PEW-g-MAH涂层改性处理 |
3.2.4 纤维的PEW-g-MAH/硅烷复合改性处理 |
3.2.5 分析与测试 |
3.3 结果与分析 |
3.3.1 影响PEW-g-MAH制备的影响因素 |
3.3.2 PEW-g-MAH涂层改性处理对纤维性能的影响 |
3.3.3 PEW-g-MAH/硅烷复合改性处理对纤维性能的影响 |
3.3.4 纤维拔出过程分析 |
3.3.5 纤维表面浸润性分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 PEW-g-PMMA的制备及其在UHMWPE纤维表面改性上的应用 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验材料与试剂 |
4.2.2 PEW-g-PMMA的制备 |
4.2.3 纤维的PEW-g-PMMA涂层改性处理 |
4.2.4 纤维的PEW-g-PMMA/硅烷复合改性处理 |
4.2.5 分析与测试 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 影响PEW-g-PMMA制备的影响因素 |
4.3.2 PEW-g-PMMA处理对纤维粘接性能的影响 |
4.3.3 PEW-g-PMMA/硅烷复合改性处理对纤维表面性能的影响 |
4.3.4 涂层改性纤维的红外分析 |
4.3.5 涂层改性纤维的拔出过程分析 |
4.3.6 涂层改性纤维的浸润性分析 |
4.3.7 涂层改性纤维的物理机械性能分析 |
4.3.8 涂层改性纤维的表面形态分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 PEW-g-MAH/St的制备及其在UHMWPE纤维表面改性上的应用 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 实验材料与试剂 |
5.2.2 PEW-g-MAH/St的制备 |
5.2.3 纤维的PEW-g-MAH/St涂层改性处理 |
5.2.4 纤维的PEW-g-MAH/St/硅烷复合改性处理 |
5.2.5 分析与测试 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 影响PEW-g-MAH/St制备的影响因素 |
5.3.2 PEW-g-MAH/St处理对纤维粘接性能的影响 |
5.3.3 PEW-g-(MAH/St)/硅烷复合处理对纤维表面性能的影响 |
5.3.4 涂层改性处理纤维的红外分析 |
5.3.5 涂层改性处理纤维的浸润性分析 |
5.3.6 涂层改性处理纤维的拔出过程分析 |
5.3.7 涂层改性处理纤维的物理机械性能分析 |
5.3.8 涂层改性处理纤维的表面形态分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 界面粘接的有限元分析 |
6.1 引言 |
6.2 界面粘接有限元模型的定义及构建 |
6.2.1 有限元分析简介 |
6.2.2 ABAQUS界面粘接有限元模型的定义 |
6.2.3 模型基本方程 |
6.2.4 有限元模型的构建 |
6.3 数值分析 |
6.3.1 材料的性能 |
6.3.2 模型数据验证 |
6.3.3 界面模拟分析 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 本课题研究的不足点 |
7.3 下一步研究工作 |
参考文献 |
攻读学位期间发表论文情况 |
致谢 |
(4)碳纳米管/玄武岩纤维多尺度复合材料的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的目的和意义 |
1.2 玄武岩纤维的性能 |
1.3 玄武岩纤维的表面改性研究 |
1.4 复合材料界面理论 |
1.4.1 界面结合方式 |
1.4.2 复合材料的界面效应 |
1.4.3 复合材料的界面理论 |
1.5 玄武岩纤维增强多尺度杂化复合材料的研究进展 |
1.6 主要研究内容 |
第2章 碳纳米管的表面处理及表征 |
2.1 前言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 原料及试剂 |
2.2.2 实验设备 |
2.2.3 碳纳米管的偶联化 |
2.2.4 表征 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 碳纳米管红外光谱 |
2.3.2 反应机理分析 |
2.3.3 分散稳定性 |
2.3.4 MWCNTs的表面形貌 |
2.4 本章小结 |
第3章 碳纳米管/玄武岩纤维接枝多尺度复合材料的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 原料及试剂 |
3.2.2 实验设备 |
3.2.3 多尺度复合材料的制备 |
3.2.4 玄武岩纤维表面及其本体性能的表征 |
3.2.5 多尺度增强体的界面剪切强度测试 |
3.2.6 多尺度复合材料力学性能表征 |
3.2.7 多尺度复合材料热失重测试 |
3.2.8 多尺度复合材料热膨胀系数分析 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 玄武岩纤维表面化学状态表征 |
3.3.2 修饰玄武岩纤维多尺度增强体界面性能 |
3.3.3 多尺度复合材料力学性能 |
3.3.4 多尺度热失重分析 |
3.3.5 多尺度复合材料热膨胀系数分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 碳纳米管/玄武岩纤维混杂多尺度复合材料的制备与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验原料 |
4.2.2 实验仪器 |
4.2.3 混杂法制备多尺度复合材料 |
4.2.4 测试与表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 碳纳米管的分散 |
4.3.2 混杂多尺度复合材料冲击破坏断口形貌 |
4.3.3 混杂多尺度复合材料的弯曲强度 |
4.3.4 混杂多尺度复合材料的冲击强度 |
4.3.5 混杂多尺度复合材料热失重测试 |
第5章 VARTM成型碳纳米管/玄武岩纤维多尺度复合材料的制备与性能研究 |
5.1 引言 |
5.2实验 |
5.2.1 实验原料及仪器 |
5.2.2 碳纳米管/玄武岩纤维多尺度增强体制备及表征 |
5.2.3 碳纳米管/玄武岩纤维多尺度复合材料的制备 |
5.2.4 复合材料力学性能测试 |
5.2.5 复合材料动态机械性能分析 |
5.2.6 复合材料热失重测试 |
5.2.7 复合材料电性能分析 |
5.2.8 复合材料摩擦性能分析 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 玄武岩纤维布表面形貌 |
5.3.2 玄武岩纤维布及多尺度增强体界面化学反应分析 |
5.3.3 增强体浸润性能分析 |
5.3.4 复合材料力学性能 |
5.3.5 复合材料断裂面表观形貌 |
5.3.6 复合材料动态力学性能分析 |
5.3.7 复合材料热失重测试 |
5.3.8 复合材料电性能分析 |
5.3.9 摩擦性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 主要结论、创新点与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
(5)激光表面处理对金属/复合材料粘接界面的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 复合材料粘接界面强化研究现状 |
1.3 本文的主要研究内容 |
2 金属/复合材料粘接理论基础 |
2.1 前言 |
2.2 粘接理论 |
2.2.1 吸附理论 |
2.2.2 机械结合理论 |
2.2.3 其他粘接理论 |
2.3 金属表面评定方法 |
2.4 本章小结 |
3 激光表面处理对金属/复合材料粘接性能试验研究 |
3.1 前言 |
3.2 金属/复合材料粘接的单搭接剪切试验 |
3.2.1 复合材料成型方法 |
3.2.2 单搭接试件的制备 |
3.2.3 激光表面处理后的表面观测 |
3.2.4 剪切强度测量 |
3.3 试验结果分析 |
3.3.1 表面粗糙度与粘接强度的关系 |
3.3.2 激光表面处理对胶粘剂附着的影响 |
3.3.3 激光功率对粘接强度的影响 |
3.3.4 扫描速率对粘接强度的影响 |
3.3.5 激光光斑间隔对粘接强度的影响 |
3.4 本章小结 |
4 激光表面处理与金属/复合材料粘接界面仿真分析 |
4.1 前言 |
4.2 激光表面处理的仿真建模 |
4.2.1 激光的理论模型 |
4.2.2 工件模型及材料 |
4.2.3 传热及边界条件 |
4.2.4 结果分析与讨论 |
4.3 金属/复合材料粘接界面性能仿真分析 |
4.3.1 金属表面形貌描述 |
4.3.2 粘接区“单胞”模型建立 |
4.3.3 仿真计算结果 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(6)针叶浆/ABS木塑复合材料的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 木塑复合材料概述 |
1.2.1 木塑复合材料简介 |
1.2.2 木塑复合材料的原料组成 |
1.2.3 木塑复合材料的加工工艺 |
1.2.4 木塑复合材料的研究现状 |
1.3 针叶浆简介 |
1.3.1 针叶浆的结构与组成 |
1.3.2 针叶浆的应用 |
1.4 ABS基复合材料简介 |
1.4.1 ABS塑料简介 |
1.4.2 ABS基复合材料的研究进展 |
1.5 聚合物基复合材料耐老化性能研究现状 |
1.5.1 聚合物基复合材料的老化类型与机理 |
1.5.2 木塑复合材料耐老化性能的研究进展 |
1.5.3 ASA在聚合物基复合材料耐老化性能的应用 |
1.6 熔融沉积成型(FDM)3D打印技术概述 |
1.6.1 3D打印技术简介 |
1.6.2 FDM3D打印技术的原理与应用 |
1.6.3 木塑复合材料FDM3D打印的研究进展 |
1.7 本论文的目的意义、主要研究内容及创新点 |
1.7.1 本论文的目的意义 |
1.7.2 本论文的主要研究内容 |
1.7.3 本论文的创新点 |
第二章 针叶浆/ABS木塑复合材料的制备及性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 主要原材料 |
2.2.2 主要仪器与设备 |
2.2.3 样品制备 |
2.2.4 测试与表征 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 针叶浆基本性质的研究 |
2.3.2 针叶浆含量对ABS木塑复合材料力学性能的影响 |
2.3.3 针叶浆/ABS木塑复合材料热性能的研究 |
2.3.4 针叶浆/ABS木塑复合材料加工性能的研究 |
2.3.5 针叶浆/ABS木塑复合材料密度及吸水性能的研究 |
2.3.6 界面改性剂对针叶浆/ABS木塑复合材料性能的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 针叶浆/ABS木塑复合材料老化性能的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 主要原材料 |
3.2.2 主要仪器与设备 |
3.2.3 样品制备 |
3.2.4 测试与表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 针叶浆/ABS木塑复合材料氧化诱导期研究 |
3.3.2 针叶浆/ABS木塑复合材料热氧老化性能研究 |
3.3.3 针叶浆/ABS木塑复合材料紫外老化性能研究 |
3.3.4 针叶浆/ABS木塑复合材料冻融性能研究 |
3.3.5 基于灰色理论对不同老化条件处理后针叶浆/ABS木塑复合材料力学性能预测 |
3.4 本章小结 |
第四章 针叶浆/ABS复合材料3D打印性能的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 主要原材料 |
4.2.2 主要仪器与设备 |
4.2.3 样品制备 |
4.2.4 测试与表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 针叶浆含量对ABS塑料3D打印性能的影响 |
4.3.2 无机纳米填料种类对针叶浆/ABS复合材料3D打印性能的影响 |
4.3.3 针叶浆/MMT/ABS复合材料3D打印制品力学性能的研究 |
4.3.4 针叶浆/MMT/ABS复合材料3D打印制品耐热性能的研究 |
4.3.5 界面改性剂对针叶浆/MMT/ABS复合材料3D打印力学性能的影响 |
4.3.6 正交实验探究3D打印参数对针叶浆/MMT/ABS复合材料3D打印综合力学性能的影响 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
致谢 |
附件 |
(7)CF/PEEK复合材料与2060-T8铝合金FSW接头成形及连接机制(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
专业名词缩写表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.2 聚合物与金属常规焊接 |
1.3 聚合物与金属FSW研究动态 |
1.3.1 焊接性及可焊材料 |
1.3.2 焊接工艺参数 |
1.3.3 材料流动行为 |
1.3.4 接头力学性能 |
1.3.5 典型焊接缺陷及成因 |
1.4 聚合物与铝合金FSW强化技术 |
1.4.1 焊具结构设计 |
1.4.2 表面预处理 |
1.4.3 焊接结构形式 |
1.5 聚合物与铝合金FSW亟待解决问题 |
1.6 本文的主要研究内容 |
第2章 试验材料与设备 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验设备 |
2.2.1 焊接设备 |
2.2.2 焊具及焊接参数 |
2.2.3 铝合金表面预处理 |
2.3 分析测试方法 |
2.3.1 表面形貌分析 |
2.3.2 测试试样制备 |
2.3.3 组织分析测试 |
2.3.4 力学性能测试 |
第3章 复合材料与铝合金FSW焊具设计和效用性 |
3.1 引言 |
3.2 接头成形与组织 |
3.2.1 接头成形与完整性 |
3.2.2 宏观形貌及特性 |
3.2.3 异质材料连接模式 |
3.3 力学性能评价 |
3.3.1 显微硬度分布 |
3.3.2 拉剪性能评价 |
3.4 本章小结 |
第4章 复合材料与铝合金FSW接头成形和力学性能调控 |
4.1 引言 |
4.2 焊缝表面形貌与完整性 |
4.3 显微组织与界面特性 |
4.3.1 显微组织 |
4.3.2 连接界面特性 |
4.3.3 材料迁移行为 |
4.4 接头承载能力表征 |
4.4.1 铝铆结构硬度 |
4.4.2 承载与断裂评价 |
4.5 本章小结 |
第5章 预构型对复合材料与铝合金FSW接头组织和性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 微弧氧化层表征 |
5.3 铝合金与聚合物连接模式 |
5.3.1 单一界面 |
5.3.2 非平直界面 |
5.3.3 多模式复合界面 |
5.4 铆焊结构特性与承载 |
5.4.1 接头组织与纤维分布 |
5.4.2 纳米压痕性能 |
5.4.3 结合界面承载与断裂 |
5.5 本章小结 |
第6章 复合材料与铝合金FSW接头连接和损伤机制 |
6.1 引言 |
6.2 多模式连接复合强化机制 |
6.2.1 微观机械连接 |
6.2.2 宏观机械连接 |
6.2.3 冶金连接 |
6.3 多模式强化接头力学性能 |
6.3.1 结合界面硬度及形貌 |
6.3.2 异质接头承载评价 |
6.3.3 拉剪断裂机制 |
6.4 铆焊结构性能提升 |
6.4.1 填充铆焊原理 |
6.4.2 填充铆焊接头完整性 |
6.4.3 填充铆钉性能 |
6.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)基于界面润湿理论的CF/PEEK复合材料界面改性设计与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 PEEK材料 |
1.2.1 PEEK的性能 |
1.2.2 PEEK纤维的发展及应用 |
1.3 CF/PEEK复合材料 |
1.3.1 SCF/PEEK复合材料 |
1.3.2 LCF/PEEK复合材料 |
1.4 编织复合材料 |
1.4.1 二维编织复合材料 |
1.4.2 三维编织复合材料 |
1.4.3 碳纤维聚醚醚酮编织复合材料 |
1.5 热塑性复合材料界面 |
1.5.1 复合材料界面设计 |
1.5.2 碳纤维增强热塑性复合材料界面改性方法 |
1.5.3 CF/PEEK复合材料界面改性 |
1.6 纤维材料的表面能和润湿性研究 |
1.7 CF/PEEK复合材料研究中存在的问题 |
1.8 本文的主要研究内容 |
第2章 试验材料和试验方法 |
2.1 试验原料与设备 |
2.1.1 试验材料与试剂 |
2.1.2 试验设备 |
2.2 接触角测试方法 |
2.3 酸碱滴定试验 |
2.4 微脱粘试验 |
2.5 等离子体改性方法 |
2.6 编织布及复合材料的制备 |
2.6.1 编织布制备 |
2.6.2 CF/PEEK复合材料成型方法 |
2.7 其他分析测试方法 |
2.7.1 形貌分析 |
2.7.2 化学结构分析 |
2.7.3 熔体流动速率 |
2.7.4 热分析 |
2.7.5 碳纤维单丝拉伸 |
2.7.6 复合材料力学性能测试 |
第3章 CF/PEEK复合材料界面设计与润湿行为 |
3.1 引言 |
3.2 复合材料的微观力学模型与断裂失效行为 |
3.2.1 微观力学模型的建立 |
3.2.2 损伤失效判据 |
3.2.3 数值模拟结果分析 |
3.3 CF与 PEEK表面形貌及表面能分析 |
3.3.1 CF与 PEEK表面形貌分析 |
3.3.2 CF接触角测量及表面能计算 |
3.3.3 PEEK接触角测量及表面能计算 |
3.4 CF/PEEK界面剪切强度分析 |
3.5 CF/PEEK复合材料界面润湿行为 |
3.5.1 CF和 PEEK表面酸碱性计算 |
3.5.2 PEEK对 CF表面润湿参数的计算 |
3.6 本章小结 |
第4章 CF和 PEEK表面的等离子体改性 |
4.1 引言 |
4.2 等离子体改性对CF和 PEEK表面形貌的影响 |
4.2.1 等离子体改性CF的表面形貌分析 |
4.2.2 等离子体改性PEEK的表面形貌分析 |
4.3 等离子体改性对CF和 PEEK性能的影响 |
4.3.1 等离子体改性CF的结构分析 |
4.3.2 等离子体改性CF的力学性能分析 |
4.3.3 等离子体改性PEEK的结构分析 |
4.3.4 等离子体改性PEEK的热学性能分析 |
4.4 等离子体改性对CF和 PEEK表面化学结构的影响 |
4.4.1 等离子体改性机理 |
4.4.2 表面基团组分分析 |
4.5 等离子体改性对CF和 PEEK表面能的影响 |
4.5.1 等离子体改性CF的表面能分析 |
4.5.2 等离子体改性PEEK的表面能分析 |
4.6 等离子体改性后CF和 PEEK表面酸碱性计算 |
4.7 等离子体改性后润湿参数与复合材料界面剪切强度的计算 |
4.8 本章小结 |
第5章 CF/PEEK复合材料的制备与性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 基体与增强体的配合比 |
5.3 复合材料的制备工艺研究 |
5.3.1 熔融温度 |
5.3.2 成型压力 |
5.3.3 结晶温度 |
5.4 复合材料的化学结构分析 |
5.5 复合材料中PEEK结晶度的计算 |
5.5.1 热焓法计算PEEK的结晶度 |
5.5.2 衍射法计算PEEK的结晶度 |
5.6 界面强度影响复合材料拉伸性能的数值模拟 |
5.7 复合材料的力学性能研究 |
5.7.1 拉伸性能 |
5.7.2 弯曲性能 |
5.7.3 层间剪切性能 |
5.7.4 曲梁四点弯曲强度 |
5.8 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(9)取向结构聚合物基导热材料的设计、制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 论文选题的依据及研究意义 |
1.2 热量(Heat)的基本概念与理论 |
1.2.1 热量的产生 |
1.2.2 热量的传输 |
1.2.3 热量传导机理 |
1.3 电子封装技术 |
1.3.1 电子封装的概念 |
1.3.2 导热基板材料 |
1.3.3 热界面材料 |
1.3.4 商品化热模拟仿真软件在电子封装技术中的应用 |
1.4 电子封装材料 |
1.4.1 金属基封装材料(MMC) |
1.4.2 陶瓷基封装材料(CMC) |
1.4.3 聚合物基封装材料(PMC) |
1.4.4 碳-碳复合封装材料(CCC) |
1.5 填充型导热聚合物 |
1.5.1 导热填料在填充型导热聚合物基体中的分布形式 |
1.5.2 填充型导热聚合物导热模型 |
1.5.3 非球形填料填充型导热聚合物导热模型 |
1.6 新材料在电子封装材料领域的应用 |
1.6.1 石墨烯材料 |
1.6.2 碳纳米管材料 |
1.6.3 六方氮化硼材料 |
1.6.4 氮化硼纳米管材料 |
1.6.5 砷化硼材料 |
1.7 模块化设计 |
1.7.1 模块化产品的特性 |
1.7.2 模块化设计与材料科学 |
1.8 界面粘接材料在电子封装材料模块化设计中的应用 |
1.8.1 导热胶黏剂(TCAs) |
1.8.2 在已有工作基础上的延伸 |
1.9 本课题研究的主要内容与创新之处 |
第2章 实验材料、设备与方法 |
2.1 实验试剂与仪器 |
2.1.1 实验试剂 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 材料性能表征方法 |
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)表征 |
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)表征 |
2.2.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征 |
2.2.4 拉曼光谱(Raman)表征 |
2.2 5 X射线衍射谱(XRD)表征 |
2.2.6 X射线光电子能谱(XPS)表征 |
2.2.7 热重分析曲线(TGA) |
2.2.8 差示扫描量热(DSC)曲线 |
2.2.9 扫描探针显微镜(SPM)表征 |
2.2.10 Zeta电位表征 |
2.2.11 动态热机械分析(DMA) |
2.2.12 导电性能测试 |
2.2.13 接触角测试 |
2.2.14 机械性能测试 |
2.2.15 粘接性能测试 |
2.2.16 导热性能测试 |
2.3 改良的Hummers方法制备氧化石墨烯 |
2.4 氨基化还原氧化石墨烯的制备 |
2.5 六方氮化硼的表面羟基化改性 |
2.6 多巴胺化学法填料表面非共价键改性技术 |
2.7 重力场作用下高纵横比多维材料水平取向技术 |
2.8 磁场作用下磁响应材料取向技术 |
2.9 利用XRD技术计算填料取向度 |
2.10 复合材料热分解动力学研究 |
2.11 环氧树脂固话完全度判断 |
2.12 红外热成像分析技术 |
2.13 传热仿真软件ANSYS |
第3章 单一取向传热聚合物基导热材料 |
3.1 非共价键仿生功能化鳞片石墨的填充与各向异性导热 |
3.1.1 CER/PDA@graphite复合材料的设计与制备思路 |
3.1.2 CER/PDA@graphite复合材料的表征 |
3.1.3 CER/PDA@graphite复合材料的填料取向度计算 |
3.1.4 CER/PDA@graphite复合材料的DMA研究 |
3.1.5 CER/PDA@graphite复合材料的热分解性能研究 |
3.1.6 CER/PDA@graphite复合材料的界面粘接性能研究 |
3.1.7 CER/PDA@graphite复合材料的导热性能研究 |
3.1.8 CER/PDA@graphite复合材料的实际工作环境模拟 |
3.1.9 小结 |
3.2 六方氮化硼片和氨基碳纳米管的填充与各向异性导热 |
3.2.1 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的设计与制备思路 |
3.2.2 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的表征 |
3.2.3 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的填料取向度计算 |
3.2.4 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的热分解性能研究 |
3.2.5 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的导电性能研究 |
3.2.6 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的导热性能研究 |
3.2.7 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的机械性能研究 |
3.2.8 h-BN与CNT-NH_2填充复合材料的实际工作环境模拟 |
3.2.9 小结 |
3.3 多层石墨烯/聚多巴胺改性六方氮化硼的杂化填充与各向异性导热 |
3.3.1 mG/h-BN@PDA填充复合材料的设计与制备思路 |
3.3.2 mG/h-BN@PDA填充复合材料的表征 |
3.3.3 mG/h-BN@PDA填充复合材料的填料取向度计算 |
3.3.4 mG/h-BN@PDA填充复合材料的热分解性能研究 |
3.3.5 mG/h-BN@PDA填充复合材料的导电性能研究 |
3.3.6 mG/h-BN@PDA填充复合材料的导热性能研究 |
3.3.7 mG/h-BN@PDA填充复合材料的机械性能研究 |
3.3.8 mG/h-BN@PDA填充复合材料的实际工作环境模拟 |
3.3.9 小结 |
3.4 氨基官能化还原氧化石墨烯/六方氮化硼的杂化填充与各向异性导热 |
3.4.1 CER/NfG@h-BN复合材料的设计与制备思路 |
3.4.2 CER/NfG@h-BN复合材料的表征 |
3.4.3 CER/NfG@h-BN复合材料的填料取向度计算 |
3.4.4 CER/NfG@h-BN复合材料的热分解性能研究 |
3.4.5 CER/NfG@h-BN复合材料的导电性能研究 |
3.4.6 CER/NfG@h-BN复合材料的DMA研究 |
3.4.7 CER/NfG@h-BN复合材料的粘接性能研究 |
3.4.8 CER/NfG@h-BN复合材料的导热性能研究 |
3.4.9 CER/NfG@h-BN复合材料的实际工作环境模拟 |
3.4.10 小结 |
3.5 本章小结 |
第4章 双取向传热聚合物基导热材料 |
4.1 定向构建三维交错氮化硼片/氨基官能化碳纳米管互联导热网络 |
4.1.1 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的设计与制备思路 |
4.1.2 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的表征 |
4.1.3 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的取向结构 |
4.1.4 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的热分解性能研究 |
4.1.5 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的导电性能研究 |
4.1.6 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的导热性能研究 |
4.1.7 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的机械性能研究 |
4.1.8 CER/CNT-NH_2/Fe@hBN复合材料的实际工作环境模拟 |
4.1.9 小结 |
4.2 利用磁场变换定向构建三维交错氮化硼片/少层石墨烯片互联导热网络 |
4.2.1 CER/LG/Fe@hBN复合材料的设计与制备思路 |
4.2.2 CER/LG/Fe@hBN复合材料的表征 |
4.2.3 CER/LG/Fe@hBN复合材料取向结构 |
4.2.4 CER/LG/Fe@hBN复合材料的热分解性能研究 |
4.2.5 CER/LG/Fe@hBN复合材料的导电性能研究 |
4.2.6 CER/LG/Fe@hBN复合材料的导热性能研究 |
4.2.7 CER/LG/Fe@hBN复合材料的机械性能研究 |
4.2.8 CER/LG/Fe@hBN复合材料的DMA研究 |
4.2.9 CER/LG/Fe@hBN复合材料的实际工作环境模拟 |
4.2.10 小结 |
4.3 本章小结 |
第5章 聚合物基导热界面粘接材料 |
5.1 氨基官能化还原氧化石墨烯/六方氮化硼的隔离杂化结构 |
5.1.1 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的设计与制备思路 |
5.1.2 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的表征 |
5.1.3 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的取向结构 |
5.1.4 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的热分解性能分析 |
5.1.5 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的导电性能研究 |
5.1.6 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的导热性能研究 |
5.1.7 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的界面粘接性能研究 |
5.1.8 P2EHA/f-G@h-BN复合材料的实际工作环境模拟 |
5.1.9 小结 |
5.2 氨基官能化还原氧化石墨烯/六方氮化硼的夹层结构 |
5.2.1 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的设计与制备思路 |
5.2.2 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的表征 |
5.2.3 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的取向结构 |
5.2.4 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的热分解性能研究 |
5.2.5 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的导电性能研究 |
5.2.6 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的导热性能研究 |
5.2.7 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的界面粘接性能研究 |
5.2.8 P2EHA/f-G/h-BN复合材料的实际工作环境模拟 |
5.2.9 小结 |
5.3 本章小结 |
第6章 聚合物基导热材料的模块化组装与传热模拟 |
6.1 有限元分析法(FEA)计算模块化导热材料传热效率 |
6.1.1 二维片状导热填料的水平取向 |
6.1.2 二维片状导热填料的垂直取向 |
6.1.3 二维片状导热填料的水平与垂直同时取向 |
6.2 不同取向结构导热材料的模块化组装 |
6.3 本章小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 有待进一步解决与深入研究的问题 |
参考文献 |
附录A 主要缩略清单 |
附录B 支持本文工作的基金项目 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(10)碳纤维表面多尺度结构调控及其环氧树脂复合材料界面性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 复合材料界面理论与结合类型 |
1.2.1 复合材料界面理论 |
1.2.2 复合材料界面结合类型 |
1.3 碳纤维表面改性研究进展 |
1.3.1 碳纤维结构特点 |
1.3.2 碳纤维表面改性技术 |
1.4 三种调控碳纤维表面微观结构材料的性能及对碳纤维表面改性研究进展 |
1.4.1 聚乙烯亚胺(PEI)的性能及对碳纤维表面改性研究进展 |
1.4.2 碳纳米管(CNTs)的性能及对碳纤维表面改性研究进展 |
1.4.3 氧化石墨烯(GO)的性能及对碳纤维表面改性研究进展 |
1.5 本论文的主要研究内容 |
第二章 实验材料及实验方法 |
2.1 实验材料及实验仪器 |
2.1.1 实验材料及试剂 |
2.1.2 实验仪器及设备 |
2.2 多尺度碳纤维增强体的制备 |
2.2.1 CF-PEI增强体的制备 |
2.2.2 CF-PEI-CNT多尺度增强体的制备 |
2.2.3 CF-PEI-GO多尺度增强体的制备 |
2.2.4 复合材料的制备 |
2.3 增强体本体及其复合材料界面性能表征 |
2.3.1 碳纤维本体性能表征 |
2.3.2 复合材料界面性能表征 |
第三章 CF-PEI增强体及其环氧树脂复合材料性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 CF-PEI增强体本体性能研究 |
3.2.1 碳纤维的氧化处理 |
3.2.2 CF-PEI增强体表面化学组成分析 |
3.2.3 CF-PEI增强体表面形貌分析 |
3.2.4 CF-PEI增强体表面浸润性能分析 |
3.3 CF-PEI/环氧树脂复合材料界面性能研究 |
3.3.1 界面剪切强度(IFSS)分析 |
3.3.2 层间剪切强度(ILSS)分析 |
3.3.3 弯曲性能分析 |
3.4 界面增强机理分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 CF-PEI-CNT多尺度增强体及其环氧树脂复合材料性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 碳纳米管的羧基化 |
4.3 CF-PEI-CNT多尺度增强体本体性能表征 |
4.3.1 CF-PEI-CNT多尺度增强体表面化学组成分析 |
4.3.2 CF-PEI-CNT多尺度增强体表面形貌分析 |
4.3.3 CF-PEI-CNT增强体表面浸润性能分析 |
4.4 CF-PEI-CNT/环氧树脂复合材料界面性能研究 |
4.4.1 界面剪切强度(IFSS)分析 |
4.4.2 层间剪切强度(ILSS)分析 |
4.4.3 弯曲性能分析 |
4.5 界面增强机理分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 CF-PEI-GO多尺度增强体及其复合材料界面性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 氧化石墨烯的性能测试 |
5.2.1 氧化石墨烯的微观结构分析 |
5.2.2 氧化石墨烯的化学状态分析 |
5.3 CF-PEI-GO多尺度增强体本体性能表征 |
5.3.1 CF-PEI-GO多尺度增强体表面化学组成分析 |
5.3.2 CF-PEI-GO多尺度增强体表面形貌分析 |
5.3.3 CF-PEI-GO多尺度增强体表面润湿性能分析 |
5.4 CF-PEI-GO/环氧树脂复合材料界面性能研究 |
5.4.1 界面剪切强度(IFSS)分析 |
5.4.2 层间剪切强度(ILSS)分析 |
5.4.3 弯曲性能分析 |
5.5 界面增强机理分析 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间的研究成果 |
致谢 |
四、界面酸碱作用理论在聚合物基复合材料界面粘接性能研究中的应用(论文参考文献)
- [1]基于结晶性聚醚醚酮的碳纤维上浆剂的研究及复合材料界面构筑[D]. 杨砚超. 吉林大学, 2020(01)
- [2]一种聚酰亚胺型玻璃纤维浸润剂在PEEK/GF复合材料中的应用[D]. 王小问. 吉林大学, 2020(01)
- [3]功能聚乙烯蜡改性超高分子量聚乙烯纤维及其性能评价[D]. 田永龙. 东华大学, 2020(01)
- [4]碳纳米管/玄武岩纤维多尺度复合材料的制备与性能研究[D]. 陈剑楠. 中北大学, 2020(12)
- [5]激光表面处理对金属/复合材料粘接界面的影响研究[D]. 张昱龙. 大连理工大学, 2020
- [6]针叶浆/ABS木塑复合材料的制备及性能研究[D]. 赵子瑨. 华南理工大学, 2020(02)
- [7]CF/PEEK复合材料与2060-T8铝合金FSW接头成形及连接机制[D]. 孟祥晨. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [8]基于界面润湿理论的CF/PEEK复合材料界面改性设计与性能研究[D]. 鲁春蕊. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [9]取向结构聚合物基导热材料的设计、制备与性能研究[D]. 苏政. 中国科学技术大学, 2019
- [10]碳纤维表面多尺度结构调控及其环氧树脂复合材料界面性能研究[D]. 韩萍. 青岛大学, 2019(07)