一、高性能纤维的发展及其在先进复合材料中的应用(论文文献综述)
张兴珂[1](2021)在《高加工性能聚对苯二甲酰对苯二胺溶液的制备与应用研究》文中研究表明聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly(p-phenylene terephthalamide),PPTA)作为一种有着优异热性能、化学稳定性、电绝缘性能、耐磨性能的高分子材料,目前被广泛应用于航空航天、个人防护、国防军工、交通通讯等领域。由于PPTA分子链间的强氢键作用,导致高聚合度PPTA大分子在反应过程中析出,且无法再溶于非腐蚀性常规有机溶剂。而PPTA聚合物熔点高于其分解温度,故通常将其溶于浓硫酸中进行液晶纺丝,生产成本高,工艺复杂,大大限制了PPTA在其他方面的更广泛应用。因此,本论文围绕提高PPTA可加工性能这一问题,研究制备了低分子量PPTA溶液,并对其在功能化领域的应用进行了研究。具体研究内容与结果如下:首先,通过调节对苯二胺(PPDA)、对苯二甲酰氯(TPC)单体摩尔比控制PPTA聚合物的聚合度,以此探究反应体系的临界非凝胶点,成功制备了以NMP-CaCl2为溶剂体系的可以稳定存在一定时间的低分子量PPTA溶液,并对不同端基封端的低分子量PPTA溶液聚合度、聚合反应条件进行研究;其次,以不同端基封端的低分子量PPTA溶液作为原料进行二次共聚制备高分子量PPTA聚合物,以此探究了采用“反应型纺丝”的方法一步法纺制对位芳纶的可行性,制备过程中聚合过程简单,易于操控,有利于工业化生产。其次,针对锂电池隔膜尺寸热稳定性差,易造成安全隐患这一问题,本研究通过“浸渍-相分离”的方法,将低分子量PPTA聚合物均匀地附着在PE隔膜网络结构表面,制备了PPTA/PE复合隔膜。采用场发射扫描电镜研究了复合隔膜的结构,表明采用“浸渍-相分离”法制备复合隔膜对其孔径大小、孔隙率等性能具有较好的可控性;研究了PPTA/PE复合隔膜的力学性能与界面剪切强度,研究结果表明所得PPTA/PE复合隔膜具有较高的初始模量与刚性,PPTA聚合物涂层与PE隔膜网络也具有较为优异的界面剪切强度;研究了PPTA/PE复合隔膜的电解液浸润性与本体电阻,结果表明:相较于纯PE隔膜,PPTA/PE复合隔膜与电解液的相容性更好,由质量分数为1wt%低分子量PPTA溶液制得的复合隔膜离子电导率最为优异,高达7.46′10-3 S/cm;采用DSC对PPTA/PE复合隔膜的热性能进行研究,并对隔膜的尺寸收缩率进行表征,通过场发射扫描电镜观察隔膜内部结构变化,结果表明由质量分数为1wt%低分子量PPTA溶液制得的复合隔膜具有优异的尺寸热稳定性,在150℃以下隔膜均具有较高的离子电导率,在180℃左右时隔膜孔隙开始闭合,在240℃时隔膜整体热收缩仍然较小,表现出优异的热关断性能;将由质量分数为1wt%低分子量PPTA溶液制得的复合隔膜组装成CR2032纽扣电池,对电池的循环性能与倍率性能进行研究,结果表明:由质量分数为1wt%低分子量PPTA溶液制得的复合隔膜组装而成的电池表现出更加优异的充放电性能。然后,利用低分子量PPTA溶液自凝胶的特性,采用低温聚合的方法合成了一系列不同质量分数的低分子量PPTA溶液,然后通过升温加热以加速PPTA分子链间氢键的形成,制得PPTA凝胶,最终,通过溶剂置换、冷冻干燥得到了PPTA气凝胶;为了提高PPTA气凝胶的机械性能,增强其在实际应用中的使用性能,将PPTA短切纤维均匀分散于低分子量PPTA溶液中,制备了PPTA短切纤维掺杂的PPTA(c-PPTA)气凝胶,该气凝胶同样具有良好的隔热性能和更加优异的机械性能;此外,PPTA气凝胶较高的孔隙率以及优异的吸附性能使得其在制备PPTA/相变复合材料(PCMs)中具有巨大的应用潜力。值得注意的是,PPTA及c-PPTA气凝胶具有良好的隔热性能,而PPTA/PEG相变复合材料能够吸收热目标辐射的热能,因此,通过PPTA气凝胶与PPTA/PEG相变复合材料的协同作用,有效实现了对热目标的红外屏蔽。在上述基础上,提出凝胶法制备PPTA纸,首先,将低分子量PPTA溶液浇注入由PPTA短切纤维组成的无纺布中,然后,通过升温加速PPTA凝胶化进程,得到掺杂有PPTA短切纤维的PPTA凝胶,多次水洗去除凝胶中可能残留的NMP和无机盐,得到PPTA水凝胶,最后,分别通过缓慢压缩和热压工艺制备了具有较高撕裂强度、优异力学性能、热稳定性和电击穿强度的PPTA纸;为了进一步提高PPTA纸的疏水性,将聚偏氟乙烯(PVDF)掺杂到低分子量PPTA溶液中,进而制备疏水性PPTA(h-PPTA)纸。研究表明,只需添加少量PVDF,制得的h-PPTA纸的疏水性能相较于PPTA纸即有显着的改善。这一现象表明,PPTA纸不仅可以作为制备绝缘材料和蜂窝芯材的理想材料,而且其凝胶工艺在复合材料生产方面亦具有非常深远的应用潜力。最后,通过沉析法,将一定质量分数的低分子量PPTA溶液逐滴加入到剧烈搅拌的NMP/乙醇溶剂体系中,制得PPTA纳米沉析纤维,并将其均匀分散在低分子量PPTA溶液中,经过凝胶、溶剂置换、冷冻干燥制得PPTA纳米纤维掺杂的PPTA(f-PPTA)气凝胶,随后,在室温条件下,通过压制工艺制备了具有低热膨胀系数、优异热稳定性、电绝缘性能的PPTA膜;在制备PPTA膜的过程中,研究发现未经过压缩工艺处理的f-PPTA气凝胶具有较好的可加工性,完全可以将其作为基体,把导电材料直接嵌入到f-PPTA气凝胶中形成电路,然后,通过压缩得到了一体式柔性电路板。而通过这种方法制得的一体式柔性电路板,不仅具有较低的热膨胀系数(与铜相近),而且具有优异的热稳定性、电绝缘性能,工艺简单、成本较低,有望在柔性电路板领域实现工业化生产。综上所述,本论文成功制备了具有高加工性能的低分子量PPTA溶液,并对其在不同领域的应用进行了研究与探讨,为高性能PPTA聚合物的更广泛应用提供了新的加工方法与方向。
冯荔[2](2021)在《石墨烯基纤维的微结构设计及其力学性能》文中认为自然界的生物材料经过数亿年的进化已经实现了结构和功能的完美统一,如木材、鱼鳞和贝壳等。在众多的天然生物复合材料中,贝壳珍珠母得益于其内部软硬物质交替叠层排列的精密结构使其同时兼具了刚度、强度和韧性等出色的性能,因而成为研究人员研究和模仿的重点。科学家们常常选用长径比大、力学性能好的材料作为交错叠层结构中的硬质相来制备性能与功能兼具的仿贝壳结构材料。而石墨烯由于其强度高、长径比大、质量轻等优点,因此常被选做制备轻质高强高韧类贝壳结构的理想材料。目前,石墨烯基复合材料已获得了长足的发展。在众多的石墨烯衍生物中,石墨烯纤维因其轻质、高强、柔韧等特性自其2011年被高超小组首次报道以来就引起了极大关注。本文利用贝壳结构的强韧化机理,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),将其作为“砖-泥”结构中的硬质相,再选用粘结性能较好的聚氨酯(TPU)作为软质相。经湿法纺丝工艺制备了具有类贝壳结构的GO-TPU复合纤维。这些纤维具有不同的微观结构,对它们进行拉伸测试,其强度和韧性随着TPU含量的升高呈现先上升后下降的趋势。结合拉剪链模型和有限元模拟对其力学性能进行分析,结果表明,通过调整氧化石墨烯硬质“brick”与TPU软质“mortar”之间的微观结构,可优化内部应力分布,改善纤维的宏观力学性能。此外,经研究发现,TPU与GO之间的界面结合是影响复合纤维力学性能的又一关键因素。因此,在该层状结构中加入碳纳米管(CNTs)来改善“砖”与“砂浆”之间的界面结合特性和应力传递效率,进一步发挥了GO片层优异的承载特性,从而实现材料抗拉强度和韧性的进一步提高。并对上述氧化石墨烯基复合纤维进行化学还原,进一步提升了其力学性能。此外,经上述研究发现:当TPU与GO在某种特定质量比时,纤维展现出较好的力学性能,而目前工业制造都朝着更为简便环保的方向迈进,因此,采用制备流程更为简便的干法纺丝工艺对这种特定质量比的GO-TPU混合溶液进行纤维纺丝,并且运用ABAQUS仿真模拟软件观测内部缺陷对纤维宏观力学性能的影响。结果表明,干纺纤维由于其内部孔洞缺陷较湿纺纤维更为细微,因此,其力学性能较湿纺纤维展现出了明显的优越性。这可以有效控制纤维的微观结构,改善内部应力分布和载荷传递效率,从而优化其宏观力学性能。综上所述,本文采用湿法纺丝方法制备了GO基复合纤维,并且结合拉剪链模型和有限元模拟对其微观结构和界面结合的强韧化机理进行分析,并对上述GO基复合纤维进行化学还原,大大提升了其力学性能。基于上述工作,进一步采用流程更为简便的干法纺丝方法制备了GO-TPU复合纤维,并且运用ABAQUS对其内部缺陷的失效机制进行分析。这些研究将为氧化石墨烯复合纤维的内部微观结构优化策略和制备工艺的改进提供有益的指导。
董科[3](2021)在《3D打印连续纤维增强格栅结构及其力学和形状记忆性能研究》文中指出近年来,利用3D打印技术制备连续纤维增强复合材料已经成为研究热点,引入智能性打印基材则可进一步拓展复合材料的功能和应用前景。借助打印技术引入连续纤维可定制化生产轻质高强复合结构材料,一体成型,降低成本。打印过程中,将形状记忆智能高分子基材与连续纤维复合,能够在特定刺激下改变其形状,可用来设计增强结构的自展开或自适应功能,未来在航空航天等领域有着巨大的应用潜力。然而,前期研究表明,打印工艺对连续纤维的要求较高,制备的复合结构内部存在明显缺陷;此外,智能基材的打印复合结构仍处于初步研究阶段。因此,如何优化连续纤维3D打印路径的设计以及连续纤维与智能基材组合结构的力学性能,构筑轻质高强结构以及开展相关应用研究,对指导和开发智能化3D打印高强材料具有重要的启发价值。本文基于纤维增强轻质格栅结构,通过对打印参数如打印路径和挤出量进行设计与配置,优化了连续纤维在格栅结构中的打印工艺,可制备具有纤维良好分布的格栅结构复合材料。基于该优化工艺,采用形状记忆聚乳酸和连续芳纶纤维设计并打印了连续纤维增强格栅结构,系统地研究了打印参数和结构参数对增强结构力学性能和形状记忆性能的影响。最终,为实现纤维增强格栅结构复合材料的直接驱动变形,制备了电驱动碳纤维增强“人”字形形状记忆格栅结构,探索了该种复合结构的各项性能以及作为电驱动变形装置的应用潜力。本课题主要研究内容和结论如下:(1)连续纤维增强格栅的结构设计与打印工艺研究。本论文提出了一种基于周期重叠式的连续纤维打印路径和挤出量配置的打印策略,并使用连续芳纶纤维和聚乳酸为原材料打印了具有不同路径配置的菱形填充格栅结构复合材料,研究了连续纤维打印的路径配置对打印质量及力学性能的影响。研究结果表明,以“类梯形”路径设计的复合结构具有较均匀的纤维分布及良好的打印质量和理想的力学性能,可适用于打印不同填充图案的连续纤维增强格栅结构复合材料。(2)连续纤维增强格栅结构的力学与记忆性能研究。在优化打印工艺的基础上,设计并制备了具有均匀纤维分布的连续纤维增强三角填充格栅结构形状记忆复合材料,研究了结构参数和打印参数对复合结构拉伸力学性能的影响,并通过有限元数值模拟分析了拉伸载荷下复合结构的失效模式。探索了结构参数和打印参数对三角填充格栅结构复合材料弯曲性能以及形状记忆性能的影响。研究发现,复合结构中的纤维为主要承力部分,在结构中支杆和纤维的搭接处观察到主要的应力集中,与实验拉伸测试中产生的破坏位置一致;随着打印结构单胞长度的增加,结构的相对密度减小,但结构的拉伸强度呈上升趋势;当打印层高降低时,复合结构中的纤维含量升高,拉伸强度显着增加;单胞长度的增加能够增加格栅结构的刚度,弯曲性能也呈上升趋势,而形状记忆回复率则表现出相反的趋势;随着打印层高减小,复合材料中的纤维含量由3.65%增加到16.32%,复合结构能承担的相对最大载荷以及相对弯曲模量分别增加了约2倍和3倍,而形状回复率则下降显着,从74.62%降低到53.88%。(3)电致驱动形状记忆智能格栅结构的研究。以形状记忆聚乳酸为基体,向其引入热塑性聚氨酯和多壁碳纳米管,制备了电响应形状记忆复合线材;通过3D打印连续纤维技术,设计并制备了连续碳纤维增强“人”字形负泊松比格栅结构。研究了碳纤维增强形状记忆复合基材的力学性能和电响应形状记忆性能,进而研究了格栅结构在拉伸载荷下的力学性能及负泊松比效应,探索了该类格栅结构的电致驱动性能。结果表明,打印的碳纤维增强复合基材表现出良好的力学性能,并能够在10 V电压刺激下,25 s内可达到94%的形状回复率;打印的格栅结构在拉伸载荷下表现出负泊松比效应,建立的数学模型很好地预测其泊松比的值;复合结构能够在电驱动下由临时形状回复到初始状态,通过对格栅结构尾端选择性的施加电刺激,能够对格栅结构特定部分进行激活。本课题将形状记忆高分子基材与连续纤维复合,优化了连续纤维3D打印路径,研究了3D打印连续纤维增强热/电驱动的形状记忆格栅结构,对开发3D打印智能高强材料具有重要的指导价值,为将来设计增强结构的自展开或自适应材料,并在航空航天等领域的应用奠定了良好的基础。
陈志斌[4](2021)在《低介电聚酰亚胺的结构设计及其高性能纤维的制备》文中指出芳香族聚酰亚胺(Polyimide,PI)由于其优异的综合性能和结构可设计性,被广泛应用于航空航天、微电子、工业过滤等领域。近年来随着国防军工的高速发展,先进透波复合材料引起了材料研究者们的关注,由于天线罩服役环境的特殊性和恶劣性,对其纤维增强材料提出了低介电、轻质高强、高耐热等综合要求。目前商业化生产的聚酰亚胺纤维介电常数在3.2到3.8之间,不能满足先进透波复合材料的要求,因此,在保留其高性能的前提下,进一步降低聚酰亚胺的介电常数,成为迫切解决的难题。目前对于降低PI材料介电常数的改性手段众多,其中向体系中引入氟原子能有效束缚电子云运动,从而较为明显地降低聚酰亚胺的介电常数;此外,通过化学键合作用引入低介电纳米粒子,形成强界面复合,能够有效地限制分子链在外电场中的取向极化,同时增加分子链间距,提高基体内的自由体积,同样能够有效改善PI的介电性能。基于以上讨论,本文从分子结构设计出发,合成了一种氨基修饰的含氟超支化聚硅氧烷(NH2-FHBPSi),然后通过原位聚合的方式引入到全刚性结构聚酰亚胺(BPDA/p-PDA/BIA)基体中,采用“两步法”工艺制备介电常数较低且综合性能良好的聚酰亚胺复合纤维,并探究了NH2-FHBPSi含量与PI性能之间的构效关系。具体研究内容为:1.选用γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(APDES)、三氟丙基三甲氧基硅烷(TFPTMS)和原硅酸四乙酯(TEOS)三种硅烷偶联剂通过水解-缩聚法成功制备了NH2-FHBPSi。测试表明,在超支化聚硅氧烷的制备过程中氨基被成功引入且反应活性良好,氨基含量为0.45~0.47mmol/g;NH2-FHBPSi中存在明显的支化结构,并且内部仅存在极少量的介孔和微孔。此外,NH2-FHBPSi在乙醇中分散的平均粒径为45.6nm,并且能在常温下溶于DMAc、NMP、DMSO等非质子极性溶剂中,这为后续的PI原位复合改性提供了较好的分散基础。2.将NH2-FHBPSi纳米粒子以原位聚合的方式引入到PI基体中,采用流延成膜和热环化得到一系列不同NH2-FHBPSi含量的PI复合薄膜,测试结果表明,PI复合薄膜的介电性能和疏水性能有明显改善,当NH2-FHBPSi含量为10 wt%时介电常数低至2.61,吸水率下降了34.3%,接触角从73.3°增加到92.8°。然而,由于含氟纳米粒子与PI基体之间相容性问题,当NH2-FHBPSi含量大于5 wt%时,在基体中出现团聚现象,导致薄膜的力学性能、透光度和热性能出现不同程度的下降。3.将固含量为13 wt%的NH2-FHBPSi/PAA纺丝浆液通过湿法成形和热环化-牵伸处理制备PI复合纤维。在纤维湿法成形过程中发现,当H2O与DMAc的比例为4:6时,得到的初生纤维断面呈圆形,且表面光滑无缺陷。利用广角X-射线衍射(WAXD)对热环化条件和热牵伸引发的纤维微观结构变化进行研究,结果表明,随着牵伸倍率的提高,子午线方向的衍射峰逐渐变强,并出现了两个新的衍射峰(2θ=6.7°、31.3°),说明热牵伸过程中分子链沿纤维轴向取向的同时,形成了更为规整的有序堆积结构。当牵伸倍率达到2.4时,拉伸强度和拉伸模量分别达到2.83 GPa和129.78 GPa。在研究不同NH2-FHBPSi含量的PI复合纤维的聚集态结构中发现,随着NH2-FHBPSi含量的增加,赤道线方向的峰形和峰位置基本没有变化,纤维总体呈无定形结构,而在子午线方向上衍射峰的位置逐渐向低衍射角方向偏移,对应的d-spacing增加了0.06(?)。当NH2-FHBPSi的添加量为3 wt%时,纤维的拉伸模量和拉伸强度分别提高了27.1%和1.7%,随着NH2-FHBPSi含量的进一步提高,纳米粒子在基体中分散性变差,纤维的模量和强度都出现较为明显地下降。
苏瑞[5](2021)在《芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料界面与力学性能研究》文中研究指明利用高性能纤维织物制造质轻高强的复合材料是工业发展趋势。纬平针织物以特殊的线圈结构使其复合材料具有良好的抗冲击性能。芳纶纤维因优异的力学性能广泛应用于航空航天、汽车、防护材料中,超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)作为高性能纤维中相对密度最小、比强度和比模量最高的纤维,对这些材料轻量化发展具有重要意义。复合材料界面性能对其力学性能发挥重要的作用,纤维与树脂间的界面是影响其机械性能的重要因素之一。本课题旨在藉由纤维表面改性的方法来增加纤维与树脂间的界面性能,以达到提高复合材料综合性能的目的。在不影响高性能纤维自身机械性能的情况下开发出更好力学性能的混杂复合材料。对于纤维表面改性,采用一种溶胶-凝胶法制备涂层溶胶对芳纶纤维和UHMWPE纤维及其纬平针织物进行涂层改性。用扫描电镜分析了其形貌变化,同时进行FTIR和XPS分析以确定涂层物质。并通过纤维表面摩擦系数试验、接触角分析和界面剪切强度测试,证明了该溶胶-凝胶处理是提高纤维与树脂间界面性能的一种有效方法,同时对纤维自身拉伸性能没有影响。其中芳纶纤维界面剪切强度提高38.26%,UHMWPE纤维界面剪切强度提高50.97%。根据混杂比设计了十种不同混杂结构的芳纶-UHMWPE纬平针织物复合材料,探究不同混杂结构复合材料力学性能。结果表明:层间结构的拉伸强度随UHMWPE织物层增大而增大,在相同混杂比的情况下,UHMWPE层夹芯芳纶层时复合材料的拉伸性能较好;当K:U=1:3时,以芳纶织物为冲击面时,混杂复合材料的抗冲击性能最佳。当K:U=3:1时,以UHMWPE织物为冲击面时,混杂复合材料的抗冲击性能最佳。所有混杂方式表现为正的混杂效应,应根据其实际使用选择不同混杂比和铺层方式的混杂复合材料。最后,本课题采用三维建模软件Rhinoceros建立纬平针织物实物模型,使用ABACUS有限元进行仿真模拟,从理论上分析了纬平针复合材料抗冲击性能的影响。将模拟值与实验值进行比较,结果与实验所得载荷-时间曲线能较好吻合。
展晓晴[6](2021)在《高性能纤维/聚酯复合纱线织物防刺性能研究》文中认为来自自然灾害以及社会不安定因素的威胁,人类必须选用各种各样的产品保护自身安全。我国对于枪支管控严格,日常生活中刀具成为了对人们安危最严重的威胁,然而传统的防刺服质地较硬、较为厚重,不适宜日常穿着,而目前市面上的柔性防刺服成本较高,对于普及应用仍有一定的限制,因此综合权衡防刺效果、服用性能和成本来制备防刺织物具有重要的意义。本课题首先研究了聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)、芳纶纤维在一定使用环境下的力学性能与微观形貌,并借助不同的复合纱成形过程,将聚酯纤维与UHMWPE、芳纶纤维进行复合,探索复合纱的性能,并通过主成分分析和逐步回归法建立各参量与复合纱性能的数学关系,用于对复合纱线性能的预测。其次,以自制的复合纱线为原料制备防刺织物,并测试其准静态防刺效果和服用性能,研究复合纱线、织物结构以及不同规格刀具等对织物综合性能的影响;最后,采用Solid Works和Abaqus有限元软件对织物穿刺过程和力学行为进行了模拟。实验结果表明:3种纤维原料在酸、盐环境下,纤维的断裂强度与端粒伸长率没有明显损伤。UHMWPE纤维耐热稳定性较差,高温处理会导致纤维力学性能大幅下降;复合纱随着捻度的增大,强力呈先增大后减小的变化趋势。引入包缠角的概念,并以高性能纤维强力(X1)、聚酯纤维强力(X2)、高性能纤维细度(X3)、聚酯纤维细度(X4)、高性能纤维包缠角(X5)、聚酯纤维包缠角(X6)为变量,构建了纱线强度和条干的预测模型,得到200捻/m的UHMWPE/聚酯复合纱和250捻/m的芳纶/聚酯复合纱更适合防刺织物的织造。通过对织物的准静态刺破载荷和服用性能的分析发现,聚酯纤维的加入对织物的服用性能没有明显影响;在高性能纤维含量一定时,聚酯纤维可提升织物防刺效果;随着织物内纤维总根数的增加,刺破载荷值随之增大,当织物中总纤维根数相近时,高性能纤维含量高的织物刺破载荷值较大;堆叠多层可大幅提升织物的防刺效果,相较于单层织物,堆叠四层后,织物的准静态防刺载荷最大可提升536%;刀具厚度对穿刺效果有显着影响,刀体最薄的美工刀可完全穿透织物,刀体较厚的刀具不可完全穿透织物;聚酯纤维的加入可降低织物的成本,最多可降低9%,与此同时,织物的刺破载荷增大了16.60%;有限元模型可清晰表征出刀具刺入织物的过程及力学行为,表明强力较差的聚酯纤维首先断裂,被抽拔出织物,同时消耗部分刺入能量,提升防刺效果。
孙小军[7](2021)在《三维五向碳/芳纶混杂编织复合材料剪切性能研究》文中研究说明混杂编织复合材料能够兼顾多种组分材料的性能,不仅可以提高单一纤维増强复合材料的力学性能和损伤容限,而且能够实现资源的优化配置。本文利用三维五向编织结构特点,选用芳纶纤维和碳纤维两种高性能材料作为增强体原料,制备出具有不同混杂结构的三维五向编织复合材料,分析其在横向和纵向加载下的剪切性能。首先,本文采用四步法编织工艺和RTM(Resins Transfer Molding,RTM)复合成型工艺制备了纯碳编织和混杂编织结构复合材料试件,通过短梁剪切测试研究其在横向加载和纵向加载下的力学性能,研究结果表明:试样损伤模式为基体开裂、纤维基体界面脱粘与分层、纤维束断裂、纤维束间开裂,并且纤维束断裂、纤维束间开裂是导致材料横向加载失效的主要原因,而基体断裂是导致材料纵向加载失效的主要原因。横向加载下,纯碳编织(Ca Cb试样)呈脆性失效特性,碳纤维与芳纶纤维混杂编织试样呈韧性失效特性,并且当混杂方式为芳纶作轴纱,碳纤作编织纱时(Ka Cb试样)剪切韧性最好;纵向加载下,当碳纤作轴纱,芳纶作编织纱时(Ca Kb试样)剪切韧性最好。其次,本文根据三维五向编织复合材料试样真实的编织结构和几何特征建立全尺寸细观结构有限元模型,有限元结果与实验结果有良好的一致性。研究发现:在横向加载下,纯碳编织试样与混杂编织试样在初始加载阶段应力传播形式一致,在塑性阶段和破坏阶段应力分布和损伤差异显着。Ca Cb基体首先发生剪切损伤,初始损伤迅速扩展使编织纱线和轴向纱产生剪切断裂。Ca Kb编织纱碳纤在破坏阶段会形成剪切缺口,加速破坏进程。Ka Cb轴向纱线芳纶弯曲变形作用使得应力纵向传播受阻,损伤区域增大,减缓损伤扩展速度。纵向加载下,试样横向应力传播减弱,轴向纱线向加载两侧滑移,编织纱和基体是主要的承载部位。Ca Cb与Ca Kb基体产生剪切损伤,编织纱线碳纤在剪切作用下断裂失效。Ca Kb试样编织纱芳纶弯曲变形减缓了加载区域的应力局部化。最后,为进一步分析编织结构的混杂效应,提取试样在失效时刻移除单元量和损伤能量-位移曲线,并选取特征位置节点和特殊时刻的应力变化和损伤演化经行分析,研究发现:纯碳编织试样和混杂编织试样增强体中上部和底部编织纱最先有较大剪切应力,Ca Cb试样编织纱和轴向纱发生突发性剪切断裂、而混杂编织试样表现出渐进损伤的发生。当芳纶作轴向纱和作编织纱时,轴向纱和编织纱的失效单元量都大幅度减少,并且相应的碳纤维编织纱和碳纤维轴向纱的失效移除单元量也会相应减少,混杂编织结构表现出更好的结构协同效应。
滕凌虹[8](2021)在《陶瓷/纤维复合装甲抗侵彻性能研究及仿真模拟》文中进行了进一步梳理随着武器工业不断发展,对军用防护材料的性能要求也越来越高,更安全、轻质、舒适的防弹材料成为现阶段研究主流。陶瓷-纤维复合装甲板与传统防护结构相比,具有吸能效果好、面密度低、防护效果佳等优点。为研发出更高效、轻质的防弹装甲板,本文以直径12.7 mm的穿甲弹为冲击体,从仿真模拟和弹道实验两个方面对装甲板结构进行了设计和研究。首先,设计了不同材料和结构的陶瓷面板和纤维背板并利用ABAQUS仿真软件对所设计的装甲板进行冲击模拟,然后在模拟的基础上制备了陶瓷-纤维复合装甲板并进行弹道实验以验证模拟结果的准确性,最后通过调整装甲板各组分厚度设计出面密度最低的防弹装甲板,研究结果显示:当纤维铺层方式相同时,CF层合板在380 m/s的较低冲击速度和780 m/s的较高冲击速度下的抗冲击效果优于UHMWPE层合板,而UHMWPE层合板在580 m/s的中等冲击速度下的抗侵彻效果优于CF层合板。纤维层合板的铺层角度对防弹效果也有较大影响,角度铺层层合板的抗侵彻效果要好于正交铺层层合板,当CF层合板纤维铺层方向为[45/-45]4,UHMWPE层合板纤维铺设方向为[0/30/60/90]2时,层合板的防弹效果最佳。纤维层间混杂可明显提高层合板的抗冲击性能,其中以UHMWPE纤维板为冲击面且与碳纤维以1:1的比例交替铺层时,制得的层合板防弹效果最佳。陶瓷的力学参数和结构对装甲板的防弹性能影响很大,相较碳化硅和氧化铝陶瓷,碳化硼陶瓷的防弹效果最佳。拼接陶瓷可降低陶瓷受冲击后的损坏面积,由边长为8 cm的正四边形陶瓷块拼接制得的陶瓷装甲板综合性能最佳;制备了不同结构的陶瓷-纤维复合装甲板并进行了弹道冲击实验,验证了仿真模型的准确性。对陶瓷-纤维复合装甲板进行结构优化后,提出了装甲板在受780 m/s冲击时的最佳厚度组成,即陶瓷面板为16 mm、纤维背板为10 mm时,装甲板在抵御弹丸冲击的同时还具有最小的面密度,可为工程实际提供参考。
何业茂,焦亚男,周庆,陈利[9](2021)在《弹道防护用先进复合材料弹道响应的研究进展》文中研究表明本文对弹道防护用先进复合材料的弹道响应研究及其在工程领域的应用现状进行了综述。首先,基于工程应用研究的试验结果,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维、芳Ⅲ纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维和聚酰亚胺(PI)纤维等高性能纤维的防弹性能及其复合材料在弹道防护工程领域的应用现状进行了概述,近年来先进复合材料的防弹性能随着纤维力学性能的突破而逐渐提高;其次,讨论了先进复合材料弹道响应的影响因素及其作用机制,发现先进复合材料的塑性拉伸变形是其抵挡弹丸侵彻的主要防弹机制;最后,对弹道防护用先进复合材料的研究方向进行了展望。
晁振龙[10](2020)在《层状梯度B4Cp/Al复合材料的设计与制备及抗弹机理》文中研究表明战场中作战武器高机动性、强防御性的发展需求对装甲材料提出了更高的要求。功能梯度材料(FGMs,Functionally graded materials)由于其优异的特性成为未来装甲材料的重点发展方向之一。本文针对目前抗弹梯度复合材料高品质制备、颗粒增强金属基复合材料高速撞击条件下的本构模型缺失以及层状梯度复合材料抗弹机制不清晰等问题,设计并制备陶瓷含量跨度为25~70vol.%的B4Cp/2024Al复合材料,系统地研究了B4C含量对B4Cp/2024Al的组织和动态力学性能的影响规律,提出了适合描述铝基复合材料动态行为的本构模型。测试了梯度B4Cp/2024Al复合材料的抗弹性能,并基于宏微观损伤和有限元模拟分析了梯度B4Cp/2024Al的抗弹机理。基于层状介质波阻抗效应,设计出一种梯度层状B4C/2024Al复合材料,通过多尺度粉体级配和压力浸渗工艺一体化制备了等厚度等梯度70-47-25vol.%B4Cp/2024Al复合材料,各层材料组织均匀,层间基体连续。对三种体积分数的复合材料T6态的微观组织表征发现界面有少量Al3B48C2和Al3BC相;Mg和O元素在Al-B4C界面偏聚,影响了析出相的种类和形貌;25vol.%B4C/2024Al复合材料的主要析出相为S’相;47vol.%B4C/2024Al复合材料中为S’+θ’相共同析出;70vol.%B4Cp/2024Al复合材料的析出相为θ相。三种体积分数B4Cp/2024Al复合材料的准静态性能测试结果表明,复合材料压缩强度随着B4C体积分数的增加呈现先增加后降低的趋势,塑性随着B4C体积分数的增加逐渐降低。三种复合材料在不同温度和应变速率高速撞击条件下的真应力-真应变曲线均呈现明显的应变软化现象。软化机制以B4C增强体颗粒的破碎导致有效承载能力下降为主,还包括基体铝合金的动态回复、动态再结晶、绝热温升软化等。通过引入应变软化因子(1εk),对经典Johnson-Cook模型进行了修正,准确描述了颗粒增强铝基复合材料的动态力学行为。利用7.62mm穿燃弹(API,Armor-piercing incendiary)对70-47-25vol.%B4Cp/2024Al复合材料的薄靶和半无限靶板进行了抗弹测试,结果表明:在相同面密度的情况下,梯度B4Cp/2024Al复合材料相比于均质材料具备更加优异的抗侵彻性能,其半无限靶板防护系数和厚度系数分别达3.18和1.06,且靶板的损伤更小。对侵彻后的70-47-25vol.%梯度B4Cp/2024Al复合材料半无限靶板各层的微观组织观察表明,迎弹面70vol%B4Cp/2024Al复合材料的损伤形式为B4C颗粒的碎裂,并在B4C颗粒内部存在大量的层错和孪晶,以及由于动态回复形成的位错墙;过渡层47vol%B4Cp/2024Al复合材料的损伤形式包括少量的B4C颗粒破碎、基体熔化导致的微孔和裂纹;底层25vol%B4Cp/2024Al复合材料几乎没有B4C颗粒的损伤,铝基体有明显的回复。梯度B4Cp/2024Al复合材料的损伤形式表明其在抗弹体侵彻过程中各层起到了不同的作用,迎弹面70vol%B4Cp/2024Al复合材料主要起到了磨蚀及破碎弹体的作用,B4C颗粒的破碎以及对弹体钢芯的磨蚀是其主要的耗能方式;过渡层47vol%B4Cp/2024Al的塑性变形以及对弹体钢芯的磨蚀是其主要的耗能方式;底层25vol%B4Cp/2024Al的主要耗能方式为塑性变形,其较好的塑性以及较高的抗拉强度可以有效地保持靶板的完整性。70-47-25vol%层状梯度B4Cp/2024Al复合材料的抗弹机理为:一体化制备的该复合材料靶板由于层间基体连续,降低了反射拉伸应力波强度,有效抑制了高体分迎弹面破碎锥的形成,提高了抗弹能力。
二、高性能纤维的发展及其在先进复合材料中的应用(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、高性能纤维的发展及其在先进复合材料中的应用(论文提纲范文)
(1)高加工性能聚对苯二甲酰对苯二胺溶液的制备与应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 聚对苯二甲酰对苯二胺的概述 |
1.2.1 聚对苯二甲酰对苯二胺的发展及应用概况 |
1.2.2 聚对苯二甲酰对苯二胺的结构与性能 |
1.2.3 聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合方法 |
1.2.3.1 低温溶液缩聚 |
1.2.3.2 界面聚合法 |
1.2.3.3 直接聚合法 |
1.2.3.4 气相聚合法 |
1.2.3.5 微波辐射聚合法 |
1.2.4 聚对苯二甲酰对苯二胺及其纤维制品的应用 |
1.2.4.1 航空航天领域 |
1.2.4.2 交通运输领域 |
1.2.4.3 土木结构工程 |
1.2.4.4 电子信息领域 |
1.2.4.5 国防军工等尖端领域 |
1.2.4.6 其他领域 |
1.3 提高聚对苯二甲酰对苯二胺加工性能的方法 |
1.3.1 聚对苯二甲酰对苯二胺共聚改性 |
1.3.1.1 PPTA分子主链中引入醚键、硫键、砜键等柔性结构单元 |
1.3.1.2 PPTA分子主链中引入脂肪、环脂肪族结构 |
1.3.1.3 PPTA分子主链中引入刚性结构单元 |
1.3.1.4 PPTA分子主链中引入侧基、间苯结构 |
1.3.1.5 PPTA分子主链中引入二炔类结构 |
1.3.2 聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物及纤维功能化应用 |
1.3.2.1 引入N取代结构对PPTA分子链进行烷基化 |
1.3.2.2 强碱剥离制备PPTA纳米纤维 |
1.4 聚对苯二甲酰对苯二胺的加工应用研究进展 |
1.5 本课题的提出 |
1.6 参考文献 |
第二章 低分子量PPTA溶液的制备及一步法纺制对位芳纶可行性探究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 原料与试剂 |
2.2.2 实验设备及仪器 |
2.2.3 低分子量 PPTA溶液及二次共聚高分子量 PPTA聚合物的制备 |
2.2.3.1 低分子量PPTA溶液的制备 |
2.2.3.2 二次共聚高分子量PPTA聚合物的制备 |
2.2.4 低分子量PPTA溶液浊点滴定实验 |
2.2.5 性能测试与表征 |
2.2.5.1 PPTA聚合物比浓对数粘度测试 |
2.2.5.2 傅立叶红外光谱测试 |
2.2.5.3 低分子量PPTA聚合物热性能测试 |
2.2.5.4 低分子量PPTA溶液的流变行为测试 |
2.2.5.5 低分子量PPTA聚合物溶解性能测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 PPTA聚合反应体系临界非凝胶点研究 |
2.3.2 低分子量PPTA聚合物的性状与化学结构分析 |
2.3.3 低分子量PPTA溶液的流变行为及溶解性能研究 |
2.3.4 浊点滴定法绘制低分子量PPTA溶液的三元相图 |
2.3.5 低分子量PPTA溶液合成条件研究 |
2.3.6 低分子量PPTA聚合物热性能研究 |
2.3.7 一步法纺制对位芳纶可行性探究 |
2.4 本章小结 |
2.5 参考文献 |
第三章 耐高温型PPTA/PE锂电池隔膜的制备及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 原料与试剂 |
3.2.2 实验设备及仪器 |
3.2.3 PPTA改性PE复合隔膜的制备 |
3.2.3.1 低分子量PPTA溶液的制备 |
3.2.3.2 PPTA/PE复合隔膜的制备 |
3.2.4 性能测试与表征 |
3.2.4.1 PPTA/PE复合隔膜的表观形貌测试 |
3.2.4.2 PPTA/PE复合隔膜的力学性能测试 |
3.2.4.3 PPTA/PE复合隔膜的尺寸热稳定性测试 |
3.2.4.4 PPTA/PE复合隔膜的热性能测试 |
3.2.4.5 PPTA/PE复合隔膜对电解液的浸润性测试 |
3.2.4.6 PPTA/PE复合隔膜的孔隙率测试 |
3.2.4.7 PPTA/PE复合隔膜的离子电导率测试 |
3.2.4.8 PPTA/PE复合隔膜制得电池的循环性能与倍率性能测试 |
3.2.4.9 PPTA、PE两相间界面剪切强度测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 PPTA溶液浓度对PPTA/PE复合隔膜表观形貌的影响 |
3.3.2 PPTA溶液浓度对PPTA/PE复合隔膜力学性能的影响 |
3.3.3 PPTA/PE复合隔膜对电解液的浸润性与离子电导率 |
3.3.4 PPTA/PE复合隔膜的尺寸热稳定性与热关断性能 |
3.3.5 PPTA/PE复合隔膜制得电池的循环性能与倍率性能 |
3.4 本章小结 |
3.5 参考文献 |
第四章 PPTA气凝胶的制备及其复合材料在红外屏蔽中的应用研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 原料与试剂 |
4.2.2 实验设备及仪器 |
4.2.3 PPTA及 c-PPTA气凝胶的制备 |
4.2.4 PPTA/PEG相变复合材料的制备 |
4.2.5 性能测试与表征 |
4.2.5.1 PPTA气凝胶的表观形貌及结构测试 |
4.2.5.2 PPTA气凝胶的孔径分布测试 |
4.2.5.3 PPTA气凝胶密度及导热系数测试 |
4.2.5.4 PPTA及 c-PPTA气凝胶的力学性能测试 |
4.2.5.5 PPTA及 c-PPTA气凝胶的红外热成像测试 |
4.2.5.6 PEG与 PPTA/PEG相变复合材料热性能测试 |
4.2.5.7 PPTA/PGE相变复合材料的红外屏蔽性能测试 |
4.2.5.8 PPTA气凝胶的孔隙率及比表面积测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 PPTA溶液浓度对气凝胶形貌结构和孔隙率及导热性能的影响 |
4.3.2 短切纤维含量对c-PPTA气凝胶力学性能的影响 |
4.3.3 PPTA气凝胶的隔热性能 |
4.3.4 PPTA/PEG相变复合材料的热性能及红外屏蔽性能 |
4.4 本章小结 |
4.5 参考文献 |
第五章 疏水绝缘PPTA纸的制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 原料与试剂 |
5.2.2 实验设备及仪器 |
5.2.3 PPTA纸的制备 |
5.2.3.1 PPTA无纺布的制备 |
5.2.3.2 PPTA 纸及h-PPTA 纸的制备 |
5.2.4 性能测试与表征 |
5.2.4.1 PPTA纸的表观形貌观察 |
5.2.4.2 PPTA纸的力学性能测试 |
5.2.4.3 PPTA 纸及h-PPTA 纸的热性能测试 |
5.2.4.4 PPTA 纸及h-PPTA 纸的电绝缘性能测试 |
5.2.4.5 PPTA 纸及h-PPTA 纸的疏水性能测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 短切纤维含量对PPTA纸表观形貌的影响 |
5.3.2 短切纤维含量对PPTA纸力学性能的影响 |
5.3.3 PVDF含量对h-PPTA纸热性能和电绝缘性能的影响 |
5.3.4 PVDF含量对h-PPTA纸疏水性能的影响 |
5.4 本章小结 |
5.5 参考文献 |
第六章 低热膨胀系数PPTA膜的制备及其在柔性电路板中的应用研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 原料与试剂 |
6.2.2 实验设备及仪器 |
6.2.3 f-PPTA气凝胶、f-PPTA膜及一体式柔性电路板的制备 |
6.2.3.1 f-PPTA气凝胶及f-PPTA膜的制备 |
6.2.3.2 一体式柔性电路板的制备 |
6.2.4 性能测试与表征 |
6.2.4.1 PPTA纳米纤维、f-PPTA气凝胶及PPTA膜的表观形貌观察 |
6.2.4.2 PPTA及 f-PPTA膜的力学性能测试 |
6.2.4.3 PPTA及 f-PPTA膜的电绝缘性能测试 |
6.2.4.4 f-PPTA膜的热膨胀系数测试 |
6.2.4.5 f-PPTA膜的热性能测试 |
6.2.4.6 PPTA纳米纤维比表面积测试 |
6.2.4.7 一体式电路板导电网络的传输性能测试 |
6.2.4.8 f-PPTA膜的介电性能测试 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 PPTA纳米纤维及f-PPTA气凝胶、膜的形貌结构研究 |
6.3.2 PPTA及 f-PPTA膜的力学性能与电绝缘性能研究 |
6.3.3 f-PPTA膜的热膨胀行为及热性能研究 |
6.3.4 一体式柔性电路板的电路传输性能与介电性能研究 |
6.4 本章小结 |
6.5 参考文献 |
全文总结 |
致谢 |
附录一 攻读博士期间所发表的学术论文 |
(2)石墨烯基纤维的微结构设计及其力学性能(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 仿生交错叠层贝壳结构 |
1.3 氧化石墨烯基复合纤维 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 层间结构和界面结合调控下的氧化石墨烯基纤维的强韧特性研究 |
2.1 引言 |
2.2 氧化石墨烯基纤维复合材料的制备 |
2.2.1 实验原料和设备简介 |
2.2.2 样品制备流程 |
2.3 纤维力学性能测试与微观表征 |
2.3.1 拉伸力学性能测试 |
2.3.2 材料微结构表征 |
2.4 不同层间结构的氧化石墨烯基复合纤维拉伸破坏力学机制分析 |
2.4.1 GO基纤维材料的拉伸性能实验结果与分析 |
2.4.2 细观力学建模与层间力学行为分析 |
2.4.3 有限元数值模拟分析 |
2.5 CNTS调控下的GO基纤维内部界面特性及其拉伸破坏力学机制 |
2.5.1 CNTs改性GO基纤维拉伸性能实验结果与分析 |
2.5.2 细观力学建模与界面强韧化机制分析 |
2.6 还原氧化石墨烯基复合纤维的力学性能研究 |
2.7 本章小结 |
第3章 层间内部缺陷对氧化石墨烯基纤维的强韧特性影响机制 |
3.1 引言 |
3.2 干纺法氧化石墨烯基复合纤维的制备 |
3.2.1 实验原料 |
3.2.2 样品制备流程 |
3.3 纤维力学性能测试与微观表征 |
3.3.1 拉伸力学性能测试 |
3.3.2 材料微结构表征 |
3.4 层间缺陷对氧化石墨烯基复合纤维的强度和韧性影响机制 |
3.4.1 GO基纤维材料的拉伸性能实验结果与分析 |
3.4.2 层间缺陷的细观力学分析与有限元模拟 |
3.5 本章小结 |
第4章 结论与展望 |
4.1 全文总结 |
4.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(3)3D打印连续纤维增强格栅结构及其力学和形状记忆性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 格栅结构复合材料概述 |
1.3 3D打印纤维增强复合材料 |
1.3.1 3D打印技术概述 |
1.3.2 3D打印短纤维增强复合材料 |
1.3.3 3D打印连续纤维增强复合材料 |
1.4 形状记忆机理及其复合材料 |
1.4.1 形状记忆机理 |
1.4.2 形状记忆复合材料的研究进展 |
1.5 本课题的研究内容及创新点 |
1.5.1 本课题研究内容 |
1.5.2 本课题创新点 |
第二章 连续纤维增强格栅结构的打印路径设计与参数配置 |
2.1 连续纤维3D打印工作平台的构建及打印原理 |
2.2 连续纤维增强格栅结构设计与制备 |
2.2.1 实验原料及设备 |
2.2.2 格栅结构的路径设计与纤维排布 |
2.2.3 基于Repetier软件的打印路径设计与结构制备 |
2.2.4 力学性能测试与表征 |
2.2.5 打印形貌及断口表征 |
2.3 打印参数配置对格栅结构性能的影响 |
2.3.1 路径配置对打印质量的影响 |
2.3.2 路径配置对拉伸性能的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 3D打印连续纤维增强三角格栅结构的拉伸力学性能 |
3.1 连续纤维增强三角格栅结构的路径设计与制备 |
3.1.1 实验原料及设备 |
3.1.2 试样设计与制备 |
3.1.3 力学性能的测试与表征 |
3.2 连续纤维增强三角格栅结构的数值模拟 |
3.3 结构参数与制备工艺对三角格栅结构拉伸性能的影响 |
3.3.1 轻量化复合材料的拉伸失效模式分析 |
3.3.2 单胞长度对复合材料拉伸性能的影响 |
3.3.3 打印层高对复合材料拉伸性能的影响 |
3.3.4 打印参数与比强度之间的关系 |
3.4 本章小结 |
第四章 连续纤维增强三角格栅结构的弯曲及形状记忆性能 |
4.1 连续纤维增强三角格栅结构的路径设计与制备 |
4.1.1 实验原料及设备 |
4.1.2 试样设计与制备 |
4.1.3 性能的测试与表征 |
4.2 结构与工艺参数对三角格栅结构弯曲性能的影响 |
4.2.1 单胞长度对复合材料弯曲性能的影响 |
4.2.2 打印层高对复合材料弯曲性能的影响 |
4.3 结构与打印参数对三角格栅结构形状记忆性能的影响 |
4.3.1 单胞长度对三角格栅结构形状记忆性能的影响 |
4.3.2 打印层高对三角格栅结构形状记忆性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 连续纤维增强负泊松比格栅结构及其电致驱动性能 |
5.1 连续纤维增强负泊松比格栅结构的制备与表征 |
5.1.1 实验原料与设备 |
5.1.2 碳纤维增强形状记忆复合材料的制备与表征 |
5.1.3 碳纤维增强形状记忆负泊松比格栅结构的制备与表征 |
5.2 3D打印连续纤维增强负泊松比格栅结构的基材性能研究 |
5.2.1 碳纤维增强形状记忆复合材料的动态热机械性能分析 |
5.2.2 碳纤维增强形状记忆复合材料的力学性能 |
5.2.3 碳纤维增强形状记忆复合材料的热致形状记忆性能 |
5.2.4 碳纤维增强形状记忆复合材料的电致形状记忆性能 |
5.3 碳纤维增强负泊松比格栅结构的力学性能及电致驱动性能 |
5.3.1 拉伸力学分析 |
5.3.2 负泊松比计算与预测 |
5.3.3 电致驱动形状记忆功能的实现及其形变机理 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录:作者在攻读硕士学位期间取得的成果 |
(4)低介电聚酰亚胺的结构设计及其高性能纤维的制备(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 介电材料概述 |
1.2.1 电介质极化机理 |
1.2.2 影响介电常数的因素 |
1.3 透波复合材料增强纤维发展概况 |
1.3.1 无机增强纤维 |
1.3.2 有机纤维增强材料 |
1.4 聚酰亚胺材料概述 |
1.4.1 聚酰亚胺的结构和性能 |
1.4.2 聚酰亚胺的合成 |
1.5 低介电聚酰亚胺材料研究现状及趋势 |
1.5.1 含氟聚酰亚胺 |
1.5.2 引入大分子基团 |
1.5.3 引入纳米微孔 |
1.5.4 引入无机纳米粒子 |
1.6 课题研究内容及意义 |
第二章 新型含氟超支化聚硅氧烷的合成与表征 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验原料 |
2.2.2 含氟超支化聚硅氧烷NH_2-FHBPSi的合成 |
2.2.3 测试与表征 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 NH_2-FHBPSi的分子结构 |
2.3.2 超支化聚硅氧烷溶解性能和氨基活性 |
2.3.3 超支化聚硅氧烷的比表面积和孔径分布 |
2.4 本章小结 |
第三章 含NH_2-FHBPSi粒子纺丝原液的合成及纳米粒子引入对PI结构与性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验原料 |
3.2.2 含氟超支化聚硅氧烷/聚酰胺酸的合成 |
3.2.3 含氟超支化聚硅氧烷/聚酰亚胺复合薄膜的制备 |
3.2.4 测试与表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 NH2-FHBPSi/PAA纺丝原液的制备与表征 |
3.3.2 复合薄膜结构表征和介电性能表征 |
3.3.3 复合薄膜断面形貌 |
3.3.4 复合薄膜吸水率和接触角测试 |
3.3.5 复合薄膜的力学性能 |
3.3.6 复合薄膜热性能表征 |
3.3.7 复合薄膜透光率测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 NH_2-FHBPSi/聚酰亚胺复合纤维的制备 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验原料 |
4.2.2 两步法制备超支化聚硅氧烷/聚酰亚胺复合纤维 |
4.2.3 测试与表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 初生纤维的凝固成形 |
4.3.2 凝固浴牵伸对纤维力学性能的影响 |
4.3.3 不同环化工艺对纤维性能的影响 |
4.3.4 热牵伸过程中聚集态结构演变 |
4.3.5 NH_2-FHBPSi/PI复合纤维聚集态结构和性能表征 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结 |
5.1 总结 |
5.2 不足之处 |
参考文献 |
致谢 |
(5)芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料界面与力学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 纬编复合材料研究现状和性能研究 |
1.2.1 纬编复合材料研究现状 |
1.2.2 纬编复合材料性能研究 |
1.3 混杂复合材料的混杂方式和研究现状 |
1.3.1 混杂复合材料的混杂方式 |
1.3.2 混杂复合材料的研究现状 |
1.4 高性能纤维表面改性方法 |
1.4.1 混杂复合材料界面 |
1.4.2 纤维表面改性方法 |
1.5 复合材料有限元数值模拟 |
1.6 本课题的研究目的意义和主要研究内容 |
1.6.1 研究目的意义 |
1.6.2 主要研究内容 |
第二章 SiO_2@ZnO-聚合物涂层增强芳纶/UHMWPE纤维与环氧树脂界面性能 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验材料和仪器设备 |
2.2.2 SiO_2-聚合物复合涂层的制备 |
2.2.3 SiO_2@ZnO-聚合物复合涂层的制备 |
2.2.4 纤维处理工艺 |
2.2.5 表面涂层纤维的分析测试 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 纤维表面形貌分析 |
2.3.2 表面涂层纤维的化学组成 |
2.3.3 纤维拉伸性能 |
2.3.4 纤维与树脂的界面剪切强度 |
2.3.5 纤维表面亲水性和浸润性分析 |
2.3.6 纤维表面摩擦系数 |
2.4 本章小节 |
第三章 芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料制备工艺和性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 纬平针织物制造 |
3.2.1 纤维性能 |
3.2.2 织造前的准备 |
3.2.3 针织物的织造过程 |
3.2.4 纬平针织物的改性过程 |
3.3 混杂方案设计 |
3.3.1 铺层方式设计 |
3.3.2 混杂织物增强复合材料的制备 |
3.4 纬平针织物混杂复合材料拉伸性能分析 |
3.4.1 复合材料拉伸性能测试 |
3.4.2 混杂复合材料拉伸过程 |
3.4.3 混杂复合材料拉伸协同效应 |
3.4.4 混杂复合材料拉伸破坏加速效应 |
3.5 纬平针织物混杂复合材料冲击性能分析 |
3.5.1 复合材料抗冲击性能测试 |
3.5.2 混杂复合材料冲击性能分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 纬平针织物复合材料建模和有限元模拟分析 |
4.1 引言 |
4.2 复合材料低速冲击损伤准则 |
4.3 基于RHINOCEROS参数化线圈单胞模型 |
4.4 ABUAQUS有限元几何模型的建立 |
4.5 复合材料冲击有限元分析 |
4.5.1 材料属性定义 |
4.5.2 网格划分 |
4.5.3 分析步的确定和相互作用的设置 |
4.6 有限元模拟结果分析 |
4.7 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 不足与展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(6)高性能纤维/聚酯复合纱线织物防刺性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 防刺纺织品的总体研究情况 |
1.2 防刺纺织品用纤维原料选择 |
1.3 防刺织物结构设计 |
1.3.1 机织结构 |
1.3.2 针织结构 |
1.3.3 无纬结构 |
1.3.4 复合织物结构 |
1.4 防刺织物后整理 |
1.4.1 树脂涂层处理 |
1.4.2 剪切增稠液处理 |
1.4.3 硬质粒子涂层处理 |
1.5 穿刺行为的有限元模拟 |
1.6 本课题研究目的及意义 |
1.7 本课题研究主要内容 |
第二章 防刺用纤维稳定性能研究 |
2.1 实验部分 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验仪器 |
2.1.3 纤维的耐酸处理过程 |
2.1.4 纤维的耐盐处理过程 |
2.1.5 纤维的耐温处理过程 |
2.1.6 纤维力学性能测试 |
2.1.7 纤维热稳定性能测试 |
2.1.8 纤维微观形貌表征 |
2.1.9 纤维X射线衍射测试 |
2.2 结果与讨论 |
2.2.1 耐酸稳定性能测试结果 |
2.2.2 盐稳定性能测试结果 |
2.2.3 热力学稳定性能测试结果 |
2.2.4 高温稳定性能测试结果 |
2.3 本章小结 |
第三章 UHWMPE、芳纶与聚酯纤维复合纱线的制备及其性能与评价 |
3.1 实验部分 |
3.1.1 实验原料 |
3.1.2 实验仪器与设备 |
3.1.3 合股纱线的制备 |
3.1.4 包缠纱线的制备 |
3.1.5 纱线性能测试 |
3.1.6 纱线形貌表征 |
3.2 实验结果与讨论 |
3.2.1 复合纱线形貌 |
3.2.2 复合纱线强力 |
3.2.3 复合纱线条干均匀度 |
3.3 纱线评价模型的构建 |
3.3.1 包缠角的引入 |
3.3.2 主成分分析流程 |
3.3.3 主成分提取 |
3.3.4 纱线强力预测模型的构建 |
3.3.5 纱线条干预测模型的构建 |
3.4 本章小结 |
第四章 复合纱线防刺织物的制备及性能研究 |
4.1 实验部分 |
4.1.1 实验原料 |
4.1.2 实验仪器 |
4.1.3 织物的制备 |
4.1.4 织物防刺性能测试 |
4.1.5 织物服用性能测试 |
4.1.6 纱线细度测试 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 单层织物准静态防刺性能 |
4.2.2 多层织物准静态防刺性能 |
4.2.3 不同织物结构对准静态防刺性能的影响 |
4.2.4 织物穿刺力学行为比较 |
4.2.5 穿刺破坏形貌 |
4.3 织物服用性能测试结果与分析 |
4.3.1 织物透气性能 |
4.3.2 织物透湿性能 |
4.4 基于复合纱线的防刺织物成本预测 |
4.5 本章小结 |
第五章 基于有限元模拟的织物穿刺过程及力学行为对比 |
5.1 有限元模拟过程描述 |
5.1.1 织物模型构建 |
5.1.2 刀具模型构建 |
5.1.3 材料属性创建 |
5.1.4 网格划分 |
5.1.5 创建分析步并定义接触 |
5.1.6 边界条件的设定 |
5.2 模型运行结果及分析 |
5.2.1 UHMWPE织物穿刺过程的模拟 |
5.2.2 复合纱织物的穿刺过程模拟 |
5.2.3 织物在刀具作用下的应力分布 |
5.2.4 有限元模型与实验结果对比分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况 |
附录 |
附表1 纤维酸处理前后强力测试原始数据 |
附表2 纤维盐稳定性能测试原始数据 |
附表3 超高分子量聚乙烯纤维高温稳定性能测试原始数据 |
致谢 |
(7)三维五向碳/芳纶混杂编织复合材料剪切性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高性能纤维的发展现状 |
1.2.1 碳纤维 |
1.2.2 芳纶纤维 |
1.3 三维编织复合材料的研究现状 |
1.3.1 混杂编织复合材料 |
1.3.2 三维编织复合材料力学试验研究进展 |
1.3.3 三维编织复合材料力学理论研究进展 |
1.4 研究的目的与内容 |
1.5 研究的意义 |
第二章 三维五向混杂编织复合材料的制备与测试 |
2.1 三维五向混杂编织复合材料的制备 |
2.1.1 三维五向混杂编织复合材料原材料选择 |
2.1.2 四步法三维五向混杂编织预成型体制备 |
2.1.3 三维五向混杂编织复合材料成型工艺 |
2.1.4 试样规格 |
2.2 三维五向混杂编织复合材料短梁剪切测试 |
2.3 水浸超声扫描 |
2.4 X射线计算机显微断层扫描 |
2.5 本章小结 |
第三章 三维编织复合材料短梁剪切性能分析 |
3.1 剪切性能分析 |
3.2 光学损伤形貌分析 |
3.3 水浸超声成像分析 |
3.4 Micro-CT断层扫描成像分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 三维五向编织复合材料全尺寸细观模型 |
4.1 几何模型 |
4.1.1 纤维束几何模型 |
4.1.2 预制体全尺寸细观几何模型 |
4.2 材料本构 |
4.2.1 增强体材料本构 |
4.2.2 基体材料本构 |
4.3 失效准则 |
4.4 短梁剪切加载全尺寸模型 |
4.5 本章小结 |
第五章 三维五向编织复合材料有限元渐进损伤分析 |
5.1 有限元结果验证 |
5.2 失效模式分析 |
5.2.1 横向加载失效模式分析 |
5.2.2 纵向加载失效模式分析 |
5.3 渐进损伤分析 |
5.3.1 横向加载渐进损伤分析 |
5.3.2 纵向加载渐进损伤分析 |
5.4 混杂编织结构效应 |
5.5 特殊位置损伤分析 |
5.5.1 横向加载下特殊位置剪切损伤分析 |
5.5.2 纵向加载下特殊位置剪切损伤分析 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 全文结论 |
6.2 不足与展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况 |
致谢 |
(8)陶瓷/纤维复合装甲抗侵彻性能研究及仿真模拟(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高性能陶瓷在防弹复合材料中的应用 |
1.2.1 陶瓷材料的防弹机理 |
1.2.2 影响陶瓷防弹性能的因素 |
1.3 高性能纤维复合材料在防弹复合材料中的应用 |
1.3.1 弹体与纤维复合材料作用机理 |
1.3.2 芳香族聚酰胺纤维(芳纶)在防弹复合材料中的应用 |
1.3.3 UHMWPE纤维在防弹复合材料中的应用 |
1.3.4 碳纤维在防弹复合材料中的应用 |
1.4 国内外研究现状 |
1.4.1 实验研究 |
1.4.2 理论模型分析 |
1.4.3 数值模拟 |
1.5 本文主要研究工作 |
第二章 仿真模型的建立及材料模型的选择 |
2.1 ABAQUS基本介绍及应用 |
2.1.1 ABAQUS介绍 |
2.1.2 ABAQUS在模拟冲击领域的应用 |
2.2 材料模型的选择 |
2.2.1 金属材料本构模型及参数的选取 |
2.2.2 陶瓷材料本构模型 |
2.2.3 纤维复合材料本构模型 |
2.2.4 粘结层模型 |
2.3 冲击模型的建立 |
2.3.1 部件、属性及装配 |
2.3.2 相互作用 |
2.3.3 分析步及边界条件 |
2.3.4 网格划分 |
2.4 弹道实验材料及实验方法 |
2.4.1 主要材料选取 |
2.4.2 陶瓷-纤维复合装甲板的制备 |
2.4.3 装甲板弹道性能测试 |
第三章 CF/UHMWPE纤维增强复合材料冲击模拟 |
3.1 前言 |
3.2 问题描述 |
3.3 弹体速度对复合材料抗冲击性能的影响 |
3.4 铺层角度对复合材料抗冲击性能的影响 |
3.4.1 铺层角度对CF层合板抗冲击性能的影响 |
3.4.2 铺层角度对UHMWPE层合板抗冲击性能的影响 |
3.5 纤维层间混杂对复合材料防弹性能的影响 |
3.5.1 冲击面材料的选择 |
3.5.2 纤维混杂比例对复合材料防弹性能的影响 |
3.6 本章小结 |
第四章 陶瓷-纤维复合装甲板冲击模拟 |
4.1 陶瓷种类对装甲板防弹效果的影响 |
4.2 拼接方式对装甲板防弹性能的影响 |
4.2.1 冲击点为A时 |
4.2.2 冲击点为B时 |
4.2.3 冲击点为C时 |
4.3 本章小结 |
第五章 陶瓷/纤维复合装甲结构优化 |
5.1 陶瓷厚度对装甲板防弹效果的影响 |
5.2 纤维背板厚度对装甲板防弹效果的影响 |
5.2.1 陶瓷板厚度为14 mm时 |
5.2.2 陶瓷板厚度为16 mm时 |
5.3 数值模拟有效性验证 |
5.3.1 子弹动能损失及剩余速度对比 |
5.3.2 装甲板破坏及变形对比 |
5.4 靶板结构优化 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况 |
致谢 |
(10)层状梯度B4Cp/Al复合材料的设计与制备及抗弹机理(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 装甲材料及结构研究进展 |
1.2.1 装甲材料 |
1.2.2 装甲结构 |
1.3 梯度金属基复合材料在抗弹领域研究现状 |
1.3.1 梯度金属基复合材料的制备工艺 |
1.3.2 梯度金属基复合材料的抗弹性能 |
1.3.3 梯度金属基复合材料抗弹机理 |
1.4 铝基复合材料动态力学行为及本构模型研究现状 |
1.4.1 铝基复合材料动态力学行为 |
1.4.2 铝基复合材料动态本构模型 |
1.5 梯度铝基复合材料在抗弹领域存在的问题与挑战 |
1.6 本文研究内容 |
第2章 试验材料与方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 组织表征 |
2.3 性能测试 |
2.3.1 密度测试 |
2.3.2 硬度测试 |
2.3.3 三点弯曲强度测试 |
2.3.4 准静态压缩强度测试 |
2.3.5 动态压缩性能测试 |
2.3.6 抗弹性能测试 |
第3章 梯度B_4C_p/Al复合材料的设计、制备和组织 |
3.1 引言 |
3.2 梯度B_4C_p/Al复合材料设计 |
3.2.1 梯度B_4C_p/Al复合材料设计思路 |
3.2.2 梯度结构对抗侵彻特性影响规律的有限元分析 |
3.2.3 基于层状介质波阻抗效应的梯度B_4C_p/Al复合材料组分设计 |
3.3 梯度B_4C_p/Al复合材料的制备 |
3.3.1 面板高体分B_4C_p/Al复合材料的制备 |
3.3.2 背板低体分B_4C_p/Al复合材料的制备 |
3.3.3 过渡层中体分B_4C_p/Al复合材料的制备 |
3.3.4 梯度B_4C_p/Al复合材料的一体化制备 |
3.4 梯度B_4C_p/2024Al复合材料的组织结构分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 B_4C_p/Al复合材料的动态力学行为和本构方程 |
4.1 引言 |
4.2 不同体分B_4C_p/Al复合材料准静态力学性能 |
4.3 不同体分B_4C_p/Al复合材料动态力学行为 |
4.3.1 B_4C_p/Al复合材料动态真应力-真应变曲线及其软化机制 |
4.3.2 应变速率对不同体分B_4C_p/Al复合材料动态性能的影响 |
4.3.3 温度对不同体分B_4C_p/Al复合材料动态性能的影响 |
4.4 B_4C_p/Al复合材料的本构方程 |
4.4.1 经典Johnson-Cook模型的适用性讨论 |
4.4.2 经典Johnson-Cook模型的修正 |
4.5 本章小结 |
第5章 梯度B_4C_p/Al复合材料抗弹性能及机理 |
5.1 引言 |
5.2 梯度B_4C_p/Al复合材料薄靶的抗弹性能及损伤行为 |
5.2.1 薄靶的抗弹性能及弹靶的宏观损伤 |
5.2.2 弹体的微观损伤 |
5.2.3 梯度B_4C_p/Al复合材料薄靶的微观损伤 |
5.3 梯度B_4C_p/Al复合材料半无限靶的抗弹性能及损伤行为 |
5.3.1 半无限靶的抗弹性能及弹靶的宏观损伤 |
5.3.2 弹体的微观损伤 |
5.3.3 梯度B_4C_p/Al复合材料半无限靶的微观损伤 |
5.4 梯度B_4C_p/Al复合材料靶板抗侵彻有限元分析 |
5.5 梯度B_4C_p/Al复合材料的抗弹机理 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
个人简历 |
四、高性能纤维的发展及其在先进复合材料中的应用(论文参考文献)
- [1]高加工性能聚对苯二甲酰对苯二胺溶液的制备与应用研究[D]. 张兴珂. 东华大学, 2021(01)
- [2]石墨烯基纤维的微结构设计及其力学性能[D]. 冯荔. 太原理工大学, 2021(01)
- [3]3D打印连续纤维增强格栅结构及其力学和形状记忆性能研究[D]. 董科. 江南大学, 2021(01)
- [4]低介电聚酰亚胺的结构设计及其高性能纤维的制备[D]. 陈志斌. 东华大学, 2021(01)
- [5]芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料界面与力学性能研究[D]. 苏瑞. 天津工业大学, 2021(01)
- [6]高性能纤维/聚酯复合纱线织物防刺性能研究[D]. 展晓晴. 天津工业大学, 2021(01)
- [7]三维五向碳/芳纶混杂编织复合材料剪切性能研究[D]. 孙小军. 天津工业大学, 2021(01)
- [8]陶瓷/纤维复合装甲抗侵彻性能研究及仿真模拟[D]. 滕凌虹. 天津工业大学, 2021(01)
- [9]弹道防护用先进复合材料弹道响应的研究进展[J]. 何业茂,焦亚男,周庆,陈利. 复合材料学报, 2021(05)
- [10]层状梯度B4Cp/Al复合材料的设计与制备及抗弹机理[D]. 晁振龙. 哈尔滨工业大学, 2020(02)