剪切增稠液流变性能及其复合材料动态冲击压缩性能

制备二氧化硅质量分数为23%的二氧化硅/聚乙二醇剪切增稠液(STF),采用流变仪测试STF的稳态和动态流变性能.将STF与经编间隔织物(WKSF)复合后,测试其动态冲击压缩性能.研究结果表明,在低剪切速率作用下,STF出现剪切变稀现象,达到临界剪切速率后,出现增稠现象.在动态冲击压缩下,STF-经编间隔织物复合材料与纯经编间隔织物表现出不同的压缩性能,纯经编间隔织物在压缩过程中存在弹性阶段和压实阶段,STF-经编间隔织物复合材料则表现为均一弹性模量压缩.相比于纯经编间隔织物,STF-经编间隔织物复合材料变形较小,在相同形变时吸收的能量较多.     

三维针织/机织聚氨酯基复合材料的力学性能

为解决间隔织物增强复合材料存在强度低、抗压性差的问题，选用经编间隔织物和玻璃纤维机织物作为增强体，聚氨酯泡沫作为基体，制备系列三维针织/机织聚氨酯基复合材料，并测试材料的拉伸、弯曲和压缩性能。结果表明：将经编间隔织物/玻璃纤维机织物以三维夹芯结构形式嵌入复合材料中，能够提高间隔织物增强复合材料的拉伸性能和压缩性能；在表面组织结构相同的情况下，经编间隔织物厚度大的三维针织/机织聚氨酯基复合材料的力学性能较好；在织物厚度相同的情况下，填充大六角形网孔的间隔织物的复合材料具有较好的力学性能。     

经编间隔织物增强聚氨酯复合材料的制备及其吸声性能

将具有不同结构参数的经编间隔织物与聚氨酯泡沫材料复合,制备了7种经编间隔织物增强聚氨酯复合材料试样.利用驻波管对复合材料进行了吸声性能测试,探讨间隔丝垫纱方式、织物厚度和表面组织结构对复合材料声波吸收性能的影响.测试结果表明,复合材料具有优异的吸声特性,其吸声性能可以通过改变织物结构参数进行调整.     

双轴向增强纬编间隔织物复合材料的加工制造及力学性能

利用玻璃纤维编织一种新型双轴向增强纬编间隔织物,采用轻质树脂传递模塑工艺(LRTM)制作了该新型结构织物增强复合材料,并对复合材料在经纬向的拉伸性能、弯曲性能和压缩性能进行了测试与分析.研究表明:制作双轴向增强纬编间隔针织复合材料的关键是织物在厚度方向上不被压扁;复合材料的拉伸性能和弯曲性能主要取决于两个面层衬经衬纬纱的拉、弯性能.压缩性能不仅与纤维束的压剪组合破坏有关,还与纤维束与基体的界面黏结性能有关.     

经编间隔织物粘弹性与隔冲性能关系研究

选用冲击防护常用的经编间隔织物作为试验材料,研究材料粘弹性与其隔冲性能的关系。搭建了阻尼测试平台以测定不同规格的经编间隔织物阻尼比、压缩弹性模量和不同冲击速度下的冲击剩余载荷。试验结果表明,经编间隔织物的粘性或弹性作为单项指标与隔冲性能不存在明确的关系,提出粘弹比可以表征材料粘弹性与隔冲性能关系,在一定实验范围内,合适的粘弹比可获得较好的隔冲性能。     

协效剂对聚丙烯/氢氧化镁复合材料阻燃和力学性能的影响

采用硬脂酸钠改性后的氢氧化镁与聚丙烯（PP）材料熔融共混,分别以二氧化硅或硼酸锌或聚磷酸铵与季戊四醇的混合物为协效剂,制备氢氧化镁填充量为50%（质量分数）的阻燃聚丙烯。考察了聚丙烯复合材料的燃烧性能、拉伸强度、冲击强度和断面形貌。结果表明：5%（质量分数）的硬脂酸钠改性氢氧化镁填充聚丙烯制备的复合材料拉伸强度、冲击强度和分散性都高于未改性聚丙烯/氢氧化镁复合材料;当协效剂添加量不超过3%时,二氧化硅或硼酸锌对复合材料有协同阻燃和填充增强的作用;聚磷酸铵和季戊四醇的混合物与氢氧化镁有较好的协同阻燃作用,且随着用量的增加,复合材料拉伸强度下降,冲击强度变化不大。     

经编间隔织物压缩性能的实验研究及计算机仿真

目的改善经编间隔织物结构设计粗放化、经验化的现状,为在给定工作应力下的经编间隔织物结构参数设计提供基础。方法从平板压缩和球形压缩试验开始,探讨织物结构参数(如间隔纱细度、面密度、垫纱角度等)对织物压缩性能的影响,给出织物的缓冲特性曲线,并建立了计算机仿真有限元模型。结果仿真计算显示,理论计算结果与试验数据基本吻合。结论该有限元模型可用于经编间隔织物的结构参数设计。     

经编间隔织物增强聚氨酯基复合材料的压缩性能

将经编间隔织物与软质聚氨酯泡沫复合,制备了5种经编间隔织物增强聚氨酯基复合材料试样.对复合材料进行了平板压缩试验,探讨间隔丝针背横移数、间隔丝直径和织物厚度对复合材料压缩和能量吸收性能的影响.利用有限元分析方法和ANSYS软件建立了复合材料的单胞有限元模型,对其压缩性能进行了模拟,得到复合材料的应力云图和应力-压缩率曲线.有限元模拟结果与试验结果显示出较好的吻合度.     

经编间隔织物/空心玻璃微珠增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能

通过将经编间隔织物、空心玻璃微珠增强体与环氧树脂基体单独以及共同复合,制成了3种新型环氧树脂基复合材料.对3种复合材料进行了三点弯曲试验,通过试验获得材料的弯曲强度和弯曲模量,以及对样品断面的破坏形貌分析,发现3种材料的弯曲及比弯曲性能均优于纯环氧树脂,而由经编间隔织物以及空心玻璃微珠二者共同增强的新型三相环氧树脂基复合材料具有最好的弯曲及比弯曲性能.     

三维纺织复合材料和铝中冲击应力波传播与能量吸收

比较两种三维纺织结构复合材料(三维针织间隔织物和三维正交机织物复合材料)圆板和铝圆板间 的冲击行为,讨论三维纺织结构复合材料和均质各向同性材料间的冲击损伤机理.用不同冲击速度下复合材料和铝的裁荷位移曲线分析冲击加栽下应力波在材料中的传播,同时与有限元计算结果作对比分析.发现复合材料有纤维束断裂、基体开裂以及复杂的应力波传播现象,而铝只表现出弹塑性变形.     

纳米碳酸钙增韧聚氯乙烯复合材料的微结构及界面行为

选择微米、亚微米和纳米级碳酸钙增韧聚氯乙烯复合材料,研究了填料粒度对聚氯乙烯（PVC）复合材料微观结构、材料力学性能及界面行为的影响。结果发现少量CaCO3填充PVC复合材料使体系的加工流动性变好,大粒径颗粒填充PVC复合材料的流动性能更好。纳米CaCO3／PVC复合材料断面出现大量的拉丝结构。采用纳米CaCO3填充PVC可使材料产生脆韧转变,显著提高PVC复合材料的韧性;微米CaCO3对PVC基本上没有增韧作用,拉伸强度随着填充量的增加而下降,而且粒径越大拉伸性能下降的趋势也越大。引入了TPT方程的半经验参数B对不同粒径的CaCO3填充PVC复合材料的界面粘接情况进行定量描述,发现碳酸钙颗粒粒径越小,界面作用越大。     

基于构型设计的包装容器缓冲效应数值分析

基于材料结构塑性变形能量耗散机理,提出了3种基于构型设计的安全包装容器,并采用Abaqus/Explicit有限元软件针对包装容器不同姿态自由跌落进行了数值模拟,分析了容器结构50 m高度自由跌落正碰、侧碰和斜碰金属靶体的冲击响应.数值结果给出了不同冲击环境下安全包装容器各部件变形及应力分布,讨论了不同结构形式包装容器的冲击缓冲性能.研究表明,3种构型设计的包装容器均能承受50 m高度自由跌落冲击,基于外壁凸起的薄壳结构和低阻抗宽平台应力材料填充方式的缓冲设计方法均能实现对被保护体有效的冲击防护.      

多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料压敏元件特性

为研究碳纳米管填充聚合物复合材料的压力敏感特性,将硅橡胶为基体、多壁碳纳米管为填料的复合材料涂覆在印制板基底上,经溶剂挥发成膜,制备出柔顺式复合材料压敏元件。对碳纳米管质量分数1.6%、4.3%、9.3%的元件进行压阻特性测试,在单轴步进压力下实时检测压力和元件电阻。结果表明,压敏元件在0～110N单轴步进压力下表现出正压阻效应,特性曲线的变化区间与碳纳米管质量分数相互对应。提出压阻效应的机理是元件在压力作用下产生变形,导致碳纳米管导电网络发生破坏与重构。扫描电镜分析表明,碳纳米管随机取向分散于硅橡胶基体中,形成1-3型复合结构。该新型复合材料压敏元件可用于开发柔顺式力传感器。     

泡沫铝填充钢铝复合管的静态压缩和吸能特性研究

提出一种以泡沫铝为填充材料、钢铝复合管为外侧覆层的泡沫铝填充钢铝复合管,并采用多孔泡沫材料Crushable-foam本构模型,在ABAQUS平台上模拟分析了钢铝复合管覆层结构对其压缩变形行为和能量吸收性能的影响规律。结果表明,泡沫铝填充钢铝复合管兼具有泡沫铝填充铝管的效用性、缓冲性、结构轻量化优势,以及泡沫铝填充钢管最大压缩位移小和能承受更高的冲击能量等方面的优势,且通过改变钢铝复合管的层厚比可实现压缩与吸能性能的柔性定制和性能强化,数值模拟结果与实验结果吻合良好,为汽车保险杠等缓冲结构设计提供了新的途径。     

温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响

利用带有温度控制装置的分离式霍普金森杆(SHPB)测试碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的冲击压缩性能,分析温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响.结果表明:温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的面外冲击压缩模量、最大应力及破坏形态都有很大影响.随着温度的增加,纤维与树脂界面变弱,最大应力减小,压缩模量减小;随着应变率的增加,最大应力增加,压缩模量变大.通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,纤维与树脂界面在100℃时发生变化,有大量纤维束从经、纬纱中被拉出,导致纤维束无规则断裂.     

原位插层聚合制备硅树脂/蒙脱土纳米复合材料

用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)做有机化处理剂,通过原位插层聚合法制备了甲基苯基硅树脂/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段研究了复合材料内部结构,同时测试了复合材料力学性能、耐高温性能及气液阻隔性能.研究结果表明:硅树脂的分子链插层进入了OMMT层间,完全破坏其重复片层结构,形成剥离型纳米复合材料;OMMT质量分数为8%时,复合材料在750℃下仅失重25%,且具有较好的气液阻隔性能;OMMT质量分数为6%时,复合材料拉伸强度为6.264 MPa,是纯硅树脂的5倍;OM-MT质量分数为4%时,压缩强度11.503 MPa,是纯硅树脂的4倍.     

填充聚氨酯泡沫蜂窝纸板缓冲性能试验

为了研究复合缓冲材料的缓冲防震性能,将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行落锤冲击试验和静态压缩试验。通过试验数据和应力-应变曲线,分析了该复合材料在静态和低速冲击条件下表现的力学行为,进而对其静、动态缓冲吸能性能进行对比研究。结果表明:蜂窝纸板材料的静态、动态吸能量均随孔径的增大而增大,动态吸能量增大的幅值更明显;复合材料的吸能量随蜂窝纸板孔径增大而增大,随纸板厚度增大而减小;复合后的材料较蜂窝纸板材料静、动态缓冲性能和吸能量都有了较大的提高。     

经编间隔织物增强聚氨酯基复合材料的压缩模型

通过将经编间隔织物与软质聚氨酯泡沫复合,制备出一种经编间隔织物增强聚氨酯基复合材料。在忽略材料面板对复合材料整体力学作用的前提下,着重对间隔丝的空间分布及受力情况进行分析,建立了基于文克尔弹性地基梁理论的复合材料压缩理论模型,进而得到理论压缩应力-应变曲线,并将其与试验得到的压缩应力-应变曲线进行对比,结果显示两者之间具有较高的吻合度。这说明本文所建立的压缩模型能较好地模拟经编间隔织物增强聚氨酯基复合材料实际的受力情况,可为实际工程应用提供理论指导。     

玻璃纤维和石墨增强PTFE复合材料的力学性能

通过机械混合、冷压和烧结成型制备了不同质量分数(5%～30%)的玻纤和石墨填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料.测试了不同样品的拉伸、冲击和硬度等力学性能,利用扫描电镜对冲击断面形貌进行观察.结果表明:加入玻纤后,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度迅速下降,弹性模量增加,材料呈脆性;材料硬度随玻纤加入量增加而增加,随软质石墨的加入量增加而减小;玻纤改性处理,会提高复合材料硬度;石墨对材料冲击韧性影响较小,少量加入时对拉伸强度影响也较小;质量分数10%的石墨和20%的玻纤填充增强PTFE复合材料的综合力学性能较好.     

医用护理垫用经编间隔织物的性能分析

针对传统医用护理垫海绵基材存在透气性差、回弹性不好等问题,选取厚度不同的3种经编间隔织物,分别测试其透气、透湿、吸水、缓压和回弹性能,并和海绵材料进行比较.结果表明,经编间隔织物比同等厚度的海绵材料具有更优的透气和透湿性能;产生相同的形变,经编间隔织物具有更好的支撑性能;且其弹性回复率下降指数远远低于海绵,经8次往复压缩之后弹性回复率仍能保持在88%以上,与海绵基材相比更耐久.因此,经编间隔织物较传统海绵更适合作为医用护理垫的主功能区基材.