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碳纤维形状记忆复合材料的研制及其性能分析
作 者: 盛嘉喜
导 师: 徐志洪
学 校: 南京理工大学
专 业: 结构工程
关键词: 自展开结构 形状记忆聚合物 短切碳纤维 炭黑 碳纤维布
分类号: TB381
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
作为一种新型的智能材料,形状记忆复合材料可以在外界激励作用下产生较大的回复变形,由其制备的复合材料与结构,集传感和控制、承载功能于一身,使其成为当前空间可展开结构中最具潜力的复合材料之一。本文研究了形状记忆环氧树脂聚合物,表征了其物理力学性能和形状记忆性能,并以形状记忆环氧树脂为基体,制备了短切碳纤维增强形状记忆复合材料、炭黑增强形状记忆复合材料和碳纤维布增强形状记忆复合材料。主要的研究工作包括:1.研究了形状记忆环氧树脂聚合物材料的力学性能和形状记忆性能,通过实验得到其在不同温度下的应力-应变关系曲线和弹性模量与温度关系曲线,得到其玻璃转化温度。2.研究了短切碳纤维增强形状记忆复合材料的热-力学特性、形状记忆性能以及电阻率与碳纤维含量的关系;研究结果表明:碳纤维可以显著增强材料的力学性能,同时导电性能大大提高,可以利用电能有效地加热来驱动其形状回复。3.研究了炭黑对复合材料力学性能和形状记忆性能的影响情况;研究结果表明:炭黑的加入对材料的力学性能和形状记忆性能影响不大,却有效地增加了材料的变形能力,使其最大应变率达到55%。4.研究了碳纤维布增强形状记忆复合材料,测试了其在不同温度下的荷载与挠度之间的关系、压缩-展开特性以及在不同挠度下的形状记忆性能,验证了其在可展开结构应用的可行性。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-7 目录 7-9 1 绪论 9-20 1.1 选题背景及意义 9-10 1.2 形状记忆聚合物国内外研究发展现状 10-14 1.2.1 形状记忆聚合物的形状记忆机理 10-11 1.2.2 形状记忆聚合物的驱动方式 11-12 1.2.3 形状记忆聚合物发展现状 12-14 1.3 形状记忆复合材料国内外研究现状 14-16 1.3.1 颗粒填充形状记忆复合材料 14-15 1.3.2 纤维增强形状记忆复合材料 15-16 1.4 形状记忆聚合物本构关系研究现状 16-18 1.5 本文主要研究工作 18-20 2 短切碳纤维增强复合材料的制备及其性能研究 20-38 2.1 引言 20 2.2 碳纤维材料介绍 20-21 2.3 短切碳纤维形状记忆复合材料的制备和性能测试 21-25 2.3.1 材料与试样的制备 21-23 2.3.2 试验设备和仪器 23-25 2.4 静态拉伸试验设计 25 2.5 力学性能测试结果分析 25-29 2.6 形状记忆聚合物粘弹性研究 29-31 2.7 短切碳纤维形状记忆复合材料记忆性能研究 31-33 2.7.1 形状固定率 31-32 2.7.2 形状回复率 32 2.7.3 形状记忆回复力 32-33 2.8 短切碳纤维形状记忆复合材料电热驱动试验研究 33-37 2.8.1 电驱动性能 33 2.8.2 材料与试样的制备 33-34 2.8.3 实验设备与仪器 34 2.8.4 短切碳纤维形状记忆复合材料热效应研究 34-35 2.8.5 电热驱动形状转变试验研究 35-37 2.9 本章小结 37-38 3 炭黑增强复合材料的制备及其性能研究 38-54 3.1 引言 38 3.2 炭黑介绍 38 3.3 炭黑形状记忆复合材料的制备和性能测试 38-40 3.3.1 材料与试样的制备 38-40 3.3.2 试验设备和仪器 40 3.4 静态拉伸试验 40 3.5 力学性能测试结果分析 40-46 3.6 全拉伸试验 46-48 3.7 炭黑形状记忆复合材料记忆性能研究 48-52 3.7.1 形状固定率 48-50 3.7.2 形状回复率 50-51 3.7.3 形状回复力 51-52 3.8 本章小结 52-54 4 碳纤维布增强复合材料性能研究 54-64 4.1 引言 54 4.2 碳纤维布增强复合材料的制备与性能测试 54-56 4.2.1 材料与试样的制备 54-55 4.2.2 试验设备和仪器 55-56 4.3 弯曲试验 56-57 4.4 弯曲试验结构分析 57-58 4.5 弯曲-展开特性 58-59 4.6 碳纤维布增强复合材料形状记忆性能测试 59-63 4.6.1 形状固定率 59-60 4.6.2 形状回复率 60-61 4.6.3 形状记忆回复力 61-63 4.7 本章小结 63-64 5 结论及展望 64-66 5.1 结论 64-65 5.2 展望 65-66 致谢 66-67 参考文献 67-72 附录 72
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 智能材料
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