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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。

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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