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聚合物基智能复合材料研究

作　者: 王钧
导　师: 张联盟
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 树脂基复合材料智能复合材料导电性能碳纤维短切碳纤维毡应变体积电阻率
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

聚合物基智能复合材料是近几年智能材料（英语为Smart，Intelligent Materials）研究领域中较活跃的部分。目前聚合物基智能复合材料中常用的传感材料有光纤、压电材料、金属合金应变材料等，近几年国外开始研究通过利用碳纤维0°方向上纤维断裂引起电阻（率）的变化，制备出具有感知应力变化的智能复合材料。国内有关碳纤维树脂基智能复合材料自诊断特性研究的文献报导很少。开展碳纤维复合材料智能方面的研究非常必要。本文主要对以短切碳纤维毡为增强材料，两类不饱和聚酯树脂为基体材料的复合材料为研究对象．研究了其含量与导电性之间的关系；重点对不同基体树脂材料及不同碳纤维含量等因素对复合材料在单轴拉伸条件下，拉伸状态下应变与体积电阻率之间的变化关系进行了研究；确定了电阻率与应变之间变化的数学关系。为证实该关系的适用性，通过将短切碳纤维毡制备的导电复合材料与具有不同应变性能的玻璃钢复合，对拉伸状态下应变与体积电阻率之间的变化关系进行了研究，并用多元回归的方法进行了数值分析，确定了电阻率与应变之间变化的数学模型。证实该类复合材料均可用此模型表示其变化规律。拟合数值均方差均小于10^-4。应用该模型，可以根据电阻率的变化值确定复合材料的应变，由此可制备一系列具有自检测、自诊断能力的碳纤维增强树脂基智能复合材料。本文还对连续碳纤维、鳞片填料在拉伸状态下应变与体积电阻率之间的变化关系进行了研究和分析。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
第一章绪论  7-23
  1．1 智能复合材料研究进展  7-14
    1．1．1 智能复合材料结构的定义  7
    1．1．2 智能复合材料结构产生和发展的原因  7-8
    1．1．3 智能复合材料结构组成与工作原理  8-9
    1．1．4 智能复合材料结构的制备方法  9-10
    1．1．5 几种智能复合材料结构  10-12
    1．1．6 智能复合材料结构研究的重点  12-13
    1．1．7 智能复合材料结构研究的展望  13-14
  1．2 几种常用功能及传感材料在智能复合材料中的应用情况  14-16
    1．2．1 多功能光纤在智能复合材料中的应用情况  14-15
    1．2．2 压电材料传感器在智能复合材料中的应用情况  15-16
    1．2．3 微芯片传感器在智能复合材料中的应用情况  16
    1．2．4 金属电阻应变计在智能复合材料中的应用情况  16
  1．3 碳纤维的改性制备方法及在智能复合材料中的应用研究  16-21
    1．3．1 碳纤维的改性及应用  16-18
    1．3．2 制备方法  18-20
    1．3．3 碳纤维破坏传感器  20-21
  1．4 研究树脂基智能复合材料的意义  21-22
  1．5 本文主要研究内容及目的  22-23
第二章实验部分  23-31
  2．1 设计思路  23-26
    2．1．1 导电高分子材料概况  23
    2．1．2 导电高分子材料分类  23-24
    2．1．3 复合型高分子导电材料的发展  24
    2．1．4 复合型高分子导电材料的导电机理  24-26
  2．2 实验仪器、设备型号及性能  26-27
  2．3 原材料型号及产地  27
  2．4 复合材料制备  27-28
    2．4．1 试样制备  27-28
    2．4．2 测试标准及方法  28
  2．5 短切碳纤维含量对电阻率的影响试验  28-29
  2．6 拉伸状态下复合材料电阻率的影响试验  29-30
    2．6．1 拉伸试样编号  29-30
    2．6．2 拉伸实验结果  30
  2．7 弯曲状态下复合材料电阻率的影响试验  30-31
    2．7．1 弯曲试验编号  30
    2．7．2 弯曲实验结果  30-31
第三章结果与讨论  31-42
  3．1 短切碳纤维含量对电阻率的影响  31-32
  3．2 导电复合材料应力—应变关系的影响因素  32-35
    3．2．1 增强材料形态对复合材料应力—应变的影响  32-33
    3．2．2 导电填料种类对应力—应变的影响  33-34
    3．2．3 树脂种类对应力—应变的影响  34-35
    3．2．4 树脂种类对纵向应变及横向应变的影响  35
  3．3 导电复合材料电阻率与应变的影响  35-39
    3．3．1 树脂种类对电阻率与应变的影响  35-37
    3．3．2 导电填料种类对电阻率—应变的影响  37-38
    3．3．3 纤维含量对电阻率与应变的影响  38
    3．3．4 导电层对玻璃钢复合物的电阻率与应变的变化关系  38-39
  3．4 弯曲状态下电阻率与应变的变化关系  39-41
    3．4．1 石墨鳞片填料对复合材料电阻率与应变的影响  39-40
    3．4．2 导电层与玻璃钢复合物的电阻率与应变的变化关系  40-41
  3．5 导电复合材料断裂过程中电阻率变化特点  41-42
第四章结论与展望  42-45
参考文献  45-48
附表  48-80
附录攻读硕士学位期间发表的论文  80-81
致谢  81

聚合物基智能复合材料研究

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