聚合物基納米復(fù)合材料
關(guān)注創(chuàng)建者：劉繼濤 創(chuàng)建時間：2016-05-19
聚合物基納米復(fù)合材料的視頻教程
ABAQUS-復(fù)合材料工程應(yīng)用案例四-芳綸纖維增強樹脂基復(fù)合材料切削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復(fù)合材料切削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復(fù)合材料的材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調(diào)試模型的收斂性，在結(jié)果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉(zhuǎn)化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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ABAQUS-復(fù)合材料工程應(yīng)用案例五-芳綸纖維增強樹脂基復(fù)合材料鉆削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復(fù)合材料鉆削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復(fù)合材料的材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調(diào)試模型的收斂性，在結(jié)果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉(zhuǎn)化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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炮彈沖擊纖維增強陶瓷基復(fù)合材料
陶瓷基調(diào)用SiC JH2本構(gòu)模型 界面采用Cohesive Surface以及用插件插入Cohesive element 附帶界面插件、纖維子程序以及JH2源文件
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聚合物基納米復(fù)合材料的實例教程
來源 | Applied Materials Today
01
背景介紹
由于固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與電氣系統(tǒng)的溫度變化成反比，這就要求導(dǎo)熱材料表現(xiàn)出與溫度相適應(yīng)的熱傳輸能力，并集成到動態(tài)負載條件的電氣系統(tǒng)的熱管理中。管理電導(dǎo)體中的熱量是滿足能源可持續(xù)使用和電力可靠性需求的一個主要挑戰(zhàn)，尤其是在電力電子設(shè)備和能源關(guān)鍵型電機中更為重要。要實現(xiàn)這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設(shè)計導(dǎo)熱材料的結(jié)構(gòu)。
02
成果掠影
近期，布法羅大學(xué)Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導(dǎo)熱納米復(fù)合材料，由納米結(jié)構(gòu)陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導(dǎo)體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導(dǎo)熱系數(shù)，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界面在動態(tài)負載條件下表現(xiàn)出高性能和可靠的電氣系統(tǒng)。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導(dǎo)體的表面溫度比聚合物封裝導(dǎo)體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發(fā)表于《Applied Materials Today》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導(dǎo)熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質(zhì)陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質(zhì)薄膜涂層銅線。
展開 制造PW@OBC-SEBS復(fù)合材料（F-FSPCMs）的流程示意圖。
圖2. F-FSPCMs交聯(lián)響應(yīng)的論證。
圖3. PW、OBC和PW@OBC-SEBS復(fù)合材料(F-FSPCMs)的熱性能。
圖4. F-FSPCMs彎曲過程中OBC和SEBS鏈段的示意圖。
圖5. PW@OBC-SEBS復(fù)合材料(F-FSPCMs)的力學(xué)性能。
圖6. PW@OBC-SEBS復(fù)合材料的熱管理應(yīng)用。
END
★ 平臺聲明
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展開 在航空航天、新能源汽車、風(fēng)電等高端制造領(lǐng)域，纖維增強聚合物基復(fù)合材料憑借高比強度、高比模量、輕量化等優(yōu)異特性，成為推動產(chǎn)業(yè)升級的核心材料。但這類材料存在一個關(guān)鍵短板——對沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內(nèi)部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進而大幅降低其承載能力，嚴重威脅結(jié)構(gòu)安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression After Impact, CAI）性能測試，成為復(fù)合材料研發(fā)、質(zhì)量控制、選型決策中不可或缺的核心環(huán)節(jié)，更是連接實驗室標(biāo)準與市場實際應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。
Background
什么是CAI測試？
很多人將CAI測試誤解為單一的沖擊實驗，實則不然——它是一套完整的系統(tǒng)性能評估流程，核心目的是模擬復(fù)合材料在實際服役中“遭遇低能量沖擊后繼續(xù)承載”的嚴峻工況，精準考核材料受損后的剩余壓縮強度。
其測試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標(biāo)準化的落錘沖擊或準靜態(tài)壓痕方法，在復(fù)合材料層合板試樣上引入可控、可重復(fù)的損傷，模擬實際使用中可能遇到的沖擊場景；
第二步，將已產(chǎn)生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進行壓縮試驗直至失效，最終測定其壓縮殘余強度，以此判斷材料在受損后的結(jié)構(gòu)可靠性。簡單來說，CAI測試就是給復(fù)合材料做“抗沖擊后的耐力測試”，直接決定材料能否在復(fù)雜工況下安全服役。
Standard
檢測標(biāo)準解讀
當(dāng)前，業(yè)界普遍遵循ASTM D7136（落錘沖擊）與D7137（壓縮殘余強度）標(biāo)準體系。這些標(biāo)準詳細規(guī)定了從試樣制備、沖擊引入到最終壓縮測試的全過程。
1. 核心試樣
標(biāo)準推薦針對厚度為4.0至6.0毫米,建議厚度為5mm的層合板進行測試，鋪層方式對結(jié)果有決定性影響。
展開 聚合物基復(fù)合材料是由各種纖維和聚合物通過不同成型工藝組合而成的新型復(fù)合材料，其既保留了原組成材料的主要特點，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組成材料不具備的性能。其中纖維主要起增強作用，聚合物樹脂主要起連接纖維和傳遞載荷的作用，而纖維和聚合物樹脂的界面是連接的紐帶，也是載荷傳遞的橋梁，起著非常重要的作用。聚合物基復(fù)合材料的比剛度以及比強度較高，抗疲勞性能和耐腐蝕性能優(yōu)異,且具有可設(shè)計性強、成型工藝簡單、過載時安全性能好等優(yōu)點。目前聚合物基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、汽車、船舶、電子、無人機、機械、醫(yī)療、建筑以及運動器材等領(lǐng)域。
復(fù)合材料力學(xué)性能測試是聚合物基復(fù)合材料產(chǎn)品研制與生產(chǎn)的重要組成部分，對其質(zhì)量保證和產(chǎn)品驗證起著重要作用。隨著聚合物基復(fù)合材料的廣泛使用，其力學(xué)性能測試變得越來越重要。測試這些各向異性材料的主要挑戰(zhàn)之一是需要開發(fā)各種各樣的夾具，以提供在不同條件下測試材料的各種方法。國高材分析測試中心的工程師熟悉國際標(biāo)準和一系列法規(guī)要求，并根據(jù)ISO和ASTM規(guī)范對復(fù)合材料進行表征。
單向拉伸試驗（定向）
（ASTM D638，ISO 527）
單軸張力中的應(yīng)力（ζ）根據(jù)以下公式計算：
ζ=材料樣品的荷載/面積…………..（1）
應(yīng)變（ε）根據(jù)以下公式計算：
ε=δl（長度變化）/l（初始長度）…………..（2）
曲線（E）的初始線性部分的斜率是楊氏模量，由下式給出：
E=（ζ2-ζ1）/（ε2-ε1）…………..（3）
復(fù)合材料的單軸拉伸試驗
三點彎曲試驗
（ASTM D790）
通過三點彎曲試驗可以了解復(fù)合材料和熱塑性3d打印材料的彎曲強度、彎曲應(yīng)力和應(yīng)變。
展開 為了進一步開發(fā)這項技術(shù)，研究人員通常會使用碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒和量子點等低維納米材料，使新型3D打印材料能夠適應(yīng)外部刺激，賦予電導(dǎo)、熱導(dǎo)、磁性和電化學(xué)存儲等特性。
密歇根理工大學(xué)的機械工程研究人員創(chuàng)造了一種方法，制造出一種使用碳納米管 (CNT) 的3D可打印納米復(fù)合聚合物油墨，并具有高拉伸強度且重量很輕。他們希望這種新型墨水可以替代環(huán)氧樹脂，邁向大規(guī)模使用。研究人員所做的不同之處在于使用聚合物納米復(fù)合材料（由環(huán)氧樹脂、碳納米管和納米粘土制成）和不犧牲材料功能性的打印工藝。
△圖1.具有不同CNT濃度的環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂-納米粘土和環(huán)氧樹脂-納米粘土-CNT納米復(fù)合油墨的流變特性。
走在市場之前
盡管聚合物納米復(fù)合材料和3D打印產(chǎn)品和服務(wù)的市場價值都在10億美元（約64.7億人民幣）左右，但納米材料3D打印的市場價值只有大約4300萬美元（約2.78億人民幣）。而研究領(lǐng)域也尚未全面了解在3D打印過程中對納米復(fù)合材料特性的控制，例如形態(tài)-特性的關(guān)系。
△圖2.使用納米復(fù)合油墨的3D打印。
技術(shù)瓶頸在于如何理解3D打印過程的宏觀力學(xué)與納米復(fù)合材料的納米級力學(xué)和物理學(xué)之間復(fù)雜的相互作用。而這項研究旨在通過探索3D打印工藝參數(shù)與納米復(fù)合打印油墨中納米材料形態(tài)之間的關(guān)系來尋找問題的關(guān)鍵。
△圖3.3D打印的環(huán)氧樹脂-納米粘土-CNT納米復(fù)合材料的SEM和TEM圖像。
納米墨水的優(yōu)點
研究人員認為納米墨水的導(dǎo)電性能使打印的環(huán)氧樹脂具有作為電線的潛力，無論是在電路板、飛機的機翼中還是在引導(dǎo)血管導(dǎo)管的3D打印致動器。納米復(fù)合聚合物油墨的另一個特性是它的強度。
展開 
聚合物基納米復(fù)合材料的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
聚合物基納米復(fù)合材料的最新內(nèi)容
在航空航天、新能源汽車、風(fēng)電等高端制造領(lǐng)域，纖維增強聚合物基復(fù)合材料憑借高比強度、高比模量、輕量化等優(yōu)異特性，成為推動產(chǎn)業(yè)升級的核心材料。但這類材料存在一個關(guān)鍵短板——對沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內(nèi)部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進而大幅降低其承載能力，嚴重威脅結(jié)構(gòu)安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression
聚合物基復(fù)合材料是由各種纖維和聚合物通過不同成型工藝組合而成的新型復(fù)合材料，其既保留了原組成材料的主要特點，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組成材料不具備的性能。其中纖維主要起增強作用，聚合物樹脂主要起連接纖維和傳遞載荷的作用，而纖維和聚合物樹脂的界面是連接的紐帶，也是載荷傳遞的橋梁，起著非常重要的作用。聚合物基復(fù)合材料的比剛度以及比強度較高，抗疲勞性能和耐腐蝕性能優(yōu)異,且具有可設(shè)計性強、成型工藝簡單、過載時安全性能好等優(yōu)點
來源 | Nano-Micro Letters
00
背景介紹
導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙由于具有高強度、高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的可設(shè)計性等優(yōu)點，在鋰電池、電容器、集成電路等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。隨著小型化和集成化的快速發(fā)展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設(shè)備內(nèi)部的熱量積聚問題日益嚴重，這就對導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙的導(dǎo)熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
相變材料(PCMs)是一系列具有優(yōu)異能量存儲能力的材料，能夠在接近恒定的溫度下存儲/釋放大量潛熱，使其在熱管理技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)揮不可或缺的作用。同時在應(yīng)對環(huán)境污染和能源危機方面具有相當(dāng)大的潛力。目前，有機固液PCMs(如石蠟、脂肪酸)因其穩(wěn)定的理化性質(zhì)、低腐蝕性和天然成本優(yōu)勢而備受關(guān)注
來源 | Advanced Functional Materials
01
背景介紹
聚合物基材料由于其優(yōu)異的靈活性，重量輕，優(yōu)良的可加工性和低成本的特點，在大功率微電子器件的熱管理方面引起了廣泛的關(guān)注。但是，大多數(shù)聚合物具有相對較低的導(dǎo)熱系數(shù)，范圍為0.1至0.5 W/mk。提高聚合物導(dǎo)熱性的一種簡單而有效的方法是將高導(dǎo)熱填料(如金屬、陶瓷
來源 | Nano-Micro Letters
01
背景介紹
具有層狀結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關(guān)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。特別是在散熱方面，層狀結(jié)構(gòu)促進了聲子沿徑向的良好運輸，使熱在平面內(nèi)快速傳播。與其他熱導(dǎo)體相比，這種獨特的結(jié)構(gòu)特征在水平散熱方面具有壓倒性的優(yōu)勢，使其非常適合小型化
來源 | 復(fù)合材料學(xué)報，知網(wǎng)
作者 | 謝世紅1，高潔*1，寧來元2，鄭可1，馬永1，于盛旺1，賀志勇1
單位 | 1.太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院；2.豐聯(lián)科光電（洛陽）股份有限公司
原文 | DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20230714.001
來源 | ACS Applied Materials Interfaces
01
背景介紹
相變材料(PCMs)在特定溫度下的相變時吸收或釋放潛熱，被認為是各種系統(tǒng)的有效被動熱管理的有前途的材料。然而，固-固轉(zhuǎn)變通常只吸收或釋放少量的潛熱，而且固-氣和液-氣轉(zhuǎn)變都伴隨著顯著的體積變化，這對于大多數(shù)實際應(yīng)用是不適合的因此
樹脂基復(fù)合材料因其比強度比剛度高，可設(shè)計性好，阻尼減振性能優(yōu)異，易于整體化成型等優(yōu)點已成為新型航空發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)材料。本文選取風(fēng)扇葉片，包容機匣，聲襯和襯套等典型航空發(fā)動機部件，,介紹了樹脂基復(fù)合材料在國外民用航空發(fā)動機的應(yīng)用狀況。之后論述了樹脂基復(fù)合材料在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)濟性，環(huán)保性等方面的優(yōu)勢。基于微納材料混雜技術(shù)，3D打印技術(shù)和超材料技術(shù)分析了航空發(fā)動機樹脂基復(fù)合材料發(fā)展的新趨勢
來源 | ACS Applied Nano Materials
01
背景介紹
由于高密度功率傳輸、架構(gòu)復(fù)雜性、小型化、功能化和新技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，散熱成為了高性能計算和電子設(shè)備的發(fā)展瓶頸。因此，開發(fā)創(chuàng)新的高導(dǎo)熱材料來解決這一問題具有重要意義，常見的導(dǎo)熱填料如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、石墨、金屬顆粒
