形狀記憶聚合物復(fù)合材料形狀記憶行為和力學(xué)性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各個領(lǐng)域中對材料的要求也越來越高，智能材料與結(jié)構(gòu)作為一種具有優(yōu)異性能的材料也越來越受到廣泛的重視，形狀記憶聚合物復(fù)合材料（SMPCs）是其中具有代表性的材料之一，目前 SMPCs已經(jīng)成為工程與學(xué)科發(fā)展研究的熱點之一。反式-1,4-聚異戊二烯（TPI）是通過人工合成的一種具有形狀記憶功能的高分子聚合物，具有動態(tài)生熱低、滾動阻力小、動態(tài)疲勞性能以及耐磨性能優(yōu)良等特點，在各個領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。但是這種材料彈性模量與強

2、度比較低，抗蠕變性能較差，因此本文在材料中加入短碳纖維來增強材料的這些性能。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　實驗中通過熱壓成型法制備不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的短碳纖維增強的反式-1,4-聚異戊二烯形狀記憶聚合物復(fù)合材料試件，在不同溫度下對試件進行了形狀記憶性能測試，力學(xué)性能測試，以及熱力學(xué)性能測試等大量試驗。從而找出合適的碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，使得該材料具有良好的力學(xué)性能以及形狀記憶性能。
　　本文中首先通過室溫下的拉伸實驗分析不同碳纖維質(zhì)

3、量分?jǐn)?shù)含量試件的力學(xué)性能，得到其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，通過分析碳纖維含量對試件力學(xué)性能的影響找出合適的碳纖維含量使試件具有較好的彈性性能；通過室溫下的循環(huán)拉伸實驗，得到碳纖維含量對試件殘余應(yīng)變以及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響。其次，在不同溫度下通過回復(fù)性試驗以及結(jié)晶性實驗來分析試件碳纖維含量對其形狀回復(fù)率，形狀回復(fù)速率，再結(jié)晶溫度的影響。從而找出合適的碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍使得試件具有良好的形狀記憶功能。最后，在不同溫度下對不同碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量的試

4、件進行了拉伸實驗與循環(huán)拉伸實驗，以控制變量法分別分析并且得到溫度與碳纖維含量對試件拉伸時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響，試件破壞時的最大應(yīng)力、最大應(yīng)變，試件循環(huán)拉伸產(chǎn)生殘余應(yīng)變的變化和循環(huán)拉伸時試件應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等產(chǎn)生的影響。
　　通過大量的實驗分析，我們得出在外界溫度相同情況下，碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5％~15%之間存在某一個值，能夠使得試件拉斷時的最大應(yīng)力與最大應(yīng)變值最高，使得試件具有較大的彈性模量、最快回復(fù)速率以及最低的再結(jié)晶溫度，使得試件