不同“G-CNT”复合结构协同增强TPU复合材料力学及自修复性能研究
发布时间：2021-05-10 10:53
热塑性聚合物因其具有高强度、高耐磨性、高弹性、高韧性和抗冲击等优异的性能,被广泛应用于汽车、医疗设备、电子设备、工程和民用等领域。但由于传统的热塑性聚合物在使用过程中,易在静载荷或冲击载荷作用下在材料内部或表面产生微裂纹进而减少了其使用寿命和安全性,因此限制了其在一些重要工程和尖端领域的应用。为进一步拓宽热塑性聚合物的应用领域,探索出一种不仅具有优异的力学性能,而且具有自修复特性的热塑性聚合物复合材料是促进其进一步发展和应用的重要任务。本文选用热塑性聚氨酯（TPU）为基体,酸化改性的石墨烯和碳纳米管为增强相,采用经典溶液共混法制备了具有三种不同复合程度的“G-CNT”杂化结构增强的TPU复合材料。该复合材料不仅具有优异的力学性能,而且在微波诱导下能实现微损伤自修复的功能。通过力学性能测试、SEM技术、剪滞理论和有限元数值模拟方法对TPU复合材料力学性能和微波诱导下的自修复性能进行研究,主要研究内容如下:（1）在TPU复合材料力学性能研究方面,首先采用不同的实验方案制备了石墨烯和碳纳米管质量比为3:1,且纳米填料总含量为1.5%的TPU复合材料。通过对其力学性能研究发现:由石墨烯和碳纳米...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 自修复材料简介
1.2 TPU/CNT/石墨烯/概述
1.2.1 热塑性聚氨酯(TPU)
1.2.2 石墨烯
1.2.3 碳纳米管
1.2.4 石墨烯-CNT复合结构增强复合材料的研究进展及应用
1.3 课题研究目的及意义
1.4 研究内容及方法
第二章 不同G-CNT复合结构增强TPU复合材料力学性能研究
2.1 TPU复合材料力学性能实验研究
2.1.1 材料制备
2.1.2 微观形貌表征及力学性能测试
2.1.3 实验结果及分析
2.2 建立细观力学模型及其机理分析
2.2.1 Cox剪滞理论分析法
2.2.2 力学模型建立及分析
2.3 有限元数值模拟方法
2.3.1 有限元模拟背景及应用
2.3.2 有限元建立RVE力学模型
2.3.3 有限元模拟结果与分析
2.4 本章小结
第三章 不同G-CNT复合结构增强TPU复合材料的损伤微波自修复行为研究
3.1 损伤微波修复实验过程
3.2 表征及测试
3.3 G-CNT复合结构中异质界面极化诱导下的损伤裂纹修复
3.4 电磁场模拟
3.4.1 模型参数
3.4.2 模拟结果分析
3.5 本章小结
第四章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究[J]. 申亚茹,栾云博,李永存,韩志军,郭章新. 高分子学报. 2017(04)
[2]碳纳米管/石墨烯杂化材料改性环氧树脂力学性能研究[J]. 吴俊青,俞科静,钱坤,曹海建,卢雪峰,孙洁. 材料导报. 2014(10)
[3]石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J]. 赵冬梅,李振伟,刘领弟,张艳红,任德财,李坚. 化学学报. 2014(02)
[4]热塑性聚氨酯及其复合材料的界面形态与流变特性[J]. 王莉莉,董侠,刘祥贵,邢倩,黄淼铭,胡海青,王笃金. 高分子学报. 2013(03)
[5]石墨烯与多壁碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备及性能[J]. 卫保娟,肖潭,李雄俊,王堉,吴萍. 复合材料学报. 2012(05)
[6]微胶囊自修复材料的研究进展[J]. 马万鹏,张伟,赵阳,廖乐平,王思捷,吉小超. 化工新型材料. 2012(06)
[7]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[8]含Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电学和光学性能研究[J]. 王志勇,胡慧芳,顾林,王巍,贾金凤. 物理学报. 2011(01)
[9]碳纳米管的本征微波吸收特性研究[J]. 彭志华,彭延峰,宁艳桃,彭景翠,郭燕春. 河南科学. 2010(12)
[10]碳纳米管改性方法对其与聚氨酯的复合材料性能的影响[J]. 王静荣. 合成纤维. 2010(10)
博士论文
[1]表面改性碳纳米管径向力学特性的分子动力学模拟研究[D]. 凌翠翠.中国石油大学（华东） 2013
硕士论文
[1]微波调控石墨烯—碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究[D]. 申亚茹.太原理工大学 2017
[2]基于石墨烯的纳米复合材料的制备、结构与性能[D]. 韩晓芳.华东理工大学 2014
[3]热塑性聚氨酯弹性体性能的研究[D]. 李樾.北京化工大学 2010
本文编号：3179239
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 自修复材料简介
1.2 TPU/CNT/石墨烯/概述
1.2.1 热塑性聚氨酯(TPU)
1.2.2 石墨烯
1.2.3 碳纳米管
1.2.4 石墨烯-CNT复合结构增强复合材料的研究进展及应用
1.3 课题研究目的及意义
1.4 研究内容及方法
第二章 不同G-CNT复合结构增强TPU复合材料力学性能研究
2.1 TPU复合材料力学性能实验研究
2.1.1 材料制备
2.1.2 微观形貌表征及力学性能测试
2.1.3 实验结果及分析
2.2 建立细观力学模型及其机理分析
2.2.1 Cox剪滞理论分析法
2.2.2 力学模型建立及分析
2.3 有限元数值模拟方法
2.3.1 有限元模拟背景及应用
2.3.2 有限元建立RVE力学模型
2.3.3 有限元模拟结果与分析
2.4 本章小结
第三章 不同G-CNT复合结构增强TPU复合材料的损伤微波自修复行为研究
3.1 损伤微波修复实验过程
3.2 表征及测试
3.3 G-CNT复合结构中异质界面极化诱导下的损伤裂纹修复
3.4 电磁场模拟
3.4.1 模型参数
3.4.2 模拟结果分析
3.5 本章小结
第四章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究[J]. 申亚茹,栾云博,李永存,韩志军,郭章新. 高分子学报. 2017(04)
[2]碳纳米管/石墨烯杂化材料改性环氧树脂力学性能研究[J]. 吴俊青,俞科静,钱坤,曹海建,卢雪峰,孙洁. 材料导报. 2014(10)
[3]石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J]. 赵冬梅,李振伟,刘领弟,张艳红,任德财,李坚. 化学学报. 2014(02)
[4]热塑性聚氨酯及其复合材料的界面形态与流变特性[J]. 王莉莉,董侠,刘祥贵,邢倩,黄淼铭,胡海青,王笃金. 高分子学报. 2013(03)
[5]石墨烯与多壁碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备及性能[J]. 卫保娟,肖潭,李雄俊,王堉,吴萍. 复合材料学报. 2012(05)
[6]微胶囊自修复材料的研究进展[J]. 马万鹏,张伟,赵阳,廖乐平,王思捷,吉小超. 化工新型材料. 2012(06)
[7]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[8]含Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电学和光学性能研究[J]. 王志勇,胡慧芳,顾林,王巍,贾金凤. 物理学报. 2011(01)
[9]碳纳米管的本征微波吸收特性研究[J]. 彭志华,彭延峰,宁艳桃,彭景翠,郭燕春. 河南科学. 2010(12)
[10]碳纳米管改性方法对其与聚氨酯的复合材料性能的影响[J]. 王静荣. 合成纤维. 2010(10)
博士论文
[1]表面改性碳纳米管径向力学特性的分子动力学模拟研究[D]. 凌翠翠.中国石油大学（华东） 2013
硕士论文
[1]微波调控石墨烯—碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究[D]. 申亚茹.太原理工大学 2017
[2]基于石墨烯的纳米复合材料的制备、结构与性能[D]. 韩晓芳.华东理工大学 2014
[3]热塑性聚氨酯弹性体性能的研究[D]. 李樾.北京化工大学 2010
本文编号：3179239
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