本文選題：抗拉強(qiáng)度 + 石墨烯　； 參考：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：熱塑性聚合物在耐磨、耐輻射和抗沖擊等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì),被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、土木等領(lǐng)域。但由于聚合物強(qiáng)度普遍不高,且在外力作用下極易損傷進(jìn)而導(dǎo)致材料失效,嚴(yán)重危害結(jié)構(gòu)的安全性,也因此阻礙了熱塑性聚合物在一些重要工程和尖端領(lǐng)域的應(yīng)用。為拓寬熱塑性聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域,探索出兼具優(yōu)良的力學(xué)性能和自修復(fù)特性的聚合物是促進(jìn)熱塑性聚合物材料進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的重要任務(wù)。本文以熱塑性聚氨酯(TPU)為研究對(duì)象,采用溶液共混法制備出在微波誘導(dǎo)下能實(shí)現(xiàn)自修復(fù)且兼具力學(xué)增強(qiáng)的石墨烯(G)和碳納米管(CNT)協(xié)同增強(qiáng)的聚氨酯(TPU)復(fù)合材料。通過(guò)力學(xué)實(shí)驗(yàn)及材料微觀(guān)表征(SEM)對(duì)復(fù)合材料性能進(jìn)行測(cè)試,并從細(xì)觀(guān)力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)等角度對(duì)TPU復(fù)合材料力學(xué)性能和微波誘導(dǎo)下的自修復(fù)性能進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)在力學(xué)性能研究方面,對(duì)制備的不同石墨烯含量G/TPU材料的力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn):隨著石墨烯含量增加,復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度先增后減(含量為1.5%時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)到最佳),其最佳值較純TPU抗拉強(qiáng)度提高了35%。為進(jìn)一步提高聚氨酯的拉伸強(qiáng)度,本文采用G-CNT填料來(lái)替換石墨烯增強(qiáng)相,制備出G-CNT不同質(zhì)量比的G-CNT/TPU復(fù)合材料,通過(guò)力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn):隨著石墨烯和碳納米管質(zhì)量比的減小,G-CNT/TPU復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度先增后減,當(dāng)G-CNT比例為3:1時(shí),其抗拉強(qiáng)度達(dá)到最佳,其較純TPU、G/TPU、CNT/TPU抗拉強(qiáng)度分別提高了67%、18%和25%。在此,通過(guò)基于剪滯理論的復(fù)合材料細(xì)觀(guān)力學(xué)模型,并結(jié)合材料微觀(guān)形貌表征,綜合分析了碳納米管和石墨烯增強(qiáng)TPU復(fù)合材料的力學(xué)增強(qiáng)機(jī)制,結(jié)果表明:石墨烯與碳納米管形成的三維復(fù)合結(jié)構(gòu)將改善增強(qiáng)相在基體中的分散性,并在提高其與基體之間的應(yīng)力傳遞效率和材料抗拉強(qiáng)度中具有積極的促進(jìn)作用。(2)在復(fù)合材料損傷裂紋修復(fù)機(jī)理研究方面,本文首先對(duì)G/TPU、G-CNT/TPU、CNT/TPU三種復(fù)合材料的自修復(fù)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:三種復(fù)合材料在微波誘導(dǎo)下均可實(shí)現(xiàn)完全修復(fù),當(dāng)G-CNT比例為3:1時(shí),復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度恢復(fù)率高達(dá)117%。此外,由于在微波處理過(guò)程中,材料內(nèi)部的熱傳導(dǎo)過(guò)程及電磁場(chǎng)分布將直接影響其裂紋修復(fù)及力學(xué)性能。為此,采用有限元軟件ANSYS模擬材料內(nèi)部熱傳導(dǎo)過(guò)程,結(jié)果表明:復(fù)合材料在微波處理過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)宏觀(guān)裂紋各部位均勻、快速加熱,短時(shí)間內(nèi)即可修復(fù)好損傷材料。同時(shí),還利用Ansoft HFSS軟件模擬裂紋處微波場(chǎng)分布,結(jié)果表明:微波在材料裂紋處發(fā)生聚焦,有效保證了裂紋處的能量供給,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裂紋自愈合。熱傳導(dǎo)和電磁場(chǎng)模擬結(jié)果為復(fù)合材料在微波調(diào)控下實(shí)現(xiàn)高效快速自修復(fù)及材料整體力學(xué)性能的進(jìn)一步提高提供了理論支持。本文研究結(jié)果將為熱塑性自修復(fù)材料制備工藝改善和力學(xué)性能提高,以及將來(lái)在汽車(chē)、航空航天、土木等領(lǐng)域的應(yīng)用提供有益的探索。
[Abstract]:In order to improve the tensile strength of polyurethane , it is found that the tensile strength of the composites is improved by 35 % . ( 2 ) In this paper , the self - healing properties of three composites of G / TPU , G - CNT / TPU and CNT / TPU are studied . The results show that the mechanical strength recovery rate of the composites is up to 117 % when the ratio of G - CNT is 3 : 1 .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1734854