聚合物復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、運(yùn)動(dòng)器材等諸多領(lǐng)域,其主要優(yōu)勢(shì)在于其可設(shè)計(jì)性,包括其組成(如填料和基體的類(lèi)型)和結(jié)構(gòu)(例如填料的方向和尺寸)。其中,填料取向?qū)?fù)合材料的結(jié)構(gòu)-性能-加工相關(guān)性起著至關(guān)重要的作用,從而使復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能。因此,填料的取向一直是復(fù)合材料學(xué)界的一個(gè)重要課題。
圖1:(a) 綜述的結(jié)構(gòu)概覽 (b) 建模、表征、控制和應(yīng)用各部分之間的相互關(guān)系。
圖2:填料坐標(biāo)系和復(fù)合材料坐標(biāo)系中填料方向的定義。
圖3:填料取向的建模方法概述以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。
與建模相比,表征提供了復(fù)合材料填料取向的更為真實(shí)的評(píng)估。本文總結(jié)了復(fù)合材料填料取向的各類(lèi)代表性表征方法,主要包括顯微鏡技術(shù)、X射線(xiàn)技術(shù)和拉曼光譜等。它們?cè)诒碚鲝?fù)合材料的填料取向方面各有優(yōu)勢(shì)。在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景下,表征方法的選擇取決于實(shí)際情況如填料的類(lèi)型,以及相應(yīng)的技術(shù)要求,如空間/深度分辨率、視場(chǎng)大小、分析能力和操作的便利性。
圖4:在典型的復(fù)合材料制造技術(shù)中,限制填料轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(實(shí)線(xiàn))和平動(dòng)自由度(虛線(xiàn))的主要來(lái)源,以及各類(lèi)制造技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。
了解填料取向?qū)?fù)合材料不同性能的影響對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工階段填料取向的控制具有重要的價(jià)值。本文系統(tǒng)總結(jié)和分析了填料取向?qū)?fù)合材料力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和其他性能的影響。在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)綜合考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及填料的取向調(diào)節(jié),以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)復(fù)合材料性能的需求。
最后,總結(jié)了填料取向在復(fù)合材料中的研究和應(yīng)用中仍然存在的挑戰(zhàn)與機(jī)遇并展望了未來(lái)的發(fā)展方向。
文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101360
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

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