TC4/Cf/PEEK混杂层板中的TC4/PEEK界面微米凹坑结构强韧化机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    51503099
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    潘蕾
  • 依托单位：
    南京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0305.高分子共混与复合材料
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The interface toughening idea of “little initiation, slow expansion, and more energy” is presented to improve the fracture toughness of TC4/Cf/PEEK laminates which is a new generation of super hybrid laminates applied in aviation. The objective of raising the fracture toughness of TC4/PEEK interface is realized by controlling the geometry structure of micro-pits in the TC4/PEEK interface to change the crack initiation, early expansion and later fast expansion. Firstly, the responding mechanism of anodic oxidation technology and interface structure controlling is built to research the formation and growth process of micro-pits in the interface. Then the TC4/PEEK interface with high mechanical and chemical bonding strength is achieved by preparing high temperature coupling agent. Finally, the virtual crack closure technique is used to calculate the critical interface energy release rate, predict the direction of the interface crack initiation, determine the relationship between the micro-pits structure and the crack initiation direction in the interface, discuss the effect of interface structure on the crack extension distance and direction, then build the response mechanism between the interface micro-structure and fracture toughness.
以航空用新一代TC4/Cf/PEEK超混杂层板为背景，从TC4/Cf/PEEK混杂层板的断裂韧性角度考虑，提出“少萌生，慢扩展，多耗能”的界面增韧思路，通过调控TC4/PEEK界面微米凹坑几何结构来控制界面的萌生、早期扩展和后期的快速扩展，达到TC4/PEEK界面强韧化的目的。首先研究TC4表面TiO2微米凹坑的阳极氧化形成过程及生长机理，建立阳极氧化工艺和凹坑几何尺寸的响应机制，实现微米凹坑的可控生长；并针对高温服役条件调制PEEK的偶联剂成分，设计出具有机械结合和化学键结合的高界面结合强度的TC4/PEEK界面。最后，采用虚拟裂纹闭合技术计算TC4/PEEK界面裂纹的临界能量释放率并预测界面裂纹的启裂方向，确定界面微米凹坑几何尺寸与界面裂纹启裂方向的关系，讨论界面结构对裂纹扩展距离和扩展方向之间的影响，建立界面微观结构和断裂韧性的响应机制。

结项摘要

针对新一代航空用TC4/Cf/PEEK混杂层板，从提高混杂层板的断裂韧性角度出发，通过对TC4表面化学修饰提高TC4/PEEK界面结合强度，调控TC4/PEEK界面微米凹坑几何结构来控制界面的萌生、扩展，达到TC4/PEEK界面强韧化的目的。. 首先研究了TC4表面阳极氧化过程 TiO2氧化层的生长机理及氧化层形貌演变规律；研究阳化学接枝法（重氮盐接枝、氧化石墨烯接枝、席夫碱接枝及SPEEK偶联处理）对阳极氧化层表面修饰效果的影响，设计出在高温工作环境下能够保持高结合强度的TC4/PEEK界面；采用虚拟裂纹闭合技术确定TC4/PEEK界面微米凹坑几何尺寸与界面断裂能的关系，并通过DCB试验验证模拟结果的可靠性，建立界面微观结构和断裂韧性的响应机制。取得如下主要结果：.1、随着TC4阳极氧化时间、氧化电压和电解液温度的提高，TiO2膜孔径逐渐增加，表面膜粗糙度变大；阳极氧化处理使表面形成致密的微结构，使TC4/PEEK的界面剪切结合强度显著增加。.2、用SPEEK、氧化石墨烯、自制的重氮盐及席夫碱对阳极氧化后的TC4板进行表面修饰，提高了TC4/PEEK的界面剪切结合强度。经席夫碱修饰的界面剪切结合强度达到了47.49MPa，较仅阳极氧化处理的界面增加了53.89%；用该修饰方法制备的TC4/PEEK的界面具有良好的高温力学性能。.3、建立了具有微米凹坑几何特征的TC4/PEEK界面断裂韧性模型，发现凹坑可以延迟界面形成宏观裂纹、阻碍裂纹扩展，利于提高界面临界断裂韧性；通过光刻工艺在TC4表面制备微米凹坑，TC4/PEEK界面的DCB实验发现，随凹坑直径增大、横纵比减小、密集度增大，界面临界断裂韧性值和临界断裂载荷均先增大后减小；凹坑直径、横纵比、密集度最优值分别为400µm、8:1、4:1；试验与模拟结果误差最大值为8%。. 本项目首次提出将席夫碱、重氮盐及SPEEK用于TC4表面的化学接枝，显著提高了TC4/PEEK的界面结合强度及其高温稳定性，为提高 TC4/PEEK 界面结合强度提供了一种新途径；项目通过在TC4表面构筑微米凹坑结构，实现了“少萌生，慢扩展，多耗能”的界面增韧目的，获得了TC4/PEEK 界面结构几何参数对界面断裂韧的响应机制，为金属/高分子材料界面强韧化设计提供了一种新的思路。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Enhancement in Interfacial Adhesion of Ti/Polyetheretherketone by Electrophoretic Deposition of Graphene Oxide
电泳沉积氧化石墨烯增强钛/聚醚醚酮界面粘附力
  • DOI：
    10.1002/pc.24955
  • 发表时间：
    2019-03-01
  • 期刊：
    POLYMER COMPOSITES
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Pan, Lei;Lv, Yunfei;Shi, Yu
  • 通讯作者：
    Shi, Yu
Enhancing interfacial strength between AA5083 and cryogenic adhesive via anodic oxidation and silanization
通过阳极氧化和硅烷化增强 AA5083 和低温粘合剂之间的界面强度
  • DOI：
    10.1016/j.ijadhadh.2018.04.006
  • 发表时间：
    2018-08
  • 期刊：
    International Journal of Adhesion and Adhesives
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Lei Pan;Aiai Zhang;Zengmin Zheng
  • 通讯作者：
    Zengmin Zheng
Characterization of effects of heat treated anodized film on the properties of hygrothermally aged AA5083-based fiber-metal laminates
热处理阳极氧化膜对湿热老化 AA5083 基纤维金属层压板性能影响的表征
  • DOI：
    10.1016/j.compstruct.2017.01.066
  • 发表时间：
    2017-05-01
  • 期刊：
    COMPOSITE STRUCTURES
  • 影响因子：
    6.3
  • 作者：
    Pan, Lei;Ali, Aamir;Lv, Yunfei
  • 通讯作者：
    Lv, Yunfei
Effects of deep cryogenic treatment, cryogenic and annealing temperatures on mechanical properties and corrosion resistance of AA5083 aluminium alloy
深冷处理、深冷和退火温度对AA5083铝合金力学性能和耐蚀性的影响
  • DOI：
    10.1504/ijmmp.2016.10001562
  • 发表时间：
    2016-12
  • 期刊：
    International Journal of Microstructure and Materials Properties
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Aamir Ali;Lei Pan;Lixiang Duan
  • 通讯作者：
    Lixiang Duan
Galvanic corrosion protection and durability of polyaniline-reinforced epoxy adhesive for bond-riveted joints in AA5083/Cf/Epoxy laminates
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  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2018.10.034
  • 发表时间：
    2018-12-15
  • 期刊：
    MATERIALS & DESIGN
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Pan, Lei;Ding, Wenye;Tao, Jie
  • 通讯作者：
    Tao, Jie

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  • 发表时间：
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    王俊
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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