石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热性能及微观形貌

采用湿法预浸技术和模压工艺制备了氧化石墨烯(GO)改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了GO在室温干态及湿热处理后对CF/EP复合材料动态热力学性能和层间剪切性能的影响,并通过微观形貌分析了复合材料的改性机制。结果表明,当GO添加量分别为0.5%和0.8%时,GO-CF/EP复合材料的玻璃化转变温度(T_g)得到明显提高,由CF/EP复合材料的184.4℃分别提高到197.7℃和199.5℃;GO-CF/EP复合材料经湿热处理后,GO-CF/EP复合材料的T_g的保持率比CF/EP略低。GO添加量分别为0.05%和0.1%时,GO-CF/EP复合材料的层间剪切强度由CF/EP复合材料的59.7 MPa分别提高到70.2 MPa和72.2 MPa;GO-CF/EP复合材料进行湿热处理后,GO添加量为0.05%的GO-CF/EP复合材料和GO添加量为0.1%的GO-CF/EP复合材料层间剪切强度较CF/EP复合材料高,但GO-CF/EP复合材料的湿热后层间剪切强度保持率均低于CF/EP复合材料。力学损耗分析表明,GO有效提高了CF与EP基体间的界面黏结作用。微观形貌分析表明,GO的存在可有效分散裂纹能量并使裂纹发生偏转,使GO-CF/EP复合材料抵抗裂纹扩展的能力提高。      

CIP/GF/CF/EP吸波复合材料的制备及力学性能

为制备兼具力学性能和电磁吸收性能的结构型吸波材料,采用真空辅助成型工艺设计制备一种以羰基铁粉(CIP)为吸收剂,玻璃纤维(GF)为透波层,碳纤维(CF)为反射层,环氧树脂(EP)为基体的吸波复合材料。研究了不同质量比CIP/EP对吸波复合材料力学性能和微波吸收性能的影响。通过FTIR和DSC分析可知CIP未与EP发生化学反应。SEM结果表明CIP能够在EP树脂基体中均匀分散,不趋向于纤维表面。力学测试分析结果显示:当CIP/EP质量比达到30%时,CIP/GF/CF/EP复合材料的力学性能最佳,拉伸强度为347.56MPa,拉伸模量为25.99GPa,较纯GF/CF/EP复合材料提升了4.3%和5.7%;弯曲强度为339.6MPa,弯曲模量为23.7GPa,较纯GF/CF/EP复合材料提升了18.2%和71.2%。矢量网络分析可知复合吸波板的吸波性能随CIP含量的增加而增加,且吸波损耗反射峰值朝低频段移动。     

碳纤维聚醚醚酮树脂基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

聚醚醚酮(PEEK)具有优良的耐热性、阻燃性和电绝缘性,广泛应用于汽车部件、半导体和热压缩级等领域。为了实现PEEK的高性能化,使之可应用于阀片、密封圈等对耐磨性有较高要求的领域,替代金属材料,通过热压法成功制得PEEK/氧化石墨烯(GO)-氧化锌(ZnO)/碳纤维(CF)(PEEK/GO-ZnO/CF)复合材料。首先将GO与ZnO通过高温反应釜在180℃反应12h,成功对石墨烯进行改性。将改性后的石墨烯与PEEK共混与CF编织布通过热压成型。通过对该复合材料的摩擦磨损性能、热稳定性、机械性能研究,加入经改性的GO含量为1.5%(wt,质量分数)条件下,制得的PEEK/GO-ZnO/CF复合材料具有较好的综合性能,在25℃条件下摩擦磨损率为13×10~(-6)mm~3/Nm,拉伸强度达到265.0MPa,弯曲强度达到262.7MPa。     

聚醚砜对连续碳纤维/聚醚醚酮复合材料性能的影响

以聚醚砜(PES)作为第三组分及活化PES作为连续碳纤维(CCF)的表面改性剂制备CCF/聚醚醚酮(PEEK)复合材料,重点研究CCF/PEEK复合材料的制备工艺方法对其性能的影响。结果表明:PES作为第三组分制备的CCF/PEEK复合材料,当填充16wt%的CCF时,复合材料表面电阻降低到107~109 Ω,出现导电逾渗状态,此时摩擦系数降到最低(0.2430)。活化PES作为表面改性剂制备的CCF/PEEK复合材料,当填充30wt%的CCF时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别提高到236.2 MPa、345.1 MPa、12.3 kJ/m2,相比无PES改性的CCF30/PEEK复合材料分别提高了13.69%,21.70%,36.97%,其中PES起到显著的均匀分散CCF与界面粘结作用。摩擦学研究结果表明,复合材料的摩擦性能不仅取决于润滑材料CCF在基体中的分布还取决于CCF与基体的界面作用力。      

多组分氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管层级结构碳纤维复合材料的制备及性能研究

利用层层自组装法在碳纤维表面构建多组分氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管，在碳纤维表面构建新型界面相，从而提高碳纤维与树脂基体的结合能力。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和显微共焦拉曼光谱仪分析了碳纤维表面结构和官能团，采用热导仪测试了碳纤维复合材料的热导率，采用万能试验机测试了碳纤维复合材料的层间剪切强度(ILSS)、复合材料的弯曲强度和弯曲模量。结果表明：当碳纤维表面氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管循环组装2次后，碳纤维复合材料的热导率提高了51.5%,层间剪切强度提高了52.2%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了33.3%和60.1%。     

碳纤维/SiO2/聚苯并(噁)嗪复合材料的制备及性能研究

以纳米SiO2/聚苯并(噁)嗪(PBOZ)为基体树脂,与碳纤维(CF)复合,制备了CF/SiO2/PBOZ复合材料,研究了纳米SiO2含量对其弯曲强度、层间剪切强度以及断面形貌的影响.结果表明,纳米SiO2含量为4%时,CF/SiO2/PBOZ复合材料的性能最好,材料的弯曲强度和层间剪切强度分别达到835和72.1MP...     

苎麻/LLDPE复合材料力学性能的研究

研究了成型工艺、碱液及硅烷偶联剂预处理对苎麻/LLDPE复合材料力学性能的影响。结果表明:经碱液、KH-550和A-151硅烷偶联剂分别预处理后,苎麻/LLDPE复合材料的拉伸性能均有不同程度的提高,拉伸强度由51.0MPa分别提高到102.6 MPa、83.6 MPa及89.8 MPa。经A-151预处理后,材料的弯曲强度及弯曲模量由23.1 MPa、1.58 GPa提高到81.6 MPa、6.01 GPa,单位面积总冲击能及动态弯曲强度由30.9 kJ/m2、31.3 MPa提高到37.8 kJ/m2、106 MPa。      

高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板的制备及其性能表征研究

采用拉挤成型工艺制备了结构均一有序、外貌光亮顺滑的高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板,并对其进行了力学性能测试。研究结果表明:高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板,在0°条件下,拉伸强度1889MPa,拉伸模量141GPa,压缩强度1212MPa,压缩模量130GPa,弯曲强度1107MPa,弯曲模量136GPa;在90°条件下,弯曲强度86MPa;层间剪切强度61.834MPa,具有较好的力学性能。     

炭纤维增强羟基磷灰石/聚乳酸复合生物材料的力学性能和体外降解性能

采用溶液共混法制备了炭纤维(CF)增强羟基磷灰石(HA)/聚乳酸(PLA)三元复合生物材料。研究了该复合材料的力学性能和体外降解性能。CF/HA/PLA复合材料具有优异的力学性能, 弯曲强度和弯曲模量均随着HA含量的增加先升高后降低, 存在一个峰值, 可分别达到430MPa和26GPa。在PBS模拟体液中降解3个月, 弯曲强度和弯曲模量分别下降到初始值的30%和36%。SEM照片显示, 降解是从复合材料的界面开始的, 降解3个月后, 界面结合处出现缝隙, 吸水率增加到5%, 质量损失只有1.6%。PBS模拟体液的pH值下降在0.1之内, 有利于骨折部位的愈合。实验结果表明, 该复合材料的机械性能满足骨折内固定材料技术指标的要求。      

原位聚合法与溶液混合法制备石墨烯/聚酰亚胺复合材料及其性能

利用化学氧化还原法制备出石墨烯。通过原位聚合法及溶液混合法制备出石墨烯/聚酰亚胺复合材料,考察不同复合材料制备方法对其机械性能及导电性能的影响,并对其作用机理进行探讨。结果表明,制备的石墨烯为二维的单层或寡层材料,加入到聚酰亚胺中能够增强其机械性能及电导率。相比溶液混合法,采用原位聚合法时石墨烯在聚酰亚胺基体中分散更均匀,对其团聚作用有更好的抑制作用,制备的复合材料性能更优异。采用该法加入石墨烯的量为1.0 wt%时,拉伸强度达到了132.5 MPa,提高了68.8%;加入量增加到3.0 wt%时,电导率达6.87×10~(-4)S·m~(-1),提高了8个数量级,对聚酰亚胺的性能有显著的增强作用。     

碳纳米管及炭纤维协同强韧双马来酰亚胺树脂复合材料

采用氨基化碳纳米管(CNTs)强韧双马来酰亚胺树脂(BMI)基体树脂,制备碳纳米管/炭纤维(CNT/CF)协同增强BMI的三相复合材料。结果表明,乙二胺以共价键的形式接枝到了MWCNTs表面,MWCNTs-NH2表面的N元素质量分数达3.53%;质量分数为0.5%MWCNTs-NH2的三相复合材料的弯曲模量、弯曲强度及冲击强度分别为43.85 GPa、1 160.62 MPa和28.50 kJ/m2,与CF/BMI复合材料相比,分别提高了49.56%、17.41%和19.65%。     

氧化石墨烯对玄武岩织物/酚醛树脂复合材料性能的影响

将偶联剂改性的氧化石墨烯(GO)添加到酚醛树脂中,制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法,研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)和冲击性能的影响。结果表明,GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能,随着GO含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小;相对于空白样,当GO的含量为2wt%时,弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%;ILSS提高了43%;当GO的含量为1wt%时,冲击破坏载荷增加40%,破坏吸收能量增加60%。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备与性能

通过高温模压方法,制备了碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料。采用差示扫描量热、热失重、弯曲测试、拉伸测试、扫描电子显微镜等分析方法对制品热学性能和力学性能进行了分析。分析结果表明,制备CF/PEEK复合材料的最佳工艺参数为:成型温度380℃~390℃,停留时间30 min,保温保压30 min、2 MPa~3 MPa,后期保压压力4 MPa~5MPa,保压时间3 h。复合材料制品弯曲强度达到1783 MPa,分解温度达578℃,表明其具有优良的力学性能和热稳定性。     

聚醚醚酮/碳化硅复合材料的结构及性能

为满足聚醚醚酮(PEEK)特种封装塑料在特殊环境中应用的高耐热性、高力学性能和透波性能等需求,通过分别将玻璃纤维(GF)和碳化硅纤维(SiC)经熔融共混的方式引入PEEK中,并采用注塑成型的方式制备PEEK复合材料;使用扫描电子显微镜、差示量热扫描仪、万能拉力试验仪、热重分析仪和矢量分析仪对复合材料的拉伸断裂面形貌结构、熔融和结晶行为、力学性能、热稳定性以及电磁屏蔽性能等特性进行了深入研究。结果表明,SiC纤维与PEEK基体具有良好的界面相容性,PEEK/SiC复合材料的力学性能较PEEK/GF复合材料更为优异,其拉伸断裂强度和模量及冲击强度分别可达130.4 MPa,7.39 GPa和14.8 kJ/m²,比纯PEEK分别提高了67%,347%和143%。此外,PEEK/SiC复合材料还表现出优异的热稳定性和良好的透波性能。研究结果说明,小尺寸SiC纤维填充PEEK复合材料具有更优的力学性能、耐热性能和透波性能。为在极端环境中应用的电子封装材料的研究与开发提供了有益的思路。     

膨胀石墨-碳纤维/尼龙三元导热复合材料制备

以尼龙6（PA6）为基体,膨胀石墨（EG）和碳纤维（CF）作为导热填料,采用熔融共混法制备了EG/PA6、CF/PA6和CF-EG/PA6导热复合材料。重点研究当固定导热填料（CF和EG）填充量为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG的接触方式及CF-EG/PA6复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,相比单一CF填充,EG的加入有利于CF-EG/PA6复合材料热导率的增加;CF:EG质量比是25:15时的EG-CF/PA6三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/（m·K）,是PA6的8倍,拉伸强度提高了125.34%,弯曲强度提高了119.8%,同时具有优异的耐热性。SEM结果表明,纤维状CF与蠕虫状EG片层在适当的填充比例下可以形成"面接触"的三维网络结构,这种三维网络结构不仅显著增大EG-CF/PA6复合材料的热导率,而且明显提高了其力学性能和耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。      

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

聚乙烯醇交联改性对天然纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

采用聚乙烯醇(PVA)交联对洋麻(KF)增强聚丙烯(PP)、棕榈(PF)增强聚丙烯(PP)复合材料进行改性,通过模压成型工艺制备KF/PP和PF/PP复合材料。研究不同交联方法对复合材料的结构和性能的影响,采用SEM、DMA等技术研究了改性对复合材料的界面结合及力学性能影响。结果表明:PVA协同偶联剂交联改性对天然纤维/PP复合材料的综合改性效果最好,当用5%PVA+3%偶联剂对KF/PP改性时,KF/PP复合材料的弯曲强度提升25.2%,弯曲模量提升35.49%,剪切强度提升28%,分别达到了50.90 MPa、5.76 GPa、5.4MPa。当用5%PVA+2%偶联剂对PF/PP改性时,PF/PP复合材料的弯曲强度提升31.46%,弯曲模量提升27.07%,剪切强度提升21.75%,分别达到44.33MPa、2.32GPa、5.18MPa。改性后KF/PP、PF/PP复合材料的含水率分别下降了46.89%、10.63%,吸水率分别下降了8.57%、6.12%。KF/PP改性后储能模量提高20.93%,PF/PP改性后Tg值由90.1℃上升到113.8℃。SEM表明:PVA协同偶联剂交联改性有效改善了纤维与PP间的粘结,纤维与PP间的界面结合得到改善。     

石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的制备及其性能

分别以氧化石墨粉(GO)、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液(RGO)和热法还原石墨烯粉(TRG)为填料,分散于酚醛树脂(PR)的乙醇溶液中,再将这些基体混合物涂覆于炭纤维(CF)布上,经热压成型工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维、热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料。研究了GO、RGO和TRG对复合材料结构、压缩性能、弯曲性能及磨擦性能的影响。结果表明,与纯酚醛树脂/炭纤维复合材料相比,当纳米填料的质量分数仅为0.1%时,层次复合材料的压缩性能可显著提高,其中,热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维的压缩强度和模量分别提高了178.9%,129.5%;弯曲性能也可得到一定的改善。还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的最大储能模量可提高75.2%。所有改性石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的Tg均有所降低。