碳纤维对聚碳酸酯/氮化硼复合材料导热性能和力学性能的影响

首先制备了聚碳酸酯/氮化硼(PC/BN)复合材料,考察了BN含量对复合材料导热性能和力学性能的影响,实验结果表明BN可以提高PC的导热性能,当BN含量为30%时,PC/BN复合材料的导热系数为1.38 W/(m·K),比纯PC的导热系数提高了约7倍,但PC的力学性能损坏严重。在PC/BN复合材料中填充少量碳纤维(CF),结果表明少量CF的加入,不仅可以进一步提高PC/BN复合材料的导热性能,而且还可以较显著地改善其力学性能。当CF含量为7%时,PC/BN/CF的导热系数、拉伸强度、弯曲强度和冲击强度比PC/BN复合材料的分别提高了14.5%,113%,64%和157%。     

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。     

连续制备柔性导热的氮化铝/芳纶纳米纤维复合薄膜

设计制备柔性导热材料对柔性电子器件的热管理具有重要意义。本文基于溶剂剥离的芳纶纳米纤维和氮化铝(AlN)纳米颗粒,采用溶胶-凝胶-薄膜转换方法,连续制备了柔性导热的AlN/芳纶纳米纤维复合薄膜材料。其中,芳纶纳米纤维形成了三维连通的网络结构,提供力学支撑作用;AlN颗粒填充在该网络结构中,赋予复合材料良好的导热性能。结果显示,该复合材料的拉伸强度为65.5 MPa,断裂应变为12%,反复折叠300次后其拉伸强度和断裂应变保持率在90%以上,导热率为13.98 W·(m·K)?1。此外,该复合薄膜显示出良好的绝缘性能和耐热性能,体积电阻率为1.85×1015 Ω·cm、起始热分解温度为524℃。最后,演示该高性能的AlN/芳纶纳米纤维复合薄膜作为柔性基底材料,可用于冷却电子器件。      

碳纤维/聚醚醚酮单向带各向异性导电行为的尺度效应

具有导电各向异性的高分子复合材料(ACPCs)在场发射装置及传感器设计领域具有重要应用。常规的ACPCs很难获得超大导电各向异性系数,且力学性能有限。本文采用碳纤维(CF)宽展、表面浸润与树脂复合一体化超薄热塑性单向带制备方法,制备厚度为0.04 mm和0.1 mm的CF增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料单向带,以PEEK纤维为纬线制备CF/PEEK复合材料单向编织布,采用热成型工艺制备CF/PEEK复合材料单向层合板。利用数字万用表和霍尔效应系统测试层合板面内及厚度方向的电阻率和面内的电子迁移率;采用超景深显微镜观察CF/PEEK复合材料单向层合板面内和厚度方向的纤维排列形貌。结果表明,超薄CF/PEEK复合材料单向层合板面内(纤维方向与横向)导电率之比高达377,而面内横向和厚度方向的导电率之比接近1,表明CF/PEEK复合材料获得了良好的横观各向同性;超薄化CF/PEEK复合材料的面内电子迁移行为同样具有巨大的各向异性,这一结果为CF/PEEK复合材料在场发射器件、传感器设计及其灵敏度调控方面提供了实验基础。      

氮化铝/氮化硼/碳纳米管/硅橡胶复合材料的力致填料取向对导热性能的影响

随着科学技术的发展,电子元器件发热量大幅度增加,因此开发兼具高导热和高绝缘性能材料日益迫切。以甲基乙烯基硅橡胶（SR）为基体,碳纳米管（CNTs）、六方氮化硼（BN）以及氮化铝（AlN）为导热填料,通过机械共混法制备导热复合材料。研究3种导热填料复配对复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能的影响,研究填料取向对复合材料导热性能的影响,研究材料表面温升与加热时间的关系。采用Agari模型预测复合材料的理论热导率。通过热红成像、扫描电子显微镜、X射线衍射分析、热重分析等对复合材料进行表征。结果表明：随着复配导热填料中AlN用量的减少,BN和CNT_S用量的增加,复合材料的热导率逐渐升高;当AlN为80 phr,BN为68 phr,CNTs为2 phr时,复合材料的垂直热导率为1.857 W·m^-1·K^-1,平行热导率为2.853 W·m^-1·K^-1,体积电阻率为2.18×10¹² Ω·cm,拉伸强度达4.3 MPa,复合材料的综合性能较好。     

尼龙基导热复合材料制备与性能研究

以PA6为基体树脂,不同粒径氮化硼(BN)、碳纤维(CF)复配作为基体填料,经熔融混炼模压成型制得高导热复合材料。利用热流法导热系数测试仪(DRL-II)、动态热机械分析仪(DMA)、扫描电子显微镜(SEM)、热变形温度试验机、热重分析仪(TG)对复合材料的储存模量、导热性能、微观结构、热变形温度和热稳定性能进行了表征。结果表明:碳纤维和氮化硼均匀分散在基体树脂中,不同粒径复配的氮化硼能更好的提高复合材料的导热性能。碳纤维的加入不仅增加复合材料的拉伸强度,同时起到基体内部导热网链的串联作用,基体导热性能进一步提高,制得的复合材料导热系数达到2.307W/(m·k),为纯尼龙导热系数的近十倍,复合材料的热变形温度为179.8℃。     

AlN-CNTs/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

为了研究氮化铝(AlN)和碳纳米管(CNTs)对聚酰亚胺(PI)的导热、热学、力学性能的协同效应,采用湿法球磨和热压成型法制备了AlN/PI和CNTs-AlN/PI复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料进行了物相分析和断面形貌表征,分别考察了AlN及其与CNTs协同对PI复合材料的导热、热学、力学性能的影响。结果表明,AlN和CNTs在PI基体中分散均匀且接触界面良好,AlN的加入可以显著地提高复合材料的导热性能,且对复合材料的热稳定性和力学性能有一定的提高;固定AlN的含量为10%,加入少量的CNTs可以提高复合材料的导热性能,但对复合材料的力学性能有一定的负面影响。     

AlN/EP导热复合材料的工频击穿和介电性能研究

环氧树脂(EP)中加入氮化铝(AlN)制备出导热复合材料,研究了AlN含量对复合材料导热系数、工频击穿场强、相对介电常数、介质损耗角正切值和体积电阻率的影响。结果表明:随AlN含量的增加,复合材料的导热系数增加,复合材料的工频击穿场强和体积电阻率随AlN含量的增加而减小,在10~(-2)~10~7 Hz范围内介电常数和介质损耗角正切值都随AlN含量的增加而变大。     

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。     

超薄预浸料对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能的影响

为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能,采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法,将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板,分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明,随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm,CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小,厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm,导电性能提高了约5倍;随着温度升高,CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降,厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板;在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性,表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力,从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。      

聚醚醚酮和烯丙基化合物改性双马来酰亚胺复合材料微观结构及力学性能

采用浓H₂SO₄氧化聚醚醚酮（PEEK）得到磺化聚醚醚酮（SPEEK）,以3,3'-二烯丙基双酚A （BBA）、双酚A双烯丙基醚（BBE）为活性稀释剂、SPEEK为改性剂、双马来酰亚胺（BMI）树脂为基体,浇注成型制备SPEEK/BBA-BBE-BMI复合材料,同时研究了SPEEK的改性效果及复合材料微观形貌与力学性能。结果表明：SPEEK改性效果较好,在FTIR中存在明显的磺酸基团特征峰,SEM和能谱分析表明,SPEEK微观形貌变化明显,硫元素含量较高;SPEEK/BBA-BBE-BMI复合材料的微观形貌显示,SPEEK在基体中呈现直径为2 μm左右的多孔状两相结构,且分散均匀,此多孔结构改善了复合材料的断裂形貌,由脆性断裂转变为韧性断裂,当断裂纹遇到SPEEK组分时受阻而出现不规则发散,此变化会赋予复合材料更加优异的性能。力学性能测试结果显示,当SPEEK含量为5wt%时,SPEEK/BBA-BBE-BMI复合材料的弯曲强度和冲击强度达到最佳,分别为147.93 MPa和15.74 kJ/mm²,分别比基体提高了49.47%和66.21%。     

Design and preparation of graphene/poly(ether ether ketone) composites with excellent electrical conductivity

Graphene/poly(ether ether ketone) (m-TRG/PEEK) composites with excellent electrical conductivity were fabricated by hot pressing technique with thermally reduced graphene nanosheets (m-TRG) which were modified by poly(ether sulfone). Moreover, the conductive, thermal, and mechanical properties of PEEK/m-TRG composites were investigated by the precision impedance analyzer, thermal gravimetric analyzer, differential scanning calorimetry, and universal tester, respectively. The electrical conductivity of m-TRG/PEEK composites was greatly improved by incorporating graphene, resulting in a sharp transition from electrical insulator to semiconductor with a low percolation threshold of 0.76 vol.%. A high electrical conductivity of 0.18 S m^?1 was achieved with 3.84 vol.% of m-TRG. The data were compared with those of composites reduced chemically, and the results showed that thermal reduction was an effective method to acquire higher electrical conductive composites. The excellent electrical property should be attributed to the large specific surface area of m-TRG, well dispersion of m-TRG in PEEK matrix, and good compatibility of m-TRG with PEEK matrix, as proven by scanning electron microscope. Besides, m-TRG/PEEK composites also exhibited relatively good thermal and mechanical properties.     

The mechanical properties of insert-molded poly (ether imide) (PEI)/C fiber poly (ether ether ketone)(PEEK) composites

The mechanical properties of insert-molded poly(ether imide) (PEI)/carbon fiber poly(etheretherketone) (CF PEEK) have been examined. Bimaterial composite specimens were constructed by injecting CF PEEK into a mold containing one-half of a PEI tensile specimen. These PEI/CF PEEK composites retained much of their strength and dimensional integrity at temperatures as high as 200°C. Variations in test speed had little affect on breaking strains or stiffness. For two grades of PEI examined, properties were independent of the molecular weight of the PEI. Ultimate properties and fracture surfaces suggested good adhesion between the PEI and CF PEEK, possibly aided by miscibility between the two materials. The PEI/CF PEEK bimaterial composites behaved similarly to PC/CF PEEK specimens, but exhibited higher breaking stresses and moduli, both at room and elevated temperatures.     

AlN添加量对BN基复合陶瓷热学性能与抗热震性的影响

以BN、SiO₂、AlN为原料, 采用热压工艺制备出BN基复合陶瓷。研究了AlN添加量对复合陶瓷热学与抗热震性能的影响。结果表明: 随着AlN添加量的增加, 复合陶瓷的热膨胀系数呈现先降低后升高的趋势。当AlN的添加量为5vol%时, 复合陶瓷的平均热膨胀系数最小, 为2.22×10^-6/K; 复合陶瓷的热导率则随着AlN添加量的增加呈先升高后降低的趋势, 当AlN的添加量为10vol%时达到最大值。未添加AlN的复合陶瓷热震后的残余强度随着热震温差的增大而升高; 随着AlN的引入, 复合陶瓷热震后的残余强度呈下降的趋势。对于添加5vol%AlN的复合陶瓷, 经1100℃热震后其残余强度为219.7 MPa, 强度保持率为88.9%, 抗热震性良好。     

微波烧结制备ZrO2-AlN复合陶瓷的微观结构与性能研究

氧化锆(ZrO₂)陶瓷具有出色的机械性能, 但其应用受到低热导率(Thermal Conductivity, TC)的限制。本研究设计并通过微波烧结制备了高热导率氧化锆-氮化铝(AlN)复合陶瓷, 优化制备条件后, 抑制了两种物质之间的反应, 获得了致密的复合陶瓷(相对密度>99%), 详细研究了该复合陶瓷的组织演变、热学性能和力学性能。研究结果表明, 随着AlN含量的增加, 复合陶瓷的室温下热导率、热扩散系数和热容增加, 分别达到41.3 W/(m·K)、15.2 mm²/s和0.6 J/(g·K)。这种具有高热导率和抗热震性的ZrO₂-AlN复合复合陶瓷在能源系统的高温热交换材料领域具有广阔的应用前景。     

聚醚醚酮增韧改性环氧树脂

采用共混法用聚醚醚酮(PEEK)改性环氧树脂(EP),借助差示扫描量热分析(DSC)确定了环氧树脂的固化工艺,测试了共混体系的工艺性能,研究了聚醚醚酮含量对环氧树脂力学性能的影响.借助扫描电子显微镜(SEM)对材料断裂面的形态结构进行了分析,探讨了体系的形态结构与冲击性能之间的关系.结果表明,在改性材料的韧性有所提高的同时,压缩强度、马丁耐热都没有降低.从断裂面的形态来看,是属于韧性断裂.当PEEK的加入量为6%时,韧性最好,达到19.1 kJ/m2,比纯的环氧树脂增加了107.6%.     

聚醚醚酮增韧改性环氧树脂

采用共混法用聚醚醚酮(PEEK)改性环氧树脂(EP),借助差示扫描量热分析(DSC)确定了环氧树脂的固化工艺,测试了共混体系的工艺性能,研究了聚醚醚酮含量对环氧树脂力学性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM)对材料断裂面的形态结构进行了分析,探讨了体系的形态结构与冲击性能之间的关系。结果表明,在改性材料的韧性有所提高的同时,压缩强度、马丁耐热都没有降低。从断裂面的形态来看,是属于韧性断裂。当PEEK的加入量为6%时,韧性最好,达到19．1kJ/m~2,比纯的环氧树脂增加了107．6%。     

Fe2O3对原位制备SiCw/SiC太阳能储热陶瓷的结构与性能的影响

为调控SiC_w/SiC复相陶瓷中原位生长SiC晶须的生长发育和形貌, 以提高SiC复相储热陶瓷的性能, 在CF0配方(SiC 69.31wt%, AlN 20.30wt%, Si 10.39wt%)的基础上添加0.5wt%~2.0wt% Fe₂O₃作为催化剂。研究了Fe₂O₃对晶须形貌、生长机制及SiC复相陶瓷结构与性能的影响。研究结果表明, 引入Fe₂O₃后晶须生长机制由气-固机理转变为气-液-固机理。Fe₂O₃添加量通过调节C元素在Fe-Si熔球中的溶解度, 与烧成温度共同调控晶须形貌。经1500 ℃烧成的CF4(2.0wt% Fe₂O₃)样品性能最佳, 晶须直径50~100 nm, 长度1~6 μm, 其体积密度、抗折强度、比热容分别为2.19 g/cm ³、45.08 MPa、0.95 J/(g·K) (25 ℃), 热导率达18.15 W/(m·K) (25 ℃), 相比于未添加Fe₂O₃的样品增加了169%。气-液-固机理生长的SiC晶须缺陷少、直径大, 可有效降低晶须-基体传输势垒, 具有更好的热学性能。     

剪切载荷下温度和应变率对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料强化行为的影响

碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)是一种高性能热塑性复合材料,在航空航天领域有着广阔的应用前景。由于PEEK具有温度和应变率相关的非线性行为,导致CF/PEEK复合材料在基体主导的面内剪切方向也有类似的力学行为。本文在不同的温度和应变率下对CF/PEEK复合材料试件进行了剪切实验,将应力-应变曲线分为线性与非线性部分,发现温度和应变率对CF/PEEK复合材料的屈服应力有着较大的影响。随着温度从20℃升高到130℃屈服应力下降了66%左右,下降速度先快后慢,随着应变率从10?5 s?1提高到0.1 s?1屈服应力均匀增大了35%左右。将所得规律拟合背应力经验公式,修改了经典的热塑性复合材料本构模型的屈服函数。并编写VUMAT用户子程序对CF/PEEK复合材料剪切实验进行数值分析,与实验结果对比发现非线性阶段的剪切应力-应变关系及屈服点的剪切应力吻合良好,但是由于纤维和PEEK基体的浸润性较差,导致CF/PEEK复合材料内部存在孔隙缺陷,影响了CF/PEEK复合材料的初始剪切弹性行为,导致加载初始阶段存在偏差。