臭氧处理对石墨纤维复合材料性能的影响

为改善石墨纤维和氰酸酯树脂间的界面性能,利用臭氧处理技术对石墨纤维进行表面处理,并采用AFM、XPS和IR对处理前后的石墨纤维表面形貌和组成进行了分析,研究了臭氧处理对石墨纤维/氰酸酯复合材料层间剪切强度和弯曲强度的影响.实验结果表明:臭氧处理提高了碳纤维表面活性,从而改善了石墨纤维/氰酸酯复合材料的界面粘结性能,进而改善了复合材料的界面和力学性能.     

聚丙烯腈基碳纤维电化学改性机理研究

以NH4HCO3为电解质对碳纤维和石墨纤维进行电化学改性处理,通过SEM、WAXD、XPS对比分析了电化学改性对碳纤维和石墨纤维表面及本体结构的影响.结果表明电化学处理使碳纤维表面破坏严重,轴向沟槽消失,呈现出粗糙不平的表面,石墨纤维表面的轴向沟槽加深.电化学处理后二者的本体结构没有改变.从纤维内部结构分析了碳纤维电化学改性机理,杂原子的存在使碳纤维表面更易氧化刻蚀.     

氩气低温等离子体处理对PBO纤维的表面改性

采用低温等离子体表面处理技术对聚苯撑苯并二口恶唑(PBO)纤维表面进行改性.选用氩气作为处理气氛,研究了气压、功率和处理时间等参数对纤维表面性质的影响.采用FT-IR和SEM等方法对处理前后纤维表面化学结构及形态结构进行了表征,并通过单丝拔出试验测定了改性前后PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度(IFSS),对纤维与树脂的界面粘结性进行了初步评价.同时,采用液滴形状法对纤维表面亲水性进行了表征.通过研究发现,经低温氩气等离子处理后,PBO纤维表面亲水性增强,PBO纤维/环氧树脂的IFSS较未处理样品提高了42%.     

冷等离子体处理对涤纶纤维表面性能的影响

采用冷等离子体技术处理涂纶纤维,利用ESCA分析了冷等离子体处理前后的纤维表面元素组成,官能团类型的变化,通过比较处理前后浸润性,涂纶纤维／环氧复合材料的层间剪切强度,研究了冷等离子处理对涤纶纤维表面性质的影响,结果表明：绦纶纤维经冷等离子处理后表面含氧的极性基团增加,纤维表面的浸润性显著改善,涤纶纤维／环氧复合材料界面性能增强。     

碳纤维的发展概况

目前,市场上供应的碳纤维直径约7～9μm,按原料分为粘胶纤维、聚丙烯晴(PAN)纤维和沥青纤维三类。最常用的是聚丙烯晴纤维,它是经过原丝制备、预氧化处理、碳化处理、石墨化处理和表面处理等几个阶段加工制成的。这祥制备的碳纤维是高度取向的“乱层石墨微晶”组成的多晶体。乱层石墨微晶头尾相接,C 轴近似垂直于纤维轴,石墨层片几乎与纤维轴平行。因此,碳纤维具有高的比强度和比模量,是制造纤维增强复合材     

木粉的酯化处理对木塑复合材料性能的影响

采用乙酸酐溶液对桦木粉进行酯化处理后热压制得HDPE/桦木粉木塑复合材料。考察了反应条件对复合材料力学性能的影响,利用傅立叶红外光谱(FTIR)分析酯化处理前后的木纤维表面官能团,借助电子显微镜和计算机显微图像测试软件处理前后的木材的解剖性质,采用扫描电子显微镜(SEM)观察处理前后复合材料的断面形貌,从而得出最佳的处理工艺,并分析酯化反应程度与木塑复合材料力学强度的相关性。结果表明:控制木纤维的酯化反应程度可以有效改善木纤维表面的疏水性,改变纤维形态和微观形貌,从而提高木塑复合材料的界面结合强度;酯化处理木粉后,反应生成的乙酰基部分取代了纤维表面的羟基,降低了木纤维表面极性,而且木纤维的长度和壁厚有所增大;酯化处理后的木纤维表面平整光滑,且复合材料更加致密。     

冷等离子体处理对PET纤维/环氧复合材料界面改性的研究

采用冷等离子体技术对PET纤维进行表面处理,并采用ESCA对处理前后的纤维表面进行了分析。研究了冷等离子体处理工艺参数对PET纤维/环氧复合材料界面剪切强度、横向拉伸强度的影响。实验结果表明:冷等离子体处理可以使PET纤维表面的氧和氮的极性基团含量增加,从而改善其与树脂的浸润性,进而改善PET纤维/环氧复合材料的界面性能。     

高模量炭纤维的研制

进行了高模炭（石墨）纤维工艺的研究。对五种用作石墨化原料的炭纤维进行了评价，选择其中四种进行了石墨化工艺的研究。结果表明，当原料纤维抗拉强度达到３．５ＧＰａ，模量在２３０ＧＰａ以上时，采用石墨化温度为２５００℃以上时，可制得强度为２．７ＧＰａ，模量３９０ＧＰａ的炭（石墨）纤维。同时，，还对高模量炭纤维的表面处理技术进行了研究。     

碳纤维表面处理对2D碳/碳复合材料弯曲性能的影响

为改善纤维与基体的界面结合状态及提高碳/碳复合材料性能,采用1700℃惰性气体保护、2200℃惰性气体保护、400℃空气氧化三种表面处理方法对碳纤维进行了表面处理.结果表明,经过2200℃处理后的纤维表面比较粗糙,有很多沟槽,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合紧密,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高75%;经过400℃处理后的纤维表面凹坑、凸起较纤维未处理前增多,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合强度适中,其弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高43%;而经过1700℃处理的纤维表面比较光滑,纤维与基体结合弱,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料的弯曲强度低.     

UHMWPE纤维表面处理及其复合材料性能

对超高分子量聚乙烯(U HMWPE) 纤维进行了铬酸液相氧化和上胶剂表面涂覆的复合表面处理, 并对U HMWPE 纤维表面处理前后与几种不同结构的环氧树脂基体制备的复合材料进行界面性能研究。结果表明: 树脂种类对复合材料界面性能略有影响, 但层间剪切强度都较低。对纤维进行单纯的液相氧化和表面涂覆均可以提高复合材料的界面性能, 但液相氧化处理时间过长会使纤维强度降低; 而液相氧化2涂覆的复合处理则具有协同效应, 在不降低纤维强度的同时大幅度提高复合材料的层间剪切强度, 是一种有效的表面处理方法。      

石墨纤维表面冷等离子体处理的研究

本文较为系统、全面地研究了各种气氛冷等离子体对石墨纤维(GrF)的表面处理。GrF经活性冷等离子体处理后,GrF和树脂基体间的粘结能力大为改善。不仅石墨纤维复合材料(GrFRP)的层间剪切强度(ILSS)提高250%以上,而且GrFRP的抗拉强度(S)和杨氏模量(M)也分别提高40%和10%。在GrFRP的ILSS与GrF被处理时间(t)之间存在着指数关系ILSS=A+CeB/t。我们认为:GrFRP的层间剪切破坏主要发生在GrF的外表面层中。活性冷等离子体处理通过改变GrF的表面层结构提高了GrF表面层的抗剪能力,使得GrFRP的ILSS得到大幅度提高。      

理想柔性石墨抗拉强度的计算机模拟

依据柔性石墨强度的物理模型和已知的石墨性能与结构参数,同时考虑到压轧过程中回弹率和微晶取向角的变化,利用有关的摩擦学知识,探讨对理想柔性石墨抗拉强度进行计算机模拟,最终计算求得柔性石墨的理论抗拉强度,进而比较了计算结果与实验结果,讨论了模型的适用范围。     

PAN预氧纤维径向结构分布特征对石墨纤维的影响

径向结构是实现PAN基石墨纤维高模高强化的重要影响因素之一,有效调控、优化石墨纤维径向结构分布特征对制备高性能石墨纤维具有重要的指导意义。通过对径向分布特征不同的预氧纤维进行炭化、石墨化处理,研究PAN预氧纤维径向结构分布特征对石墨纤维径向结构分布特征和力学性能的影响。结果表明,石墨纤维径向结构是在预氧纤维径向结构上继承发展而来,含有较多共轭结构的预氧纤维皮部区域在炭化、石墨化处理后石墨化程度较高,有利于纤维力学性能提高,但过高的预氧化温度不仅使纤维中含氧结构增多,还使石墨纤维径向结构差异过大,导致石墨纤维的结构致密性下降,皮芯间产生剪切应力,纤维承载能力下降,力学性能受损。     

膨胀炭纤维增强柔性石墨复合材料力学性能研究

本工作制备了膨胀炭纤维增强柔性石墨复合材料。研究和比较了短切纤维的种类、含量对复合材料力学性能的影响。利用SEM等分析测试手段研究了膨胀炭纤维和柔性石墨基体的界面状况，并探讨了复合材料的断裂机理。结果表明，高温膨化处理后，膨胀炭纤维的表面形貌发生显著改变，膨胀炭纤维作为增强体参与膨胀石墨解理面的相互锁合，复合材料具有较高的抗拉强度。     

Partikel- und Faserverbundwerkstoffe für Flüssigkeitsfreie Lager

Composite materials including particles and fibers as oil-less bearing materials Oil-less bearing can be fabricated by polymers and metals including solid lubricants (up to 10 w %) like PTFE, MoS₂ or graphite. If it is necessary by application to incorporate a greater content of solid lubricants, the mechanical properties of the composite materials are too weak. The mechanical properties of bearing material increase, when high tensile strength fibers are incorporated. In the case of graphite fiberreinforced polymers wear rate as well as coefficient of friction decrease, while the ultimate flexural strength increase rapidly. In the case of metallic matrices containing graphite fibers or steel wires the ultimate strength increases (above all the combination white metal/steel wire) as well as the wear rate decreases.     

微观孔结构对柔性石墨力学性能的影响

测量了不同密度柔性石墨纸的抗拉强度、压缩率、回弹率和基本断裂功。研究了可膨胀石墨化倍率对其力学性能的影响,又利用ＳＥＭ、ＸＲＤ等分析测试手段研究了柔性石墨的微观孔结构,并探讨了微观孔结构对其力学性能的影响。     

用STM研究渗硼改性碳纤维结构与力学性能的相关性

研究了PAN基碳纤维浸渍不同硼化物溶液进行高温热处理后(2500℃)对力学性能的影响。采用扫描隧道显微镜观察了渗硼处理对碳纤维表面微观形态结构的影响,同时还采用X-ray衍射技术分析了渗硼处理对纤维结构参数的影响。结果表明渗硼处理可提高CF的力学性能,采用硼化物A浸渍热处理后CF的模量和强度分别提高了10.3 %和15.3 %。通过STM观察可以很清楚看到渗硼处理可提高CF的择优取向和晶体尺寸,减少表面缺陷。X-ray衍射分析结果与STM一致,渗硼热处理提高了CF的晶体尺寸。      

石油沥青基炭纤维的制备

利用元素分析、TG、DSC、FT—IR、XRD和STM等手段研究了各向同性沥青和各向异性沥青基炭纤维的不熔化、炭化和石墨化工艺过程，对不熔化过程的反应机理进行了推导，并计算出不熔化反应的动力学参数。同时还研究了石墨化过程中，纤维的力学性能和结晶参数的变化。研究结果表明，在制备沥占基炭纤维工艺过程中，各向同性沥青纤维(APF)的最佳氧的质量分数为19.63％，而各向异性沥青纤维(APF)的最佳氧的的质量分数为8.03％。各向同性沥青基石墨纤维(IPGF)的d002，Lc，La分别为0.3432nm、3.432nm和8．053nm，而各向异性沥青基石墨纤维(APGF)的d002、Lc、La分别为0.3391nm、25．69nm和53．05nm。IPGF的拉伸强度和模量分别为596MPa和58GPa，而APGF的拉伸强度和模量分别为2956MPa和632GPa。     

柔性石墨板的力学性能与微观结构的关系

测量了不同密度柔性石墨板的拉伸强度、压缩率和回弹率等力学性能,研究了可膨胀石墨膨化倍率对其力学性能的影响,认为柔性石墨的抗拉强度主要来自于膨胀石墨解理表面起伏之间相互锁合的机械力-一种内部静摩擦力,又利用SEM、XRD、AFM等分析测试手段研究了柔性石墨的内部微观结构,并探讨了微观结构对其力学性能的影响。     

石墨/酚醛树脂复合材料双极板的制备与性能

双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,石墨与聚合物的复合材料双极板是目前研究的重要方向。采用模压热固化二步法,以酚醛树脂为粘结剂、天然鳞片石墨为导电骨料、炭黑为添加剂制备了质子交换膜燃料电池用复合材料双极板。系统研究了不同种类石墨对石墨/酚醛树脂复合材料电性能和抗弯强度的影响。结果表明:以天然鳞片石墨为导电原料时,所制备的石墨/酚醛树脂双极板的性能最好;添加导电炭黑能有效提高石墨/酚醛树脂复合材料的电导率;在复合材料制备中加入4wt%的碳纤维,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的抗弯强度提高了29%;碳纤维表面液相氧化处理能有效提高纤维与基体间的结合强度,随着处理时间的延长与处理温度的升高,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的电导率和抗弯强度都有很大程度的提高;最终固化温度主要影响酚醛树脂的交联程度,随着最终固化温度的升高,酚醛树脂的交联程度增加,电导率增大,但抗弯强度有一定程度减小。