镀铜CF/ABS树脂复合材料的导电性能

通过在中间相沥青基炭纤维表面化学镀铜以提高纤维导电性能,并以热压法制备了短切镀铜炭纤维(Cu-CF)增强ABS树脂导电复合材料。采用SEM、EDS、XRD等表征方法研究了Cu-CF的镀层厚度、Cu-CF界面结构,以及镀铜厚度和Cu-CF的含量对复合材料导电性能的影响。研究表明,化学镀铜是铜晶粒不断长大与晶体结构更加致密的过程。Cu-CF的界面粘结受镀层厚度的影响,随着镀层厚度的增加,镀层与纤维之间出现间隙。Cu-CF的电阻率随镀层厚度的增加急剧降低,当镀层厚度增大至695nm后电阻率趋于稳定。采用镀层厚度为632nm的Cu-CF为增强相,当其体积含量为20%时,Cu-CF/ABS复合材料的电阻率为5.87×10-4Ω·cm,在导电功能材料领域具有很好的应用前景。     

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%。     

聚降冰片烯的电热双驱动形状记忆性能

以聚降冰片烯(PNB)为基体,分别加入导电炭黑(CB)和碳纤维(CF)制备PNB复合材料,通过对材料进行电性能表征及差示扫描量热分析仪、动态力学性能频谱仪等分析,探究PNB复合材料的电性能、力学性能和电热双驱动形状记忆效应。结果表明,导电CB和CF的添加量达到一定时,PNB复合材料内部均会形成不同程度的导电通路;同导电CB相比,CF自身具有较高的强度和模量,使得复合材料具有更加优异的力学性能;加入导电CB后形成的导电网络更为完善,少量的导电CB在保证复合材料具有优异力学性能的同时兼具良好的形状记忆性能。     

碳纳米管增强环氧树脂复合材料阻尼性能的研究

采用热压成型法制备出碳纳米管环氧树脂复合材料,并对其分散性能和阻尼性能进行了研究。扫描电镜(SEM)分析表明,通过超声振荡处理和分散剂辅助处理可以将碳纳米管较好地分散在环氧树脂基体材料中。采用自由振动对数衰减率法和动态热机械分析仪(DMTAⅤ)对复合材料的阻尼性能进行了测试,结果表明,在环氧树脂基体中加入碳纳米管能够提高复合材料的阻尼性能,并且随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的阻尼性能不断增强,掺加直径为10~20nm的碳纳米管比掺加直径为30~50nm的碳纳米管能更大地提高复合材料的阻尼性能。     

CF/ABS树脂复合材料制备工艺对导电性能的影响及对屏蔽性能的理论预测

本文研究了使用溶剂法、密炼机和开炼机混炼碳纤维填充ABS树脂复合材料的导电性能,得到了纤维填充量与复合材料电阻率的关系,对其导电机理进行了分析.通过比较,发现纤维长径比是决定复合材料导电性能的重要因素,其它如纤维在基体中的分布也对复合材料导电性能有影响.最后对复合材料的屏蔽性能进行了理论计算.     

陶瓷颗粒表面镀铜对陶瓷颗粒增强铁基复合材料性能的影响

在不同类型和尺寸的陶瓷颗粒表面化学镀铜,研究了镀铜对陶瓷颗粒增强铁基复合材料力学性能的影响。结果表明:对于不同粒度的陶瓷颗粒,需要调整络合剂柠檬酸纳的加入量以制备出质量合格的镀铜层。在碳化硅(Si C)、碳化钛(Ti C)和氮化钛(Ti N)三种陶瓷颗粒表面镀铜,都能改善相应的铁基复合材料的机械性能。对于拉伸强度最高的Si C颗粒增强铁基复合材料,Si C颗粒镀铜后性能提高的幅度不是最大;而Ti N颗粒镀铜后,Ti N颗粒增强铁基复合材料拉伸强度的提高最大。这个结果表明,铁基复合材料的界面缺陷是决定性能的关键。研究还发现,强化粒子的含量比较高时镀铜对性能的改善更显著。镀铜使性能改善的机理是,铜在界面处呈现包敷形貌,当粒子团聚接触时能提供粒子间的金属连接。显微组织观察表明,镀铜后界面缺陷显著减少。     

CF／ABS树脂复合材料制备工艺对导电性能的影响及对屏蔽性能的理论预测

本文研究了使用溶剂法、密炼机和开炼机混炼碳纤维填充ＡＢＳ树脂复合材料的导电性能，得到了纤维填充量与复合材料电阻率的关系，对其导电机理进行了分析。通过比较，发现纤维长径比是决定复合材料导电性能的重要因素，其它如纤维在基体中的分布也对复合材料导电性能有影响。最后对复合材料的屏蔽性能进行了理论计算。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

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。     

碳纳米管膜层间改性碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的结构调控及性能

对比研究了热塑性层间增韧和碳纳米管(CNT)膜层间混杂碳纤维(CF)/双马来酰亚胺复合材料不同层间结构调控方法,分析了其复合材料的压缩、动态力学、导电和电磁屏蔽等性能的变化。结果表明,热密实可显著降低层间CNT膜的厚度,抑制其局部富树脂程度,CNT膜-CF混杂复合材料的压缩强度得以提升,其压缩断口形貌明显不同于初始的CF复合材料。对比而言,热塑性树脂层间增韧CF复合材料的压缩强度明显低于CNT膜/CF混杂复合材料。CNT膜的加入贯通了混杂复合材料的层间导电通路,其厚度方向电导率提高了3个数量级,然而不同复合材料的体积电导率则表现出明显的“木桶效应”。值得关注的是,CNT膜层间混杂对提高CF复合材料的电磁屏蔽特性作用显著,其中致密CNT膜混杂复合材料的电磁屏蔽效能可达到90 dB。      

压电陶瓷/CIIR复合材料的阻尼性能的研究

以氯化丁基橡胶(CIIR)及其互穿网络为基体,加入压电陶瓷PMN和导电炭黑CB制备PMN/CB/CIIR复合材料,系统研究其的阻尼性能的影响因素以及机理,以获得高介电常数和高阻尼性能的压电陶瓷/聚合物基复合材料,拓展其在介电材料和阻尼材料领域的应用。     

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。     

Damping analysis of polyurethane/epoxy graft interpenetrating polymer network composites filled with short carbon fiber and micro hollow glass bead

A series of short carbon fiber (CF) and micro hollow glass bead (HGB) filled polyurethane (PU)/epoxy resin (EP) graft interpenetrating polymer network (IPN) composites were prepared. The damping properties, thermal stability properties as well as tensile and impact strength of IPN composites were studied systematically. Results revealed that the addition of short carbon fiber and micro HGB can significantly improve the damping properties of pure PU/EP IPN and can improve the thermal decomposition temperature. Mechanical tests showed that the tensile strength of the IPN composites could be improved after the incorporation of short carbon fiber and micro HGB, while the impact resistance of the composites was impaired after the addition of micro HGB. It is expected that the carbon fiber and micro HGB filled IPN composites may be used as structural damping materials.     

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。      

碳纤维复合材料在超临界正丁醇中降解的反应动力学

采用超临界正丁醇在KOH作用下从碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料中回收高性能CF。分析了反应温度和反应时间对CF/EP复合材料中EP降解率的影响,研究了回收CF增强聚丙烯（PP）复合材料的力学性能;分析了降解液相产物组分,研究了EP固化体系在超临界正丁醇中的催化降解历程,建立了降解动力学模型,通过解算动力学参数建立了催化降解动力学方程。结果表明:反应温度和反应时间与EP的降解率呈明显的正相关性;与原CF增强PP复合材料相比,回收CF增强PP复合材料的拉伸强度下降9.2%,弯曲强度下降20.9%,弯曲模量下降10.9%,冲击强度下降7.4%;CF/EP复合材料降解反应主要为EP固化体系分子链段中C—C、—O— 等线性链段的断裂以及交联部位C—N的断裂;CF/EP复合材料催化降解的反应级数为2,反应活化能为165.2 kJ·mol-1,指前因子为3.62×1013 min-1,建立的动力学方程可解决反应温度和反应时间不可预估的问题。      

MWCNTs对环氧树脂及多尺度MWCNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

通过对胺基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH₂）进行改性,得到改性MWCNTs悬浮液（MWCNTs-NH₂（M））。分别将羧基化MWCNTs （MWCNTs-COOH）和MWCNTs-NH₂（M）分散在环氧树脂（EP）中,采用热熔法制备了多尺度MWCNTs-碳纤维（CF）/EP复合材料。研究了MWCNTs对EP模量、韧性及EP与CF之间界面黏结强度的影响,并分析了MWCNTs与CF上浆剂的作用,评价了多尺度MWCNTs-CF/EP复合材料的力学性能。结果表明：官能团化的MWCNTs可对EP的模量和韧性起到更好的增强作用。MWCNTs接枝的-COOH或-NH₂可与CF上浆剂中的环氧基团发生化学反应,提高EP与CF之间的界面剪切强度。MWCNTs-NH₂（M）对多尺度MWCNTs-CF/EP复合材料力学性能的增强效果优于MWCNTs-COOH,当MWCNTs-NH₂（M）的含量为1wt%时,多尺度复合材料的0°压缩强度、90°压缩强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击后压缩强度（CAI）分别提高了16.7%、16.3%、40.9%、30.3%、20.6%。     

Improved fracture toughness and fatigue life of carbon fiber reinforced epoxy composite due to incorporation of rubber nanoparticles

In this study, core–shell rubber (CSR) nanoparticles with approximate particle size of 35 nm were used as a modifier for the epoxy polymer. The effects of various CSR contents in the epoxy matrix on mode I interlaminar fracture toughness, tensile strength, and fatigue life of the carbon fabric reinforced epoxy (CF/EP) composites were investigated. The experimental results showed that the mode I interlaminar fracture toughness at crack initiation and propagation significantly improved by 71.21 and 58.47 %, respectively, when 8.0 wt% CSR was dispersed in the epoxy matrix. The fatigue life of the modified CF/EP composites at all of CSR contents dramatically increased 75–100 times longer than that of the unmodified CF/EP composites at high cycle fatigue while tensile strength slightly increased by about 10 %. Field emission scanning electron microcopy (FESEM) observations of the fracture surfaces were conducted to explain failure mechanisms of CSR addition to the CF/EP composites. The evidences of the rubber nanoparticle debonding, plastic void growth, and microshear banding were credited for delaying the onset of matrix crack, and reducing the crack growth rate, as a result, attributed to increase in the mechanical properties of the CF/EP composites.     

碳纤维/环氧树脂脉管自润滑复合材料的制备及摩擦性能

以聚乳酸（PLA）为前驱体,碳纤维（CF）为增强体,通过经纬编织成PLA-CF复合纤维织物;以环氧树脂（EP）为基体,甲基硅油为润滑介质,采用前驱体蒸发（VaSC）技术和真空浸油方式分别制备了脉管自润滑环氧树脂（VAEP）材料和CF/VAEP复合材料。利用SEM对CF/VAEP复合材料的断面、摩擦面和对偶面形貌进行表征,以万能材料试验机和高速环块摩擦磨损试验机对CF/VAEP复合材料的力学和摩擦学性能进行了测试。结果表明:脉管结构和CF提升了EP的润滑性能和力学性能。当径向脉管密度为8孔/10 mm时,VAEP的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了67.95%和85.71%;当径向脉管密度为8孔/10 mm,CF经纬丝束比为8/4时,CF/VAEP复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量比相同径向脉管密度的VAEP分别提高了203.33%、44.16%、325.78%、311.37%。      

PVDF对芳纶无纺布/环氧树脂共固化复合材料力学和阻尼性能的影响

为评价热塑性结晶聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)对共固化复合材料动态力学和阻尼性能的影响,首先,将PVDF负载到芳纶无纺布(ANF)上,采用共固化工艺制备了PVDF-ANF/环氧树脂(EP)结构阻尼复合材料。然后,利用动态机械分析仪测试了PVDF-ANF/EP复合材料的损耗因子、损耗模量和储能模量的温度谱;通过弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的测试评价了复合材料的静态力学性能;通过单悬臂梁振动实验测试了复合材料的共振频率及自由振动衰减曲线,并计算了损耗因子;通过I型、II型层间断裂韧性实验及断面微观形貌的观察研究了复合材料的断裂韧性及增韧机制。最后,对复合材料的微观结构进行分析,探讨了其兼具力学性能和阻尼性能的结构内因。结果表明:通过在ANF表面负载PVDF,可在不引起复合材料力学性能明显下降的前提下,进一步提高PVDF-ANF/EP复合材料的阻尼性能和层间断裂韧性,复合材料的损耗因子提高了33.3%,I型和II型断裂韧性分别提高了168%和208%。     

低温暴露对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸力学性能的影响

针对低温暴露对碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料力学性能影响进行研究,对低温0℃、?20℃、?40℃、?60℃暴露100 h、200 h、300 h、400 h、500 h后,对CF/EP的复合材料拉伸力学性能影响展开研究,利用SEM电镜扫描分析损伤机制,根据试验结果提出了一种预测CF/EP复合材料低温暴露后剩余强度的预测公式。试验结果表明,在长时间低温暴露后,CF/EP复合材料拉伸强度随低温暴露时间的增长呈现出先增后降的趋势;低温暴露时间低于300 h时,CF/EP复合材料拉伸强度随温度下降先增后降,暴露时间高于300 h后,拉伸强度随温度下降逐渐降低;CF/EP复合材料拉伸弹性模量随低温暴露时间的增长呈现逐渐上升趋势,温度越低,上升趋势越明显。SEM结果表明,低温暴露后,纤维与环氧树脂黏结程度增强,有利于荷载传递,CF/EP复合材料拉伸强度增大,破坏形貌上表现为纤维上包裹更多树脂;长时低温暴露后,由于纤维与基体收缩系数不同导致微裂纹产生,在受到荷载时裂纹进一步扩散,不利于荷载传递,使拉伸强度下降,破坏形貌上表现为纤维成束凝集,纤维束间距增大。基于初始试验,本文提出了一种基于初始试验的CF/EP复合材料低温暴露后剩余强度预测模型,试验与预测结果吻合较好,由于考虑了同种材料在不同低温和暴露时间耦合作用下的等效作用,可减少相同材料在不同低温与暴露时间下的试验次数,因此具备一定参考价值。      

Preparation,damping and thermal properties of potassium titanate whiskers filled castor oil-based polyurethane/epoxy interpenetrating polymer network composites

A series of potassium titanate whiskers (PTW) filled castor oil-based polyurethane (PU)/epoxy resin (EP) interpenetrating polymer network (IPN) composites were prepared. The damping properties, thermal stability as well as tensile strength of the IPN composites were studied systematically in terms of composition. Results revealed that the addition of PTW can significantly improve the damping properties of pure PU/EP IPN and can improve the thermal decomposition temperature. Tensile tests showed that the tensile strength of the IPN composites was improved after the incorporation of PTW. It is expected that the PTW filled IPN composites may be used as structural damping materials.