电纺制备聚酰亚胺/Fe_3O_4磁性纳米复合薄膜及其性能表征EI北大核心CSCD

以聚酰胺酸(PAA)为聚合物纺丝原料,通过静电纺丝法制备一系列Fe_3O_4添加量不同的PAA/Fe_3O_4纳米复合纤维膜,经亚胺化处理后得到聚酰亚胺(PI)/Fe_3O_4复合纤维膜。采用红外光谱、扫描电镜表征了纤维膜的微观形貌和结构,测试了纤维膜的热、力、电及磁性能,系统分析了Fe_3O_4含量及纺丝工艺对纤维膜结构和性能的影响。实验结果表明,PI/Fe_3O_4复合材料的红外谱图与纯PI膜基本一致,说明Fe_3O_4磁性纳米粒子的引入并未破坏PI分子的化学结构。当PI固含量为20%,Fe_3O_4质量分数为1%时,复合纤维膜珠节少,纤维成型良好且具有良好的热稳定性。随着Fe_3O_4含量的增加,Fe_3O_4在PI纤维中的团聚越来越严重,复合纤维膜的拉伸强度先增大后减小,断裂伸长率则逐渐减小。介电性能测试结果表明,PI/Fe_3O_4复合纤维膜的介电常数和介电损耗均小于PI膜且变化趋势平稳。Fe_3O_4的加入使PI/Fe_3O_4复合纤维膜具有明显的磁性,且随着Fe_3O_4含量的增加,其磁性逐渐增大。     

电纺制备聚酰亚胺/Fe_3O_4磁性纳米复合薄膜及其性能表征

以聚酰胺酸(PAA)为聚合物纺丝原料,通过静电纺丝法制备一系列Fe_3O_4添加量不同的PAA/Fe_3O_4纳米复合纤维膜,经亚胺化处理后得到聚酰亚胺(PI)/Fe_3O_4复合纤维膜。采用红外光谱、扫描电镜表征了纤维膜的微观形貌和结构,测试了纤维膜的热、力、电及磁性能,系统分析了Fe_3O_4含量及纺丝工艺对纤维膜结构和性能的影响。实验结果表明,PI/Fe_3O_4复合材料的红外谱图与纯PI膜基本一致,说明Fe_3O_4磁性纳米粒子的引入并未破坏PI分子的化学结构。当PI固含量为20%,Fe_3O_4质量分数为1%时,复合纤维膜珠节少,纤维成型良好且具有良好的热稳定性。随着Fe_3O_4含量的增加,Fe_3O_4在PI纤维中的团聚越来越严重,复合纤维膜的拉伸强度先增大后减小,断裂伸长率则逐渐减小。介电性能测试结果表明,PI/Fe_3O_4复合纤维膜的介电常数和介电损耗均小于PI膜且变化趋势平稳。Fe_3O_4的加入使PI/Fe_3O_4复合纤维膜具有明显的磁性,且随着Fe_3O_4含量的增加,其磁性逐渐增大。     

活化改性对煤矸石粉补强天然橡胶性能的影响

将煤矸石粉经活性改性处理后用作天然橡胶补强填充剂。采用XRD、FT-IR和SEM等手段研究了热处理和偶联剂改性对煤矸石补强天然橡胶性能的影响。煤矸石粉热处理在800℃以内时,天然橡胶硫化胶的拉伸强度随温度升高而增大,当热温度达到900℃时,硫化胶的拉伸强度略有下降。偶联剂改性能显著提高煤矸石的补强性能,当硅烷偶联剂KH-570质量分数≤2%时,天然橡胶的拉伸强度随偶联剂用量增加显著增大;当偶联剂质量分数>2%时,拉伸强度的增加幅度不明显;而偶联剂质量分数为2%时,硫化橡胶的300%定伸应力达到最大,之后定伸应力随偶联剂质量分数增大而减小。     

静电纺丝法制备的Co0.6Ni0.3Cu0.1Fe2O4和Co0.6Ni0.3Zn0.1Fe2O4纳米纤维的结构及磁性能

采用静电纺丝技术制备出表面光滑、直径均匀的Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4/PVP和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4/PVP纳米纤维前驱丝,经500~900℃煅烧后得到Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维。用TG-DSC、XRD、SEM及VSM现代测试分析手段对Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维的结构、形貌及磁学性能进行测试表征。结果表明:在空气气氛中经500~900℃煅烧后可得到纯尖晶石相、结晶度良好的纳米纤维或短纤维;当温度为700℃时,Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维的形貌细长而光滑且直径相对均匀,大约为80nm;此时Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维则保有较高的剩磁比(M_r/M_s)及矫顽力,分别为0.56和1 088.87Oe。在500℃、600℃、700℃、800℃、900℃煅烧后,Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维的饱和磁化强度分别比Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维增大了14.5%、7%、16%、10.7%、8%,而矫顽力则分别降低了38%、51%、50%、46%、46.7%。两种纳米纤维的饱和磁化强度及矫顽力存在差异,为CoNi铁氧体在电磁方面的应用提供了很好的参考。     

热处理温度对聚酰亚胺基炭纤维结构性能影响

以聚酰亚胺(PI)纤维为前驱体,经800~2800℃连续高温处理,制备出不同性能的聚酰亚胺基炭(石墨)纤维。采用元素分析、SEM、HR-TEM、Raman、纤维强力仪、电阻率仪等分析手段研究热处理温度对炭纤维(CF)元素含量、结构形貌、力学性能、传导性能等方面的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,聚酰亚胺基炭纤维中碳含量从78.97%(800℃)提高到99.72%(2 800℃),非碳原子含量降低;聚酰亚胺基炭纤维表面缺陷数目增加且尺寸增大。同时,纤维的微观结构也从二维乱层石墨结构向有序的三维层状结构发展,表现为石墨化程度的提高及石墨微晶尺寸的增大;炭纤维拉伸强度先增加后降低,最大拉伸强度924.4 MPa,断裂伸长率降低,电阻率减小,热导率增加,2 800℃石墨化处理后纤维热导率为228.4 W·m-1·K-1,是800℃处理后的50.4倍。     

高性能PBO纤维表面改性及抗紫外光性能研究

采用多聚磷酸(PPA)的乙酸溶液和PPA的乙醇溶液对对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO纤维)进行表面改性,研究了PPA对PBO纤维表面改性的影响;采用添加紫外光吸收剂的脂环族环氧树脂涂料对PPA表面改性后的PBO纤维进行涂覆处理,采用环境扫描电镜(SEM)以及力学性能测试等表征手段探讨紫外光吸收剂对PBO纤维抗紫外性能的影响。研究结果表明,PPA溶液对PBO纤维表面的溶胀与刻蚀作用随着溶液中PPA质量分数增加而增加,PBO纤维的拉伸强度随PPA质量分数增加不断减小。PBO纤维经含有紫外光吸收剂UV-328的脂环族环氧树脂的涂料涂覆处理后,UV-328和脂环族环氧树脂的协同作用使PBO纤维的抗紫外光性能有显著的提高,PBO纤维拉伸强度的下降速度随着涂料中UV-328的质量分数的增加而减慢。当脂环族环氧树脂的涂料中UV-328的质量分数为5%时,PBO纤维在400h的加速老化后其拉伸强度保留率可提高至60.3%。     

煅烧工艺对α-Fe_2O_3磁性纳米纤维形貌及性能的影响研究

结合静电纺丝和水热合成技术制备PVA/Fe_3O_4磁性纳米纤维,空气气氛中在不同煅烧温度下制备出一系列α-Fe_2O_3纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪和超导量子干涉仪对不同煅烧温度下制得的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维进行形貌与性能表征。结果表明,PVA/Fe_3O_4复合磁性纳米纤维在600~800℃的煅烧温度区间内可获得稳定的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维,纤维形貌从中空管状结构逐渐转变为沟槽状结构,纤维中的α-Fe_2O_3粒子具有不同的晶粒尺寸,结晶随温度升高而变好,且具有不同的磁性能。制备的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维在水处理等方面具有潜在应用。     

高温对碳纤维拉伸性能的影响

碳纤维复合材料在加工和应用时,因经过高温处理,其性能有所改变,限制了其使用范围。研究了3种碳纤维拉伸性能随温度的变化规律。结果表明:日本东丽、东邦和美国阿莫科碳纤维分别在200、500、800℃下高温处理1h,随温度升高,3种碳纤维强度和伸长率都减小,其中东邦碳纤维强度损失最小;对东邦碳纤维进行100~1000℃的两种方式高温处理,碳纤维强度都先增大后减小,当温度升到500℃时,强度达最大;模量随着温度的升高先增大后减小,断裂伸长率明显降低;600℃时纤维直径开始明显变细。     

连续氮化硅陶瓷纤维的组成结构与性能研究

连续氮化硅陶瓷纤维是透波/承载一体化陶瓷基复合材料的关键原材料,也是制约复合材料耐高温性能与力学性能的关键因素。系统研究了国防科技大学研制的连续氮化硅纤维的组成结构及其力学性能和介电性能,分析了纤维在氮气中高温处理后组成结构与单丝强度变化规律。结果表明,氮化硅纤维主要以Si_3N_4结构存在,组成上接近化学计量比,介电常数为68,介电损耗为0.01~0.08,室温单丝强度约1.5GPa,弹性模量140GPa,在1 350℃以下纤维强度保留率超过90%,在1 400和1 450℃氮气中处理1h仍保持了非晶结构,强度保留率分别为75%和30%,综合性能满足了高温透波复合材料的基本要求。     

聚碳硅烷纤维在1 己炔气氛中不熔化处理制备低氧含量SiC纤维

将聚碳硅烷(PCS)纤维在1-己炔气氛中进行化学气相交联不熔化处理, 与空气不熔化相比, 能大大降低纤维的氧含量。PCS纤维在1-己炔气氛中反应, 其组成和结构都发生了变化。结果表明, 在1-己炔气氛中, PCS分子的Si—H键的反应程度和纤维的凝胶含量随温度的升高而逐渐增加。反应机制为1-己炔受热引发PCS分子中的Si—H和Si—CH₃键断裂生成Si自由基和Si—CH₂自由基, 促进PCS分子间形成Si—CH₂—Si交联结构, 最终实现不熔化。反应中有少量己基引入到PCS分子结构中。制得的SiC纤维拉伸强度达到2.79 GPa, 氧含量降低到5wt%~6wt%, 并且纤维的耐高温性能明显优于Nicalon纤维。在Ar气中处理至1300℃, 纤维强度保留率约为80%, 处理至1400℃, 纤维的强度保留率为60%, 并且在1300~1600℃的处理过程中, 纤维中β-SiC微晶的晶粒尺寸变化只有2.18nm。      

复合材料用玄武岩纤维耐酸碱性实验研究

考察了国产BF-CSH-01玄武岩纤维的耐酸碱性能, 对其在80℃ 2mol/L盐酸和氢氧化钠溶液中腐蚀不同周期后的质量变化、 单丝强度、 丝束拉伸性能及复合材料弯曲性能进行了实验研究, 并与前期研究的国产BF-CMD-01玄武岩纤维的耐酸碱性进行了对比。结果表明, BF-CSH-01玄武岩纤维耐酸性能优于其耐碱性能, 与BF-CMD-01纤维耐酸碱性相反。BF-CSH-01纤维酸碱腐蚀过程中的质量和强度下降规律存在较大差异: 在酸性介质中, 纤维强度及质量均缓慢降低, 而在碱性介质中, 纤维质量损失很少时强度即有大幅下降。 BF-CSH-01丝束拉伸强度和复合材料弯曲强度受酸碱腐蚀影响较大, 与单丝强度的变化规律一致, 而模量下降较小。      

沥青基炭纤维的制备及其表征

石油沥青在氮气氛中420℃热缩聚7h,制得软化点为295℃的炭纤维前驱体沥青.此前驱体沥青在单孔纺丝器中熔纺获得沥青纤维.将沥青纤维于空气中320℃稳定化处理,最后在氮气流中1000℃炭化制成炭纤维.应用SEM、TGA、FTIR和XRD对石油沥青、前驱体沥青、沥青纤维、预氧化纤维和炭纤维分别进行表征.发现:前驱体沥青中含有质量分数70.5%中间相组分,炭纤维具有径核结构,其最大抗拉强度为650MPa.     

SiC纤维表面(BN-SiC)n复合涂层的制备及单丝拉伸性能

为制备出理想的连续纤维增韧陶瓷复合材料界面相,利用化学气相沉积（CVD）工艺在SiC纤维表面连续制备出三种类型的（BN-SiC）_n复合界面涂层,对其进行微观结构表征,并通过单丝拉伸测试研究不同涂层对纤维单丝拉伸性能的影响。结果表明：SiC纤维表面沉积的（BN-SiC）_n涂层较为均匀致密。单丝拉伸强度随着涂层层数的增加而降低。单层BN涂层的SiC纤维具有最高的单丝强度保持率（70%）和最大的拉伸伸长率（2.3%）。具有（BN-SiC）₁与（BN-SiC）₂复合涂层的SiC纤维单丝的拉伸性能相比原始SiC纤维有明显下降,拉伸强度保持率分别是42.1%和32.3%。     

聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土高温性能

通过对聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土(混杂纤维/高强混凝土)试块的高温试验, 研究不同目标温度后混凝土表观特征、高温爆裂、质量损失及力学性能。结果表明: 高强混凝土在600 ℃时发生爆裂, 混杂纤维/高强混凝土直至800 ℃未出现爆裂, 混杂纤维有效抑制了高强混凝土的高温爆裂。混杂纤维/高强混凝土的质量损失随所受温度的升高而增大, 其抗压强度、抗折强度随温度的升高而降低, 并且400 ℃以后显著降低。相同温度下, 混杂纤维的加入提高了高强混凝土高温后强度。通过对试验结果的统计分析, 分别建立了混杂纤维混凝土质量损失、抗压强度和抗折强度随温度变化的关系式。     

甘蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料的制备和力学性能

利用注射成型制备了甘蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料, 分析了纤维质量分数、 注射成型条件以及添加物对复合材料力学性能的影响。结果表明, 随着纤维质量分数的增加, 材料的弯曲模量呈递增趋势。由于甘蔗渣纤维热降解的发生, 材料的力学性能随筒体温度的增加呈下降趋势。在模具温度90℃、 注射间隔时间30s、 不同的筒体温度185℃和165℃的成型条件下, 材料的弯曲性能和冲击强度分别呈现最大值。添加了马来酸酐改性聚丙烯后, 材料的弯曲强度和冲击强度得到了提高。      

短切聚酰亚胺纤维增强可瓷化三元乙丙橡胶复合材料的制备与性能

以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,高岭土(Kaolin)和滑石粉(Talc)为功能填料,Al(OH)_3为阻燃剂,短切聚酰亚胺纤维(PI Fiber)为增强材料,制备了不同PI纤维含量的可瓷化PI Fiber-Kaolin-Talc-Al(OH)3/EPDM(PKTA/EPDM)复合材料。研究了短切PI纤维对复合材料拉伸性能、热稳定性和微观形貌的影响,分析了短切PI纤维增强复合材料的陶瓷化机制。研究表明,短切PI纤维含量增加会导致可瓷化PKTA/EPDM复合材料拉伸性能下降,当纤维含量与EPDM质量比低于10∶100时,复合材料力学性能良好。可瓷化PKTA/EPDM复合材料在800~1 100℃热解后均发生陶瓷化反应。当PI纤维与EPDM质量比为4∶100~8∶100时,可以有效保持复合材料高温热解后的形状尺寸稳定,并且热解产物弯曲强度在6~18 MPa之间。热分析结果表明,加入PI纤维可以提高可瓷化PKTA/EPDM复合材料的热稳定性。结合热分析和断面SEM分析表明,PI纤维热解、炭化后贯穿在EPDM裂解后的炭层中形成纤维增强炭层结构。这种纤维增强结构在复合材料热解过程中有助于获得尺寸稳定、形状完整的陶瓷产物。     

国产550级连续氧化铝陶瓷纤维的高温拉伸性能研究

氧化物陶瓷纤维具有优良的耐高温和抗氧化性能, 是航空航天领域用复合材料增强相的重要候选材料。高温拉伸性能是氧化物陶瓷纤维在极端环境应用的关键评价指标之一, 但相关报道较少。本工作研究了国产550级纤维的高温拉伸性能和热处理后的室温拉伸性能, 探讨了纤维的拉伸性能与其物相和显微结构的演变关系和内在机理, 并与Nextel 720和CeraFib纤维的高温拉伸性能进行了对比。结果表明, 国产SIC550纤维复丝和单丝在1100 ℃以下具有相对较高的拉伸强度和拉伸强度保持率, 由于纤维中无定形SiO₂的高温热稳定性较差, 对纤维1200 ℃以上的高温拉伸性能产生明显不利的影响; 通过在临界相转变温度(1300 ℃)对纤维进行热处理来形成莫来石相, 可在一定程度上改善纤维在1250~1400 ℃的高温拉伸性能。考虑到不同标距的影响, SIC550纤维在1100 ℃的高温拉伸强度(883 MPa)与Nextel 720 (1000 MPa)和CeraFib纤维(940 MPa)接近。     

不同热氧环境对T800碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响EI北大核心CSCD

不同热氧环境(70,130,190℃)对碳纤维复合材料的性能有着重要的影响。分析了不同热氧环境下T800碳纤维/环氧树脂复合材料的失重特性,并对比了老化前后的表面形貌、红外光谱、动态力学性能和层间剪切性能。结果表明:在热氧老化初始阶段,质损率急速上升,老化温度越高质量损失越快;试样表面形貌随热氧温度的升高其破坏程度逐渐加剧,在190℃老化后,纤维表面树脂脱落严重,纤维与纤维之间出现裂缝空隙,无树脂填充,在此老化温度下,试样发生了不可逆化学变化;试样的玻璃化转变温度会随老化温度的升高而变大,但内耗呈现先降低后增大再降低的趋势,在70,130,190℃热氧老化后试样剪切强度分别提高6.0%,13.7%和2.1%。相关实验结果和实验现象可为后续研究新型国产T800碳纤维/环氧复合材料提供数据参考。     

紧张热定型工艺对多壁碳纳米管/聚醚醚酮复合纤维结构和性能的影响

采用熔融共混纺丝工艺制备多壁碳纳米管(MWCNTs)质量分数分别为0.1%和0.5%的MWCNTs/PEEK(聚醚醚酮)复合纤维,研究了紧张热定型过程中热定型温度和降温速率对复合纤维结构和性能的影响。采用TEM、SEM、DSC、DMA、XRD和单纤维电子强力仪研究了复合纤维的形貌、结构和性能。结果表明:复合纤维的热定型温度和冷却降温速率对其杨氏模量、拉伸强度和断裂伸长率均有影响,经过热定型处理,复合纤维内部MWCNTs的取向程度明显提高。280℃热定型、1.5℃/min冷却纤维的拉伸强度达384MPa,杨氏模量为0.62GPa,断裂伸长率28%,拉伸强度和杨氏模量分别较130℃热定型纤维提高了147%和19%,获得了优化复合纤维性能的最佳工艺条件。      

T800H碳纤维表面特性及T800H/BA9918复合材料湿热性能研究

为了研究T800H碳纤维的表面特性及其与BA9918树脂的界面匹配性,分别采用SEM、AFM、XPS和TGA对T800H碳纤维表面形貌、表面化学特性以及碳纤维上浆剂热稳定性进行表征,测试了T800H/BA9918复合材料湿热处理前后0°压缩强度、90°拉伸强度和层间剪切强度,并得到了其在湿热处理前后的开孔压缩和冲击后压缩性能.测试发现T800H碳纤维表面有明显的沟槽,有利于表面机械啮合作用;T800H/BA9918复合材料经29 J能量冲击后压缩强度为314 MPa;在130℃湿态环境下其0°压缩强度和层间剪切强度保持率高于58%,开孔压缩强度保持率高于60%.试验结果证明T800H碳纤维与BA9918树脂具有良好的界面匹配性,T800H/BA9918复合材料具有优异的耐湿热性能.