多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

拟薄水铝石改性环氧树脂复合材料的制备与性能

采用水热合成法制备拟薄水铝石(AlOOH)纳米棒,以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为表面改性剂,制得mAlOOH,以环氧树脂(Epoxy,EP)为基体,制备AlOOH/EP和mAlOOH/EP复合材料。研究AlOOH和mAlOOH的填充量对AlOOH/EP及mAlOOH/EP复合材料性能的影响。结果表明,mAlOOH明显提高了mAlOOH/EP复合材料的力学性能。mAlOOH的填充量为4wt%时,mAlOOH/EP复合材料的冲击强度和弯曲强度分别比聚合物基体分别提高了259%和44%;填充量不超过5wt%时,mAlOOH/EP的介电常数与介电损耗均略低于纯环氧树脂。当添加量为3wt%时,mAlOOH/EP具有最低的介电常数和介电损耗及最高的玻璃化转变温度(123℃)。      

多壁碳纳米管对Ti-碳纤维/反应型聚酰亚胺超混杂层板力学性能的影响

为了改善Ti/反应型聚酰亚胺（PMR）树脂界面的黏结强度,从而提高Ti-碳纤维（CF）/PMR超混杂层板的力学性能,本文探究了添加多壁碳纳米管（MWCNTs）对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。将不同质量分数（0wt%、2.5wt%、5.0wt%和7.5wt%）的MWCNTs利用超声分散法均匀分散于PMR树脂中,随后进行Ⅰ型断裂韧性试验,探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板界面性能的影响,最后选取最优含量的MWCNTs同时添加到PMR胶层和CF/PMR树脂中,并进行弯曲试验,探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。通过SEM观察和分析了相应的失效模式和增强机制。结果表明:当MWCNTs含量为5.0wt%时,Ⅰ型层间断裂韧性提高了74%;同时添加5.0wt% MWCNTs于PMR胶层和CF/PMR复合材料树脂中,Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能较未添加MWCNTs提高了42%。这是由于MWCNTs在PMR胶层和CF/PMR树脂中的分布均匀性较高,且能分散并承受界面层转移到纤维层的载荷,并利用自身拔出、断裂、桥接、脱黏来吸收并消耗断裂能量,进一步提升Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能。      

氰酸酯/BaTiO3复合材料的介电性能

以双酚A型二氰酸酯为树脂基体,平均粒径为3 μm的BaTiO3为功能填料,采用浇铸法研制氰酸酯复合电介质材料,考察了25℃,1MHz时氰酸酯/BaTiO3复合材料的介电性能.结果表明,BaTiO3含量的增加提高了材料的介电常数,减小了材料的介电损耗,并且最大填充量为体系总质量的60%,此时介电常数最大(15.823),介电损耗最小(0.0037);随着树脂转化率的增加,材料的介电常数先增大后减小,而介电损耗一直在减小;硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)显著改善了BaTiO3粒子在氰酸酯基体中的分散效果,提高了材料的介电常数,保持介电损耗不变.     

热塑/热固性聚苯醚的共混改性及其复合材料层压板的性能

以热固性聚苯醚树脂(PPE)为基体,通过添加热塑性聚苯醚树脂(PPO)进行共混改性,制备了热塑/热固性混合聚苯醚树脂体系(PPO/PPE)及其复合材料层压板,并测试了层压板的力学性能及介电性能。结果表明:随PPO添加量的增加,层压板的力学性能先变好后变差;当添加量达到20%时,层压板的铜箔剥离力达到最大值,增加了24%;当添加量达到30%(质量分数,下同)时,层压板的弯曲强度增加了56%;随着PPO添加量的增加,介质的介电常数与介电损耗因数不断增加,当添加量达到40%时,介电常数为3.68,介电损耗为4.77,玻璃化转变温度降低至167℃,最大降低了约19%。     

双环氧基笼型倍半硅氧烷/氰酸酯树脂复合材料的制备与性能

以合成的双环氧基笼型倍半硅氧烷（EP-DDSQ）为改性剂,对双酚A型氰酸酯树脂（CE）进行改性,制备EP-DDSQ/CE复合材料。结果表明,EP-DDSQ加快了EP-DDSQ/CE复合材料的固化反应速率。当EP-DDSQ添加量为1wt%时,EP-DDSQ/CE复合材料冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别达到16.9 kJ/m2、123.6 MPa和3.37 GPa,比纯CE分别提高了80.5%、21.6%和14.0%,说明适量的EP-DDSQ能够同时提高EP-DDSQ/CE复合材料的韧性和强度。动态力学分析和热重分析结果表明,在EP-DDSQ添加适量时,EP-DDSQ/CE复合材料的玻璃化转变温度、初始分解温度和质量保持率有所提高,最大分解温度基本保持不变。介电性能分析结果表明,EP-DDSQ/CE复合材料的介电常数和介电损耗呈降低趋势,说明EP-DDSQ的加入赋予了EP-DDSQ/CE复合材料更优异的介电性能。      

聚甲基丙烯酸甲酯@聚丁二烯核壳结构纳米粒子增韧双酚A型氰酸酯树脂性能

采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）@聚丁二烯（PB）核壳结构粒子增韧双酚A型氰酸酯（BADCy）树脂,制备了PMMA@PB/BADCy树脂。研究结果表明,当PMMA@PB质量分数为6wt%时,可以取得较好的增韧效果,PMMA@PB/BADCy树脂冲击强度达到了14.32 kJ · m^-2,提高了83.6%;DMA和TG-DTA耐热性测试结果表明,PMMA@PB的加入未降低树脂耐热性,固化后PMMA@PB/BADCy树脂的玻璃化转变温度为236.8℃,最大热分解温度为410.0℃。SEM和TEM结果表明,PMMA@PB核壳橡胶在BADCy树脂基体中分散性好,PMMA@PB/BADCy树脂破坏断面呈现典型的韧性破坏。PMMA@PB/BADCy树脂流变特性的测试表明,PMMA@PB核壳橡胶加入后基本没有影响到BADCy树脂的流变特性,PMMA@PB/BADCy树脂的最低点黏度为0.79 Pa · s左右,是树脂浸渍纤维的理想黏度。介电性能测试表明,PMMA@PB核壳橡胶增韧BADCy树脂后介电性能影响不大,当PMMA@PB质量分数为6wt%时介电常数为3.0,介电损耗为0.010。该PMMA@PB/BADCy树脂性能优异,可作为预浸料基体树脂,适用于航空航天低介电复合材料的制造。     

RTM用R701氰酸酯树脂工艺及性能

研究了一种低粘度、低介电的室温RTM成型用R701氰酸酯树脂体系,并制备了石英纤维织物增强QWB100B/R701复合材料。测试了树脂粘度随时间、温度的变化,不同升温速率下的DSC曲线,树脂浇注体和复合材料的力学、介电、热学和吸水性能。结果表明,树脂粘度适合室温RTM注射成型,适用期在24h以上;树脂浇注体介电常数为3.0,介电损耗为0.009;QWB100B/R701复合材料的Tg为230℃,介电常数为3.4,介电损耗为0.006,R701树脂对石英纤维具有较好的浸润性,复合材料力学性能优异。     

高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能

以4,5-环氧己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯（TDE-85）、苯基缩水甘油醚（PGE）、壬基酚（NP）作为改性剂改性双酚A氰酸酯（BCE）得到改性氰酸酯树脂（TPNCE）,通过湿法缠绕制备预浸料,并采用热压罐成型工艺制备S30M型高强高模聚酰亚胺纤维/TPNCE（PI/TPNCE）复合材料,对TPNCE树脂及PI/TPNCE复合材料的介电、力学等性能进行了分析。结果表明,TPNCE树脂冲击强度达到14.2 kJ/m2,比BCE提高近一倍,固化温度下降了约43℃,与PI纤维界面结合较好,且保持较低的介电常数和介电损耗;PI/TPNCE复合材料0°拉伸强度达到1 485 MPa,弯曲强度达到758 MPa,压缩强度达到322 MPa,7~18 GHz范围内介电常数保持在3.15左右,介电损耗因子在0.005~0.0075之间,玻璃化转变温度为197℃,密度为1.28 g/cm3。本研究实现了高强高模PI纤维与氰酸酯树脂复合的重要突破,为轻质高强结构-功能一体化复合材料的设计和选材提供了新思路。      

硅烷化多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备和介电性能

采用三种不同官能度的硅烷偶联剂(甲基三乙氧基硅烷(MTES）、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)及三甲基乙氧基硅烷(TMES))在有水条件下对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性,通过FTIR、XPS、TG及SEM表征了MWCNTs改性前和改性后的化学结构。采用机械共混法制备了MWCNTs/硅橡胶(SR)复合材料。SEM结果表明,将不同质量分数的MWCNTs、MWCNTs-MTES、MWCNTs-DMDES和MWCNTs-TMES填充到SR中,硅烷改性可以降低MWCNTs间的相互作用,改善其在SR中的分散性。拉伸试验结果表明,改性MWCNTs与SR之间的相互作用增强,二者的相容性得到改善。当改性MWCNTs含量≤2wt%时,MWCNTs/SR复合材料的弹性模量无明显变化。介电性能测试结果表明,当MWCNTs-MTES质量分数为2wt% 时,MWCNTs-MTES/SR复合材料在104 Hz时介电常数达到5.02,较纯硅橡胶提高了57%,而介电损耗仍低于0.01,保持在极低水平。      

Carbon nanotubes/cyanate ester composites with low percolation threshold,high dielectric constant and outstanding thermal property

A novel kind of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)/cyanate ester (CE) composites with low percolation threshold, high dielectric constant and excellent thermal property was developed. In order to investigate the effect of the surface nature of MWCNTs on the morphology and properties of the composites, MWCNTs and surface treated carbon nanotubes (MWCNTs–OH) were used to prepare two sorts of composites, coded as M/CE and M–OH/CE, respectively. Results show that increasing the content of MWCNTs or MWCNTs–OH, the dielectric constant of both kinds of composites initially increases until reaches the maximum value, and then decreases. In addition, when the percolation occurs, dielectric constant and loss of both kinds of composites decrease quickly with the increase of the tested frequency. The addition of MWCNTs into CE decreases the glass transition temperature and thermal stability, while the incorporation of MWCNTs–OH significantly improves the thermal stability of CE resin.     

改性氰酸酯树脂基复合材料的研究

采用差示扫描量热法(DSC)研究了氰酸酯树脂／环氧树脂／线性酚醛树脂三元共聚体系的反应活性,制定了体系的固化工艺。并研究了以三元树脂体系为基体的玻璃布层压板的力学性能、介电性能以及耐湿热性。结果表明线性酚醛树脂的加入大大提高了氰酸酯／环氧树脂体系的反应活性。使反应温度大大降低。随线性酚醛树脂含量的增加。复合材料的弯曲强度先增大后基本保持不变,层间剪切强度先增大后略有下降;而三元体系的介电常数、介电损耗角正切值和吸水率随线性酚醛树脂含量增大而单调降低。三元体系／E-玻璃布层压板复合材料的弯曲强度和层间剪切强度分别比纯氰酸酯树脂复合材料提高12％和30％。而线性酚醛树脂含量为15％(质量分数)时,介电常数、介电损耗角正切值和吸水率分别比氰酸酯／环氧树脂复合材料降低了6％、40％和9％。     

Enhanced dielectric and ferroelectric properties induced by TiO2@MWCNTs nanoparticles in flexible poly(vinylidene fluoride) composites

Flexible polymer based composites containing multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) have been reported to present high dielectric constant. However, the composites generally exhibit high dielectric loss and low dielectric breakdown strength, which prohibits their practical use in electronic and electric industry. MWCNTs were coated with a continuous layer of TiO₂ nanoparticles (TiO₂@MWCNTs) by a simple hydrothermal process and TiO₂@MWCNTs/poly(vinylidene fluoride) (PVDF) composites were prepared by a solution casting method. Compared to the pristine MWCNTs/PVDF composites, the TiO₂@MWCNTs/PVDF composites presented enhanced dielectric constant and lower dielectric loss. Additionally, the breakdown strength of the TiO₂@MWCNTs/PVDF composites was also improved, which is favorable for enhanced ferroelectric properties in the composites.     

多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物共改性环氧树脂三元复合材料性能

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和丙烯酸酯嵌段共聚物(ACRBC)协同改性制备了多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂(MWCNTs-ACRBC/EP)三元复合材料。通过FTIR、 XPS和SEM对强酸处理后的MWCNTs的性能进行表征,利用DSC法对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化反应参数进行表征,采用DMA对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的耐热性进行表征,采用电子力学试验机对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能进行测试。结果表明:强酸处理后在MWCNTs表面成功形成反应官能团。采用150℃×1 h+180℃×3 h作为MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化工艺, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的玻璃化转变温度可达197.5℃,提高了13.3%, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能提高,抗弯强度为144 MPa,弯曲模量为3662 MPa,冲击强度为19.5 kJ/m^2。     

石英纤维布/含乙烯基聚硅氮烷耐高温透波复合材料的制备与性能

在对含乙烯基聚硅氮烷（PSN1）树脂基本性能研究的基础上,以石英纤维布为增强材料,利用层压法制备了石英纤维布/含乙烯基聚硅氮烷耐高温透波复合材料（QF/PSN1）,并对其在室温和高温下的力学性能及介电性能进行了测试与表征。研究结果表明:PSN1树脂工艺性能良好,黏度低于1 Pas（60~151℃）,固化温度小于200℃;耐热性能优异,在N₂和空气氛围下,其固化物失重5%时的温度均高于480℃、800℃时的残重均高于76%。QF/PSN1复合材料力学性能优异,弯曲强度和层间剪切强度随温度升高出现先下降后上升的趋势;450℃烘烤10 min后,其弯曲强度仍在120 MPa以上。QF/PSN1复合材料介电性能优异:在1~12 GHz范围内,QF/PSN1复合材料在室温~450℃范围内介电常数（ε）均低于3.2,介电损耗（tanδ）均小于0.01。上述研究结果表明:含乙烯基聚硅氮烷作为耐高温透波材料的新型树脂基体具有重要的应用价值。      

The effects of the variations of carbon nanotubes on the micro-tribological behavior of carbon nanotubes/bismaleimide nanocomposite

Two kinds of original multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with different diameters, and one carboxyliated MWCNTs were used to prepare three kinds of MWCNTs/bismaleimide (BMI) nanocomposites. The effects of the diameter, concentration and functional group of MWCNTs used in the composites on the micro-tribological behavior of the MWCNTs/BMI nanocomposites were investigated in this paper. The microhardness, the morphology of the worn surface, the glass transition temperature and dynamic mechanical properties of the MWCNTs/BMI nanocomposites were also measured to figure out the possible main wear mechanism of the composites. Results show that the addition of MWCNTs in BMI resin decreases the friction coefficient of the resin no matter what kind of MWCNTs is added. Moreover, the wear loss rate of all nanocomposites considerably decreases with the increasing of nanotube content until the content reaches 2.5 wt%. Functionalization of MWCNTs changes the main wear mechanism of the MWCNTs/BMI composite from adhesive wear (for pure BMI resin) to abrasive attrition by changing the self-lubricating property of the wore surface, the dispersion of MWCNTs in the BMI matrix, the interfacial strength between MWCNTs and the matrix as well as the internal strength of the materials.