石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

通过对氧化石墨热膨胀还原并用超声分散制备了石墨烯,并对所得产物进行分析表征。用超声分散和模具浇注成型法制备了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。研究了石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了石墨烯对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着石墨烯含量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度及模量先增加后减小;当石墨烯的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值60.9MPa,比纯环氧树脂提高了16.88%;当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸模量达到最大值2833.3MPa,比纯环氧树脂提高了48.29%。     

废印刷电路板非金属粉增强及磨碎玻璃纤维增强聚丙烯力学性能

分别用废印刷电路板(PCB)非金属粉、磨碎玻璃纤维作为增强材料,采用熔融共混方法制备了聚丙烯(PP)基复合材料,并通过其力学性能试验和缺口冲击断面、废PCB非金属粉、磨碎玻璃纤维的形貌观察,分析研究了两种增强材料及表面改性对复合材料力学性能的影响。实验结果表明：废PCB非金属粉/PP复合材料力学性能得到了明显提高,其中拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量最大增幅分别为28%、41%、86%和133%;废PCB非金属粉与磨碎玻璃纤维都能作为PP增强填料,但其韧性降低;表面改性对废PCB非金属粉/PP复合材料力学性能的影响不大,但是对磨碎玻璃纤维/PP复合材料力学性能的影响大;废 PCB非金属粉/PP复合材料综合力学性能高于磨碎玻璃纤维/PP复合材料,可代替磨碎玻璃纤维作为PP基复合材料的增强填料,不仅可以减少环境污染,实现资源再利用,而且大大降低复合材料成本。     

纳米粘土/环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

借助超声分散,采用固化处理制备了不同纳米粘土掺量(0,1%,3%,5%和7%(质量分数))的纳米粘土/环氧树脂复合材料,研究了纳米粘土掺量对复合材料性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、力学性能测试、扫描电镜(SEM)等对复合材料进行了表征。结果表明,不同掺杂比例的纳米粘土和环氧树脂都均匀结合,纳米粘土掺量为7%(质量分数)的复合材料衍射峰强度最高,其结晶性能最佳;随着纳米粘土掺量的增加,复合材料的拉伸模量、极限抗压强度和断裂韧性KIC值整体均高于纯环氧树脂,而复合材料的破坏应变低于纯环氧树脂;当纳米粘土掺量为1%(质量分数)时,复合材料的极限抗拉强度略有提高,但随着纳米粘土掺量的继续增加,复合材料的极限抗拉强度逐渐降低;当纳米粘土掺量为5%(质量分数)时,复合材料的拉伸模量达到3 513 MPa,相比纯环氧树脂的3 300 MPa,增加了6.5%;当纳米粘土掺量为7%(质量分数)时,复合材料的断裂韧性KIC值达到1.97 MPa·m~(1/2),相比纯环氧树脂的1.60 MPa·m~(1/2),增加了23.1%;纯环氧树脂的断裂表面光滑无褶皱,断裂时裂纹没有产生无偏离的扩展,而复合材料的断裂表面随纳米粘土掺量的增加均趋于粗糙,裂纹在扩展过程中发生了偏移。     

中空玻璃微球/碳酸钙/玻璃纤维毡/硅树脂多相复合材料的导热及力学性能研究

以中空玻璃微球、碳酸钙和玻璃纤维毡为原料,采用模压成型的方法制得中空玻璃微球/碳酸钙/玻璃纤维毡复合材料。用稳态法测试复合材料的热导率。通过一系列静态压缩、拉伸和弯曲实验,研究了中空玻璃微球填充量对复合材料强度的影响,并分析了影响原因。研究结果表明:在添加5.0%(wt,质量分数,下同)中空玻璃微球和40.0%碳酸钙条件下,制得的复合材料的密度达到1.434g/cm3,热导率达到0.145W/(m·℃),拉伸强度达到17.10MPa、弯曲强度达到2.33MPa、压缩强度达到87.28MPa。碳酸钙填充量越多,复合材料密度越大,热导率越大,力学性能也增强。     

磨碎玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料的力学性能

研究了磨碎玻璃纤维(GF)增强硬质聚氨酯泡沫塑料(RRPUF)的压缩强度和冲击韧性,探讨了GF含量及粒度、GF偶联处理对RRPUF压缩性能的影响。发现RRPUF的压缩强度随着磨碎玻纤粒度的细化而增大;当添加量为20%(w)时达到最大值;对玻纤进行偶联处理后RRPUF的增强效果较好,且在添加量为15%(w)时压缩强度达到最大值;冲击韧性随着磨碎玻纤添加量的增加而下降。     

纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料性能研究

先采用机械搅拌和超声分散方式在环氧树脂中分散纳米SiO2微粒,通过扫描电镜表征断面的形貌来分析纳米SiO2分散效果,再采用力学性能测试,研究纳米SiO2对环氧树脂及其玻璃纤维增强复合材料性能的影响,结果表明,超声分散效果明显优于机械搅拌分散;纳米SiO2含量对分散效果、环氧树脂及其复合材料力学性能具有显著影响;采用超声分散的1%(质量分数)纳米SiO2改性环氧树脂浇铸体的弯曲强度比未改性的提高了21.2%,其玻璃纤维增强复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了9.7%和7.9%,但层间剪切强度则降低了10.6%。     

建筑用聚酯玻纤复合材料的制备与性能分析

选择不饱和聚酯树脂为基体材料，以玻璃纤维为增强相，采用模压成型工艺制备了不同玻璃纤维掺杂量(0,5%,10%,15%和20%(质量分数))的聚酯玻纤复合材料，分析了玻璃纤维含量对复合材料的微观形貌、热稳定性、拉伸性能和弯曲性能的影响。结果表明，聚酯玻纤复合材料中玻璃纤维和不饱和聚酯主要以物理作用为主，适量的玻璃纤维掺杂后能与聚酯基材紧密结合，分布具有方向性。随着玻璃纤维掺杂量的增大，聚酯玻纤复合材料的分解温度先增大后减小，且耐热性能提高，当玻璃纤维的掺杂量为15%(质量分数)时，复合材料的T_50%达到最大值368.47℃。力学性能测试表明，随玻璃纤维掺杂量的增大，复合材料的拉伸强度和冲击强度先增大后减小，断裂延伸率和弯曲强度持续降低，当玻璃纤维的掺杂量为15%(质量分数)时，复合材料的力学性能最优，拉伸强度最大为26.1 MPa,断裂延伸率为2.6%,冲击强度达到最大值8.1 MPa,弯曲强度为30.5 MPa。     

玻璃纤维增强不饱和聚酯夹层板复合材料性能研究

以短切玻璃纤维增强改性不饱和聚酯树脂为芯板,玻璃纤维布为面层,制备玻纤增强不饱和聚酯树脂夹层板。通过改变芯层短切玻璃纤维的含量研究夹层板复合材料的性能。研究表明:当短切玻璃纤维含量低于50%(wt,质量分数,下同)时,复合板的力学性能随纤维含量的增加而逐渐增强;短切玻璃纤维含量为50%时,复合板力学性能达到最优,其中拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别达到152.48MPa、299MPa、164kJ/m~2,而且材料具有较好的耐热性和热稳定性,初始分解温度达到79℃。     

玻璃纤维/聚脲复合材料的性能研究

为研究玻璃纤维对聚脲性能的影响，分别以聚脲和玻璃纤维作为基体和增强体，合成了玻璃纤维/聚脲复合材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和动态热机械分析仪，探究玻璃纤维长度在0.2～0.8mm、添加量在0.5%～1.5%(wt,质量分数，下同)范围时对复合材料微观结构、力学性能和动态力学性能的影响规律，分析复合材料的耗能机理。结果表明：玻璃纤维在基体中分布均匀，降低了复合材料的氢键化程度、氢键结合强度以及微相分离程度；复合材料的拉伸强度、撕裂强度随玻璃纤维长度和添加量的增加而提高，当玻璃纤维长度为0.8mm、添加量为1.5%时，复合材料的拉伸强度为30.14MPa,撕裂强度为127.48kN/m,力学性能最好；随着玻璃纤维长度和添加量的增加，复合材料的储能模量和损耗模量逐渐增加，玻璃化转变温度向高温移动；复合材料的主要耗能机理为本征阻尼和界面阻尼，本征阻尼随着玻璃纤维长度的增加而减小，界面阻尼随着玻璃纤维添加量的增加而增大。     

高强玻纤增强ABS复合材料的制备及性能

以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及玻璃纤维(GF)为原料,以苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)和环氧树脂(E-poxyresin)作为界面相容剂,研究了界面相容剂对玻璃纤维增强ABS复合材料力学性能及界面粘接的影响。结果表明,加入SMA或环氧树脂,玻纤增强ABS复合材料的力学性能明显提高;SMA与环氧树脂复配有明显的协同效果,同时加入SMA和环氧树脂后的复合材料的性能更加优越,界面粘接性能得到很大的改善,在玻纤加入量为30%时,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度较未添加界面相容剂时分别提高了44%、29%、100%。     

高刚度环氧树脂与高模碳纤维的界面相容和性能匹配

自行开发了一种高刚度环氧树脂（5182树脂）,研究了5182树脂的增刚机制、耐热性能和力学性能。结果表明,原位生成的酰亚胺刚性链段及增加的多交联位点提高了5182树脂交联网络的刚性,其玻璃化转变温度达228℃,拉伸模量达到4 375 MPa。采用高刚度5182树脂制备了国产BHM3和东丽M40J高模碳纤维增强高刚度环氧树脂复合材料,考察了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单丝复合材料的界面黏结性能和断面微观形貌,并评价了高模碳纤维/高刚度环氧树脂单向复合材料的宏观力学性能。结果表明,由于树脂模量的提高及界面破坏区域由碳纤维表面转移到环氧树脂区,高模碳纤维/高刚度环氧树脂复合材料的界面剪切强度最高达106.8 MPa,宏观力学性能优异,尤其弯曲性能和层间剪切强度大幅提高。      

湿热环境下复合材料层板拉-压性能

通过对碳纤维环氧复合材料试样进行不同湿热环境下的拉伸和压缩实验,分析其吸湿特性、拉压力学性能、破坏后断口形貌以及动态力学性能,探讨湿热对该复合材料的拉伸和压缩性能的影响。结果表明:碳纤维环氧复合材料的吸湿过程满足Fick定律,饱和吸湿率约为0.86%。吸湿后材料表面变得光滑,有少量纤维拔出和树脂破坏发生,但吸湿后没有发生化学反应和新物质生成。吸湿后在130℃下,复合材料的拉伸性能保持率为96%,而压缩性能保持率仅为69%。吸湿后玻璃化转变温度比干态时下降了33℃。     

纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能

本实验制备了纳米Al_2O_3/聚醚砜-环氧树脂复合材料,考察了不同纳米氧化铝和聚醚砜的用量对复合体系力学和介电性能的影响,并对其热稳定性能进行了研究。结果表明:当添加1phr纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)和5phr聚醚砜(PES)时,三元复合材料EP/5PES/1Al_2O_3的拉伸强度提高到58 MPa,断裂伸长率达到13%,冲击强度达到16.2kJ/m~2,相比纯环氧树脂分别提高了61.1%、20.3%和8.0%。而且在100Hz的室温测试条件下,EP/5PES/1Al_2O_3材料的介电常数和介电损耗分别达到7.6和0.016,较纯环氧树脂均有一定幅度的增加。热重分析(TG)结果表明,EP/5PES/1Al_2O_3复合材料的初始分解温度为358℃,比纯环氧树脂提高了14℃,说明热稳定性有较大幅度的提高。     

高强高模聚酰亚胺纤维/环氧树脂复合材料力学性能与破坏机制

以高强高模聚酰亚胺（PI）纤维为增强体,以航空级环氧树脂（EP）为基体,通过热熔法制备预浸料并采用热压罐成型技术制备了PI/EP复合材料层合板,对其力学性能和破坏形貌进行了分析。结果表明:高强高模PI纤维与EP具有良好的界面结合力,PI/EP复合材料的层间剪切强度为65.2 MPa,面内剪切强度为68.6 MPa;良好的界面结合状态能充分发挥PI纤维优异的力学性能,PI/EP复合材料的纵向拉伸强度达1 835 MPa,弯曲强度为834 MPa;PI/EP复合材料纵向拉伸破坏模式为散丝爆炸破坏,同时由于高强高模PI纤维还具有优异的韧性和较高的断裂伸长率,PI/EP复合材料从受力到失效断裂的时间较长;PI/EP复合材料纵向压缩破坏模式为45°折曲带破坏。高强高模PI/EP复合材料为航空航天先进复合材料增加了一个全新的选材方案。      

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

双酚A型环氧树脂(E-51)改性二氧化双环戊二烯(CDR-0122)的性能研究

采用双酚A型环氧树脂(E-51)对耐高温环氧树脂体系二氧化双环戊二烯(CDR-0122)进行了改性处理。分析了E-51改性前后的物理特性,考察了改性前后浇铸体的冲击性能、弯曲性能和玻璃化转变温度,以及树脂基玻纤复合材料的基本力学性能。实验结果表明,E-51与CDR-0122有良好的相容性,且CDR-0122和E-51/CDR-0122树脂体系都应密封保存。添加E-51后浇铸体的冲击强度和弯曲强度分别提高了141.48%和52.38%,玻璃化转变温度下降了2.73%;E-51改性后的树脂基玻纤复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别提高了20.5%和19.1%。     

混合型固化剂对环氧树脂室温和低温力学性能的影响

研究了一种刚性和柔性胺混合型固化剂（芳香胺DETD和聚醚胺D-400）固化环氧树脂浇铸体的力学性能、材料断裂表面的微观形貌和玻璃化转变温度等性能。结果表明:当D-400加入量占固化剂总量的40%时,其室温拉伸强度呈现最大值,为82.52 MPa,弹性模量为2.30 GPa,与未加D-400的体系相比分别提高了6.3%和14.4%,其低温冲击强度提高了14%。对冲击断面形貌进行扫描电子显微分析表明:D-400的加入致使断口形貌变得粗糙,抗开裂能力得到提高。热分析实验结果显示,体系的玻璃化转变温度随着D-400含量的增加而降低。此外,还探讨了环氧树脂体系低温增韧机制。      

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.