有机改性碳纤维/氟橡胶复合材料摩擦磨损性能研究

利用液相氧化法对碳纤维(CF)进行表面刻蚀,并采用硅烷偶联剂KH570对CF进行表面改性,将CF、酸改性碳纤维(aCF)及有机改性碳纤维(oCF)作为填料分别添加到氟橡胶(FKM)基体中,采用机械共混法制备CF/FKM复合材料,分别对复合材料硫化性能、硫化后压缩永久变形性能及摩擦磨损性能进行表征,研究CF改性前后性能的变化及改性方式对性能的影响。采用扫描电子显微镜分析CF的微观形貌。结果表明,CF的添加可以提高FKM复合材料的硫化速率和交联密度、压缩永久变形性能。在300r/min转速下,载荷在10N到70N变化时,以及在50N载荷下,转速在100r/min增加到500r/min时,有机改性CF/FKM的摩擦系数和磨损率最小,相比纯FKM,有机改性后的碳纤维使FKM耐磨性能最高提升1.2倍。     

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%。     

纤维热氧-接枝处理与基体改性对CF/VE复合材料力学性能的影响

针对碳纤维增强乙烯基酯树脂(CF/VE)复合材料界面性能薄弱的问题,通过热氧-接枝的方法对碳纤维表面进行改性,通过添加偶联剂改性树脂,并采用真空辅助成型工艺制备了CF/VE复合材料。通过纤维扫描电镜(SEM)表征和CF/VE复合材料力学性能测试、动态力学测试、界面粘结参数计算以及界面的微观表征验证改性方法的效果。SEM测试表明改性后纤维比表面积和粗糙度提高;TGA测试表明碳纤维氧化温度大于210℃,且氧化温度在600℃时,CF/VE复合材料综合性能最佳;CF/VE复合材料界面性能随隅联剂质量浓度的增大先提高后降低,且在其质量浓度为1%时,层间剪切强度最大,相对于未改性CF/VE复合材料的提高了74.3%;动态力学性能测试(DMA)表明改性CF/VE复合材料的玻璃化转变温度Tg较未改性的提高了约10℃;界面粘结参数A和α的定量计算表明改性CF/VE复合材料界面性能得到较大改善。     

碳纤维/碳纳米管-环氧树脂复合材料的耐老化性能

将环氧树脂基体与氨基化碳纳米管(MWNTs)复合,制备了碳纤维/氨基化碳纳米管-环氧树脂(CF/MWNTs-EP)复合材料。表征CF/MWNTs-EP三相复合材料的断面,并在标准条件下测试其冲击、拉伸等力学性能,研究了耐老化性能。结果表明:氨基化碳纳米管的加入明显提高了材料的耐盐雾性、耐热氧老化性和耐湿热性能。氨基化碳纳米管的加入改善了纤维与基体树脂间的界面性能,同时,促进了环氧树脂的固化,降低孔隙率,导致耐老化性能显著提高。当MWNTs-NH2的添加量(质量分数)为1.0%时,在72h和168h不同盐雾时间下,三相复合材料的耐盐雾老化性比CF/EP复合材料分别提高了61.8%和67.5%。在48h、96h和168h热氧老化时间下,三相复合材料的耐热氧老化性比CF/EP复合材料分别提高了43.5%、48.5%和41.7%。在72h和168h不同湿热时间下,三相复合材料的耐湿热老化性比CF/EP复合材料分别提高了52.8%和60.0%。     

OMMT/EP/CF三元复合材料的制备及耐热性能研究

为了提高碳纤维复合材料的热学性能及高温力学性能,通过有机化蒙脱土改性环氧树脂(EP)制备了有机化蒙脱土/环氧树脂/碳纤维(OMMT/EP/CF)三元复合材料,研究了有机化蒙脱土在环氧树脂中的插层效果,有机化蒙脱土的类型与加入份数对OMMT/EP/CF三元复合材料力学性能及热学性能的影响,同时研究了温度对OMMT/EP/CF三元复合材料的力学性能的影响.研究表明,加入了有机化蒙脱土后,复合材料的力学性能及热学性能均有较大幅度的提高,同时还表明随着温度的升高,复合材料的性能逐渐降低.     

碳纤维/聚乳酸复合材料的结晶性能和流变特性

以碳纤维（CF）作填料,制备了CF/聚乳酸（CF/PLA）复合材料,CF的质量比（CF∶PLA）为1%、3%、5%、10%和15%。研究了PLA及CF/PLA复合材料的结晶性能和流变特性。结果表明,质量比≤3%时,CF在基体中起到了异相成核的作用,提高了PLA的结晶性能,XRD衍射峰强度增强,CF/PLA复合材料结晶温度和结晶度分别提高到112.5℃和30.7%,流变特性与纯PLA相似。CF的质量比增加到5%时,达到"渗流阈值",黏度激增,限制了分子链段的自由运动,导致CF/PLA复合材料结晶性能下降。CF质量比为15%时,CF/PLA复合材料结晶温度降低至93.1℃,结晶度只有2.5%。     

耐湿热老化三元复合材料OMMT/EP/CF的制备研究

为提高碳纤维复合材料的耐湿热老化性能以及力学性能,通过有机化蒙脱土(OMMT)改性环氧树脂(EP)制备了有机化蒙脱土/环氧树脂/碳纤维(OMMT/CF/EP)复合材料,研究了OMMT的插层效果,OMMT加入质量分数和类型对环氧树脂气体阻隔性及对制备的OMMT/CF/EP复合材料的剪切性能、耐湿热老化性能等的影响.研究结...     

炭黑/碳纤维/ABS电磁屏蔽复合材料的制备及其性能研究

采用硅烷偶联剂KH550改性炭黑(CB),浓硝酸氧化碳纤维(CF),将表面处理前后的炭黑和碳纤维与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂通过混炼挤出制备了电磁屏蔽复合材料,考察了炭黑、碳纤维含量及表面处理对复合材料体积电阻率和屏蔽效能的影响。实验结果表明,采用KH550改性炭黑可以达到改性目的,浓硝酸氧化碳纤维后,其表面接上了羰基和羧基。随着炭黑含量增加,复合材料的体积电阻率逐渐下降,且变化规律符合"渗滤效应",在100～1800MHz频率范围内,屏蔽效能逐渐增加,采用1%KH550改性炭黑后,导电性能和屏蔽效能均得到提高。加入碳纤维后,复合材料的导电性能和屏蔽效能均有较大提高,且含量为2%时,分别达到最大值,采用浓硝酸氧化碳纤维后,导电性能得到进一步提高,屏蔽效能提高了1dB左右。     

碳纤维/聚砜复合材料的性能和破坏形态的研究

本文着重研究了碳纤维/聚砜(CF/PSF)复合材料中纤维不同分布方式和不同含量对其性能(力学、耐磨、热机械行为等)和破坏形态的影响。短纤CF/PSF复合材料的冲击强度随CF含量的增加略有下降,抗拉和弯曲强度有所提高;而长纤CF/PSF复合材料的力学性能比纯PSF大大提高,其层间剪切强度为树脂基体PSF抗拉强度的80%左右。CF/PSF复合材料的破坏均呈现出纤维—树脂界面脱粘现象。CF/PSF复合材料比纯PSF具有更优异的耐磨性能和更高的热形变温度。     

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。     

Cu-CF/EP复合材料导电与阻尼性能研究

研究不同长径比的碳纤维(CF)对环氧树脂阻尼性能的影响,从结构设计上对CF镀铜处理,采用SEM对镀铜CF(Cu-CF)进行验证,并研究Cu-CF/EP复合材料的力学、导电以及阻尼性能。结果表明:CF表面镀铜均匀;加入较少量大长径比CF能很好地提高复合材料的冲击强度,但是弯曲强度却明显降低,而加入较多的小长径比CF对材料的力学性能有所增强。此外CF-P3200能很好地提高复合材料的导电性能和阻尼性能。     

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。     

尼龙基导热复合材料制备与性能研究

以PA6为基体树脂,不同粒径氮化硼(BN)、碳纤维(CF)复配作为基体填料,经熔融混炼模压成型制得高导热复合材料。利用热流法导热系数测试仪(DRL-II)、动态热机械分析仪(DMA)、扫描电子显微镜(SEM)、热变形温度试验机、热重分析仪(TG)对复合材料的储存模量、导热性能、微观结构、热变形温度和热稳定性能进行了表征。结果表明:碳纤维和氮化硼均匀分散在基体树脂中,不同粒径复配的氮化硼能更好的提高复合材料的导热性能。碳纤维的加入不仅增加复合材料的拉伸强度,同时起到基体内部导热网链的串联作用,基体导热性能进一步提高,制得的复合材料导热系数达到2.307W/(m·k),为纯尼龙导热系数的近十倍,复合材料的热变形温度为179.8℃。     

膨胀石墨-碳纤维/尼龙三元导热复合材料制备

以尼龙6（PA6）为基体,膨胀石墨（EG）和碳纤维（CF）作为导热填料,采用熔融共混法制备了EG/PA6、CF/PA6和CF-EG/PA6导热复合材料。重点研究当固定导热填料（CF和EG）填充量为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG的接触方式及CF-EG/PA6复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,相比单一CF填充,EG的加入有利于CF-EG/PA6复合材料热导率的增加;CF:EG质量比是25:15时的EG-CF/PA6三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/（m·K）,是PA6的8倍,拉伸强度提高了125.34%,弯曲强度提高了119.8%,同时具有优异的耐热性。SEM结果表明,纤维状CF与蠕虫状EG片层在适当的填充比例下可以形成"面接触"的三维网络结构,这种三维网络结构不仅显著增大EG-CF/PA6复合材料的热导率,而且明显提高了其力学性能和耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。      

γ射线辐射对CF PTFE/PA6复合材料性能的影响

采用超细聚四氟乙烯(PTFE)粉末作为减摩功能填料, 碳纤维(CF)作为增强材料, 制备了CF-PTFE/PA6复合材料; 利用60Co-γ射线对该复合材料进行了辐射改性, 对复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了研究, 并采用SEM观察了该复合材料冲击断面的表面形貌。结果表明: 添加8%的PTFE和13%的CF的CF-PTFE/PA6复合材料不仅具有较好的力学强度和摩擦学性能, 而且经过120 kGy辐射处理后, 其弯曲强度、拉伸强度和冲击强度分别提高了9.9%、7.9%和11.7%。      

含Fe、Ni的CF/Cu复合材料

用连续电镀法在碳纤维上镀铜后又镀Fe、Ni,制备了镀Cu-Fe、Cu-Ni的双镀层碳纤维。用它们分别制备了CF/Cu-Fe、CF/Cu-Ni复合材料,与V_t相近的CF/Cu复合材料相比,CF/Cu-Fe,CF/Cu-Ni复合材料的电阻率和弯曲强度均有不同程度的提高。通过调整碳纤维的体积分数V_f,复合材料的热膨胀系数可以明显降低。单向复合材料在断裂后,碳纤维没有明显拔出,CF/Cu-Ni复合材料的断口上,基体出现塑性变形,CF/Cu-Fe复合材料断口上的碳纤维表面上分布着不连续的瘤状物。用透射电镜分析了这两种复合材料的界面结构。CF/Cu-Fe复合材料中碳纤维表面上的不连续瘤状物是多晶的Fe₃C相,CF/Cu-Ni复合材料的界面区则是Cu-Ni固溶体相。它们对碳纤维与铜基体的结合分别起着反应型和溶解型的强化作用。     

复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,提高CF增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)力学性能。采用比表面积及孔容分析、原子力显微镜、扫描电子显微镜、热重分析仪研究了CF表面处理前后结构和形貌的变化。结果表明：CF经浓HNO₃处理后比表面积增加144.2%,CF表面沟壑加深;复合处理后有PI层包覆在 CF表面;包覆处理后CF耐热性能提高。力学性能测试表明,经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高11.34%,弹性模量提高109.2%,弯曲强度提高18.78%,冲击强度提高74.15%。     

苎麻短纤维层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料

采用热压机层压成型工艺制备了苎麻短纤维(SRF)层间增韧碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层压板,研究了SRF的长度、面密度及其表面偶联处理对CF/EP复合材料层间断裂韧性的影响,并进一步研究了SRF的铺入对复合材料弯曲、拉伸性能的影响。研究结果表明,层间SRF的铺入明显改善了CF/EP复合材料的I型和II型层间断裂韧性(G_(IC)和G_(IIC)),当表面偶联处理的纤维长度为6mm、面密度为12g·m~(-2)时,增韧效果最佳,GIC由497.48J·m~(-2)增加到667.54J·m~(-2),提高了34.24%;GIIC由508.52J·m~(-2)增加到862.11J·m~(-2),提高了69.54%。此外,铺入SRF对复合材料的弯曲、拉伸性能也有一定程度的提高。通过SEM观察发现,SRF的增韧机制与其层间桥联以及裂纹扩展过程中从基体中拔出与劈裂等现象有关。     

碳纤维随机填充橡胶复合材料导热性能的数值模拟

运用随机顺序添加算法RSA(Random sequential addition method),基于均匀化理论建立了碳纤维填充橡胶复合材料代表体积单元RVE(Representative volume element)模型,利用有限元方法数值模拟研究了碳纤维对橡胶复合材料导热性能的影响。结果表明:在相同的填充分数下,碳纤维根数对复合材料导热性能的影响较小;合理安排碳纤维空间分布及纤维取向能有效提高复合材料的导热性能;复合材料的导热性随着碳纤维填料含量及长径比的增加而增大;与理论模型相比,基于碳纤维填料随机分布模型所得模拟结果与实验值较接近,尤其在高填充分数时与实验值吻合较好,可以更好地预测纤维填料填充复合材料的导热性能,对制备具有高填充分数的高导热复合材料具有一定的指导意义。     

聚吡咯修饰碳纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度

应用等离子体技术对碳纤维(CF)表面进行预处理,然后进行液相沉积聚吡咯处理。使用X射线光电子能谱仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶红外光谱仪等手段对碳纤维表面形态和结构进行分析与表征,并进行单纤维界面剪切强度试验和SEM观测,研究了碳纤维复合材料的界面粘结性能。结果表明,等离子体预处理碳纤维沉积聚吡咯(PPy)使单纤维界面剪切强度提高了259.3%。分析结果表明,界面剪切强度的提高与纤维/树脂间的机械铆合和界面的作用力有关。等离子体预处理使碳纤维表面的羧基基团增多,在羧基和PPy之间形成氢键,从而提高了碳纤维复合材料的界面性能。