碳纳米管薄膜电加热固化复合材料胶接修补金属结构研究

近年来,复合材料胶接修补技术被广泛应用于金属损伤结构,但传统补片固化工艺有着成本高、能耗大及成型时间长等问题。针对该问题,本文提出将碳纳米管薄膜作为加热元件与复合材料预浸料补片进行集成,通过电加热固化达到修补损伤结构的目的。进行了试验研究,分别采用碳纳米管薄膜电加热和传统烘箱加热的方法固化复合材料补片修补含裂纹铝合金板,对比不同固化方法下所需能耗和成型时间,并进行力学性能测试,评估胶接修补的效果。结果表明:碳纳米管薄膜电加热固化技术是一种节能高效的方法,可以显著降低能耗和材料成型时间;同时碳纳米管薄膜电加热固化修补的试件承载力与烘箱固化修补的试件基本一致,可以达到预期的修补效果,为金属结构低能耗、低成本胶接修补技术提供了一种新的思路。     

边坡锚固用碳纤维增强复合材料的热固化工艺与性能研究

采用热固化方法制备了边坡锚固用碳纤维增强复合材料。研究了电加热固化、传统微波间接加热固化和优化后微波间接加热固化复合材料的力学及热学性能。结果表明，在电加热固化和微波间接加热固化过程的升温过程中没有出现放热峰，说明碳纤维增强复合材料在电加热固化作用下已经发生完全固化。相较于电加热固化工艺，微波间接加热固化在碳纤维增强复合材料完全固化前提下所消耗的能量仅为前者的24.97%，所需要的时间为前者的60%。微波间接加热固化碳纤维增强复合材料的拉伸性能、压缩性能、弯曲性能和层间剪切性能都高于电加热固化试样，层间剪切性能平均值相较于电加热固化提高了49.71%。     

银修饰的碳纳米管对于聚乙烯醇薄膜电学性能的影响

采用一种简单的方法用银(Ag)纳米粒子对碳纳米管(CNT)进行修饰,得到了银/碳纳米管纳米复合材料(Ag/CNTs),并将其与聚乙烯醇(PVA)共混制备薄膜;并且与加入未处理碳纳米管、处理后碳纳米管的聚乙烯醇薄膜在力学与电学性能方面进行了比较。研究发现,含有处理后碳纳米管薄膜的力学性能最好,而含有银/碳纳米管纳米复合材料的薄膜电导率最高。     

电热效应对碳纳米管修饰碳纤维复合材料剪切性能的影响

随着在航空航天领域的广泛应用,碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)既要求可以作为结构件,也要求具有导热导电等功能特性。因此,CFRPs往往面临着复杂的多场耦合环境,其中电热耦合是伴随着高导电CFRPs的应用而产生的。为分析CNTs的加入对CFRPs电热性能和剪切性能的影响,本文制备了碳纳米管(CNT)多孔薄膜,将其引入[±45°_2]_s层合板的±45°界面,研究了CNT薄膜对层合板面内电导率以及电热效应对面内剪切性能的影响,并与相应的温度载荷情况进行了对比。研究表明,CNT薄膜的引入使CFRPs电导率提升了65%～180%,使表面温度提升了10.8%～29.5%,其剪切强度、模量也均有所提高,同时,温度的升高可以提高CFRPs的力学性能,但CNTs改性CFRPs后这一现象并不明显。这充分表现出CNTs薄膜不仅可以改善CFRPs的电热性能,还可以对层间力学性能起到充分的增强作用。     

基于原位电热和酸化的碳纳米管薄膜纯化工艺研究

利用原位电热和酸化的综合处理方法对浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管薄膜进行纯化处理,对碳纳米管薄膜进行了电导率、微观形貌、热重、电热和拉曼等分析,研究了原位电热纯化时间对薄膜电学性能和纯化效果的影响。结果表明,随着原位电热时间的延长,薄膜电学性能逐渐得到提升;经过原位电热处理10 min和盐酸酸化处理后,薄膜方块电阻降低了61.8%,电导率提升了160.7%。微观形貌分析和热重分析结果显示,碳纳米管薄膜内的无定形碳和金属催化剂颗粒杂质有效减少,薄膜得到了有效纯化。拉曼分析结果显示,经过原位电热和酸化综合处理,碳纳米管薄膜内产生了少量的缺陷。     

嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的制备与性能

为了提高复合材料的阻尼性能,促进阻尼复合材料的发展,本文探索一种新的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。在T300碳纤维布上刷涂阻尼胶浆,晾干后制出规则分布的小孔,按真空导入成型工艺制备预成型体,将其放入温度试验箱进行固化,得到嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料,并将复合材料按尺寸切割成试件。对试件进行模态试验、自由衰减试验和层间剪切试验。试件板的一阶模态阻尼达到3.65%,固有频率为12.88 Hz;试件梁的一阶模态阻尼达到2.02%,固有频率为34.25 Hz;试件梁的层间剪切力最大值为6488.452 N,剪切强度为5.19 MPa。结果表明这种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料具有较好的阻尼性能与层间力学性能。     

一种碳纳米管/聚丙烯复合材料的制备方法

本发明公开了一种碳纳米管／聚合物复合材料的制备方法。通过对碳纳米管进行酸碱氧化处理来提高其表面官能化效率和降低碳纳米管的表面能，然后添加到马来酸酐接枝聚丙烯反应混合物中，再经过熔融反应挤出过程制备出碳纳米管／聚丙烯复合材料。由于碳纳米管经酸碱修饰后表面能大大降低，且碳纳米管上接枝有羟基及羧基，使之与酸酐发生反应而接枝到聚丙烯长链上，实现了碳纳米管在聚丙烯基体中良好的分散。本发明制备工艺简单，制得的复合材料具有优异的力学性能和良好的导电性能。最后产品为复合材料母粒，适用于各种常用塑料成型工艺和技术。     

碳纳米管/橡胶复合材料的制备与性能研究进展

介绍了碳纳米管/橡胶复合材料的直接共混、溶液共混、乳液共混、熔融共混、原位聚合制备工艺,综述了碳纳米管/橡胶复合材料的加工性能、力学性能和电性能,指出今后的发展方向是开发新的碳纳米管制备技术、探索碳纳米管的纯化和改性方法、研究碳纳米管/橡胶复合材料的制备技术及其结构与性能的关系.     

一种OOA成型中温固化环氧树脂芳纶纤维预浸料研究

研制一种OOA(非热压罐)成型中温固化环氧树脂芳纶纤维预浸料,对树脂进行流变性能和DSC分析,确定树脂的固化工艺。采用热熔法制备OOA成型芳纶纤维预浸料,通过真空袋法成型复合材料层压板,进行性能测试。结果表明,OOA成型中温固化环氧树脂芳纶纤维预浸料适合真空袋法成型复合材料,层压板孔隙率低,力学性能满足要求,复合材料玻璃化转变温度高,具有较好的耐热性。     

PLA/CNTs复合材料的3D打印制备及其电磁屏蔽性能研究

通过3D打印成型方式,制备多孔且具有较高内表面积的聚乳酸(PLA)基体,再通过浸渍工艺使碳纳米管(CNTs)附着在基体孔壁,成功制备了具有电磁屏蔽功能的PLA/CNTs复合材料。对复合材料进行了力学性能、电磁屏蔽性能、扫描电子显微镜(SEM)测试。结果表明:当CNTs含量为2%时,PLA/CNTs复合材料的电磁屏蔽性能高达40 dB。PLA/CNTs复合材料的力学性能也明显提高,突出了PLA/CNTs复合材料的优异性能,拓展了PLA/CNTs复合材料的应用领域。     

含碳纳米管薄膜表层的蜂窝夹芯壁板模拟雷击试验研究

近年来复合材料以其优异性能而被广泛应用于航空结构中,但复合材料的整体导电性较低,遭受雷击容易造成严重损伤,威胁结构安全。本文提出将碳纳米管薄膜与复合材料结构共固化形成导电表层,对雷击进行防护。为验证碳纳米管薄膜表层的防护效果,制备了碳纳米管薄膜表层防护的复合材料蜂窝夹芯壁板试验件,施加不同峰值的模拟雷击电流,使用高速摄像机记录其雷击过程,并通过目视和CT扫描对其损伤进行检测。结果表明:不同雷电流峰值情况下,雷电流峰值越大,试验件的表层损伤面积和内部分层损伤长度也越大;相同雷电流峰值情况下,含碳纳米管薄膜防护试验件的表层损伤面积和内部分层损伤长度明显减小,由此可以得知碳纳米管薄膜表层对复合材料蜂窝夹芯壁板的雷击损伤具有较好的防护效果。     

多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的制备与性能

经硝酸氧化纯化的碳纳米管,在离子液体[Bmim]PF6存在下,溶液混合法制备了MWNTs/PC纳米复合薄膜。利用TEM、SEM对碳纳米管处理前后的形态结构、复合薄膜的微观结构进行了表征,考察了碳纳米管用量对MWNTs/PC复合材料的电学性质和力学性能的影响。结果表明,碳纳米管比较均匀地分散在PC基体中,在[Bmim]PF6作用下改善了碳纳米管与PC的相容性,提高了复合材料的力学性能。同时得出,复合材料的导电阈值出现在碳纳米管质量分数为1.0%～2.0%的范围内。     

多壁碳纳米管薄膜增强聚间二甲苯己二酰胺复合材料

多壁碳纳米管薄膜（BP）可以提升材料的力学性能和导热、导电性能，在制备热塑性复合材料方面具有巨大的应用潜力。采用先溶液浸渍后热压成型的方法制备了聚间二甲苯己二酰胺（MXD6）/BP复合材料，研究了BP含量对复合材料热导率、电导率、拉伸强度的影响。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了碳纳米管和MXD6之间存在的π-π共轭效应，并用扫描电子显微镜（SEM）观察了MXD6在碳纳米管周围的分布。使用差示扫描量热（DSC）法和热重（TG）分析表征了复合材料的结晶性能和热稳定性，使用热导率仪、万用表和微机控制电子万能试验机测试了复合材料的导热性能、导电性能和力学性能。研究表明，在加入了碳纳米管后，MXD6的热导率、电导率和拉伸强度有了显著的提升。当复合材料中MXD6的质量分数为94.84%时，复合材料的拉伸强度达到了540.3 MPa，提高了6倍，并且复合材料的电导率达到24.814 S/cm，热导率为1.453 W/(m·K)，有效地拓展了MXD6的应用范围。     

真空辅助树脂灌注配套基体树脂的制备及性能

针对真空辅助成型技术(VARI)对基体树脂的特殊要求,结合航空材料对性能的高要求,研制了BA9912中温固化环氧树脂体系。采用VARI工艺制备了G0827/BA9912复合材料,测试了BA9912树脂浇注料及其复合材料的力学性能和耐热性能,并与国内外同类树脂进行了适当的比较分析。分析测试结果表明,BA9912树脂具有良好的力学性能、耐热性能和工艺性能,能够满足VARI成型工艺要求,适合在航空航天领域中应用。     

生产工艺对复合材料最终性能的影响

文中讨论了生产工艺对复合材料(颗粒)各项性能的影响。用具有电化学性能的亲水性颗粒作为填充剂。复合材料中还含有能决定其力学性能的增强性织物。在制备工艺的第一阶段,将颗粒研磨至所需的尺寸大小,以便与聚合物基质掺混。通过成型工艺将复合材料与织物(帘布)一起固化成所需的形状,不同的复合材料各具特色。     

电子束固化碳纤维缠绕复合材料性能研究

结合压力容器缠绕成型工艺,研究了电子束固化树脂体系的工艺性能、固化参数及力、热性能;在国内首次采用电子束固化技术制备了T700碳纤维复合材料压力容器并通过水压试验验证。试验结果表明:电子束固化环氧体系(EB-1)具有较好的工艺性能和力学性能,耐热性能优良,达到191. 4℃;采用电子束固化工艺制备的T700碳纤维/EB-1复合材料NOL环的拉伸强度为2020 MPa,层间剪切强度为68. 9 MPa;制备的150 mm压力容器的特性系数PV/Wc为44 km,达到了目前同类热固化复合材料的水平,固化周期仅为热固化复合材料的1/15。     

连续玻纤增强聚氨酯树脂复合材料制备及性能研究

采用半预聚体法制备了一种黏度低、适用期长的双组分聚氨酯树脂,与连续玻璃纤维复合制备了玻纤增强的复合材料。研究了树脂黏温特性、浇注体力学性能和热性能,以及成型工艺对复合材料性能影响。结果表明,双组分聚氨酯树脂30℃左右初始混合黏度低,适用期长;固化物的玻璃化转变温度为160℃;当复合材料最佳成型工艺条件为120℃、固化4 h、玻纤体积分数为72%时,复合材料的弯曲强度最大。     

低压成型钡酚醛增强玄武岩纤维防热复合材料研究

对低压成型钡酚醛树脂进行了性能表征,介绍了连续玄武岩纤维平纹布增强钡酚醛复合材料(CBFTC/BPF)的制备,同时研究了层压成型工艺对复合材料力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明:当树脂质量分数(含量)为30%、预固化温度为120℃、固化温度为155℃、固化压力为3.5 MPa、固化时间为7.5 min·mm~(-1)时,CBFTC/BPF复合材料的力学性能和烧蚀性能最好,此时复合材料的弯曲强度为388 MPa,弯曲模量为30.3 GPa,线烧蚀率为0.100 3 mm·s~(-1),质量烧蚀率为0.079 1 g·s~(-1)。     

快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的性能

利用差示扫描量热分析仪研究了一种快速固化环氧树脂体系的固化工艺参数,确定了以真空辅助树脂灌注工艺制备快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的成型方法,并与常规固化环氧树脂体系制备的碳纤维复合材料进行对比,采用傅里叶变换红外光谱仪对两种材料的树脂基体进行了分析,考察了两种复合材料的纤维含量、孔隙率及力学性能,最后通过扫描电子显微镜观察了快速固化树脂基体与碳纤维的界面结合性。结果表明,快速固化树脂在99℃下固化6 min后固化度可达96%,能够大幅缩减碳纤维复合材料的成型时间,以其制备的碳纤维复合材料拉伸强度比常规固化环氧树脂复合材料高11.20%,弯曲强度高16.92%,纵横剪切强度高7.44%,快速固化树脂与碳纤维界面结合性良好。     

碳纳米管/芳纶纤维复合增强PVC材料的性能研究

通过共价及非共价结合方式制备2种碳纳米管/芳纶纤维(CNTs/PPTA和CNTs-NH2/PPTA)复合材料,并用作聚氯乙烯(PVC)薄膜的增强体,利用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜等对2种碳纳米管/芳纶纤维复合材料的表面形貌进行表征,并对PVC薄膜进行力学性能研究。结果表明:共价结合碳纳米管复合材料在PVC基体中分散性优于非共价结合碳纳米管复合材料;在碳纳米管分散良好的情况下,当CNTs-NH2/PPTA质量分数为0.25%时,PVC薄膜的断裂伸长率最高可达800%。