短碳纤维的分散性与CFRC复合材料的力学性能

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是新发展起来的一种功能材料,制备CFRC复合材料过程中,碳纤维在水泥基体中的分散性直接影响CFRC复合材料的力学性能。借助超声波和分散剂羟乙基纤维素(HEC),实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散。对所制备的CFRC复合材料的断口形貌,作了SEM观察和能谱分析;测试了试件的抗压强度和抗折强度。结果发现,水灰质量比为0.44,碳纤维均匀分散,其质量掺量为0.6%时,复合材料的抗压强度可提高20%,抗折强度提高129%。     

超声作用对短切碳纤维在水溶液中分散性的影响

利用超声波振动对短切碳纤维进行分散。研究了超声振动功率、时间及分散剂质量分数对短切碳纤维在水溶液中分散性的影响。结果表明,超声振动和羟丙基甲基纤维素(HPMC)分散剂的添加能显著改善短切碳纤维的分散性;在一定范围内,短切碳纤维分散率随着超声波振动功率和作用时间先增加后趋于饱和;HPMC在水溶液中的质量分数为0.13%时分散性较好,超声振动功率为800 W,振动7 min时短切碳纤维在水溶液中可达到较好的分散效果。     

CFRC中分散剂甲基纤维素对水泥水化的影响

用直接测温、XRD、SEM及DTA等技术,系统研究了CFRC中分散剂甲基纤维素(MC)对水泥水化的水化热、初期产物与后期产物的影响.实验结果表明:添加质量为水泥干重0.5%的MC,水泥净浆出现了缓凝现象,其水化放热曲线的第二个放热峰被分割成两个放热峰,Ca(OH)2比C-S-H首先成核.在水泥净浆的后期水化中,MC并没有参与反应,其对水泥水化的最终产物没有影响,只作为一种高分子聚合物存在,增强了水泥石的强度.     

羟丙基甲基纤维素对碳纤维增强环氧树脂力学性能的影响

为了提高短切碳纤维(CF)的分散性从而提高复合材料的力学性能,通过采用羟丙基甲基纤维素(HPMC)为分散剂的方法,研究了CF增强环氧树脂复合材料(EP/CF)的力学性能。利用扫描电子显微镜(SEM)研究了HPMC作为分散剂对CF在环氧树脂中分散的影响;并利用傅里叶红外光谱法(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)分析了HPMC与基体的相互作用;采用动态热机械分析(DMA)和万能试验机表征复合材料的力学性能,通过SEM考察了材料断裂面的显微结构和断裂形态。研究表明:HPMC能有效分散CF,使得CF与环氧树脂E-51基体之间形成良好界面作用,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别提高47.5%和62.7%。     

重复升温过程中碳纤维水泥基材料的温阻特性

碳纤维水泥基材料(carbon fiber reinforced cement-based composites,CFRC)经过重复升温后,不同碳纤维掺量的CFRC材料的温阻特性各异.低于渗流阈值(碳纤维掺量分别为0.1%和0.2%,质量分数,下同)的低掺量CFRC材料,在20～130℃范围内第1次升温过程中,碳纤维掺量为0.1?RC材料电阻率随温度升高而降低;碳纤维掺量为0.2%的CFRC材料呈弥散性波动,然而在随后的重复升温过程中,在同样的温度范围内,其电阻率均随温度升高而增大.而碳纤维掺量高于渗流阈值(碳纤维掺量分别为0.3%和1.0%)的CFRC材料在同样的温度范围内,第1次升温和随后的重复升温过程中,其电阻率随温度的升高而单调减小.不同碳纤维掺量的CFRC材料在经历第1次升温后,其常温(20℃)时的电阻率均有不同程度地减小,减小的幅度随碳纤维掺量增加而降低.     

不同分散剂对复掺GO/CNFs水泥基复合材料力学和导电性能的影响

新型碳纳米材料氧化石墨烯(GO)和纳米碳纤维(CNFs)在分散性良好的前提下可用于改善传统水泥基材料的性能。采用聚羧酸减水剂(PCs)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)3种不同分散剂对复合GO和CNFs在水泥基材料中进行分散,研究分散剂种类对复掺GO/CNFs水泥基复合材料的力学及导电性能的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)对不同分散剂制备的复掺GO/CNFs水泥基试件的微观结构进行分析。结果表明:当单独使用PCs作为分散剂时,在质量分数0.05%GO和0.5%CNFs掺量下,试件的抗压强度达到最大(70.1 MPa);在0.05%GO和0.3%CNFs掺量下,试件的电阻率最小(112.65 Ω·m),且在加载条件下表现出良好的电阻率-应力变化响应。而采用SDS、SDBS两种离子型分散剂时,在GO/CNFs混合分散液的配制和试件制备过程中均会产生大量绵密且难以排出的气泡,使得水泥基复合材料的内部结构疏松,抗压强度降低,电阻率变大,导电性能下降。使用PCs单独分散的GO/CNFs水泥基试件表面水化产物结构致密,而采用SDS分散时水泥基试件微观结构疏松,且仅在100倍下即可观察到表面存在大量孔隙,因此使用PCs分散GO/CNFs对水泥基复合材料性能改善的效果最好。     

提高碳纤维分散性及碳纤维纸强度的研究

研究了碳纤维长度、分散剂种类、分散质量分数对碳纤维在水中分散性能的影响及添加粘合纤维提高碳纤维纸强度的方法。结果表明:添加分散剂能有效改善碳纤维的分散性,以APAM和PU分散剂复配使用为最佳;碳纤维越长或分散质量分数越高越难分散,适宜的碳纤维长度为2～6 mm;用木浆或热熔纤维作粘合纤维能有效提高碳纤维纸的强度。     

羟乙基纤维素/纳米纤维素稳定的Pickering乳液及其流变特性研究（英文）

以纤维素粉（α-Cellulose）为原料，通过酸水解法制备得到纳米纤维素（CNC），并对其结构和微观形貌进行了表征。选用大豆油为油相，羟乙基纤维素（HEC）/CNC复合物为乳化剂，制备得到稳定的Pickering乳液。研究CNC质量分数、油水体积比和HEC质量分数对Pickering乳液稳定性的影响，并通过流变学的手段对其进行分析。结果表明，随着HEC质量分数的增加，Pickering乳液稳定性增强。在油水体积比为8∶2,CNC质量分数为0.2%和HEC质量分数为0.4%时，乳液稳定性最强，其乳滴粒径约为20μm，稳定时长可达100天以上。与单独使用CNC稳定的Pickering乳液相比，HEC/CNC复合物稳定的Pickering乳液具有更强的稳定性和更小的液滴直径。HEC/CNC复合物稳定的Pickering乳液呈现“剪切变稀”的流变特性，即溶液中HEC质量分数增加时，乳液剪切黏度随着剪切速率的增大而降低，剪切应力则相应地增强。     

HEC/CMC混合物水溶液流变性质的研究

采用旋转粘度计研究了HEC/CMC混合物水溶液的流变性质。结果表明 ,混合物体系中羧甲基纤维素 (CMC)含量高时 ,流动曲线符合幂律模型 ;羟乙基纤维素 (HEC)含量高时 ,则偏离幂律模型。同时还探讨了混合体系中溶液粘度的加和性以及温度依赖性     

羟乙基纤维素填充大豆蛋白塑料的结构和性能

将羟乙基纤维素(HEC)填充大豆分离蛋白(SPI)制备出生物可降解SPI/HEC复合材料(ES),并用X-射线衍射、差示扫描量热法、扫描电镜和拉力测试表征其结构和力学性能。值得关注的是,仅仅加入5%(wt)的HEC即可使复合材料的拉伸强度达到11.74MPa(比纯大豆分离蛋白材料增加了60%),同时其断裂伸长率增加了50%。HEC在共混材料内部因含量的增加,由单分子分散逐渐聚集形成独立的结晶微区,导致增强效果的降低和伸长率的明显下降。当HEC以单分子分散并通过其伸出的侧基嵌入基质时,较强的组分间相互作用实现了材料的同步增强增韧,是提高力学性能的最佳形式。     

Dispersion of carbon fibers and conductivity of carbon fiber-reinforced cement-based composites

Dispersion of carbon fibers in the cement matrix remains a hot topic in the preparation of carbon fiber-reinforced cement-based composites (CFRC) because it affects greatly both the mechanical and electrical properties of the composites. In this work, a new dispersant hydroxyethyl cellulose was used with the aids of pre-dispersion by ultrasonic wave to realize the uniform distribution of chopped carbon fibers in the cement matrix. The fracture surface of the prepared CFRC was observed by scanning electron microscopy, the elemental distribution was investigated by energy dispersive spectroscopy, and the components was analyzed by X-ray diffraction. Influences of carbon fiber lengths and contents, water/cement weight ratio, molding process, curing time, and silica fume content over the conductivity of the CFRC composites were studied. The mechanism of conductivity was discussed. Results shown that the electrical resistivity intended to decrease with the increasing of carbon fiber contents. The mass fraction 0.6% of carbon fibers was a turning point. The concentration of hydroxyethyl cellulose between 1.66% and 1.86% was mostly beneficial for the dispersion of carbon fibers. The resistivity was increased first and decreased then with the increase of water/cement ratio. When the CFRC sample was prepared by the vibrating pressing method, the resistivity of the sample was reduced far greatly than that of the sample by the vibrating method. The incorporation of silica fume into the CFRC composites exerted not only a good effect on the dispersion of carbon fibers, but also increased the density of the composites to further influence the conductivity of the CFRC.     

炭纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的电磁性能

炭纤维增强水泥基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Cement Composites,CFRC)是新发展起来的一种电磁屏蔽材料,它是防止电磁污染的防护性功能材料之一。本文阐述了炭纤维增强水泥基复合材料的制备成型工艺;分析了炭纤维掺入量和长度、水灰比和密实成型制备工艺、炭纤维分散性、养护龄期、外加剂、炭纤维表面化学气相沉积(CVD)处理等因素对CFRC力学性能、导电性能、压敏性能及电磁性能的影响。合适的炭纤维掺入量和长度、炭纤维的均匀分散、合理的水灰比和炭纤维表面处理是影响CFRC导电性能和电磁性能的主要因素。CFRC对电磁波的屏蔽效果除利用屏蔽效能从反射电磁波角度衡量外,亦可从吸收电磁波角度利用反射率进行评价。     

Solution spinning of cellulose carbon nanotube composites using room temperature ionic liquids

Multiwall carbon nanotube (MWCNT)/cellulose composite fibers were processed from solutions in ethyl methylimidazolium acetate (EMIAc). Rheological percolation in MWCNT/Cellulose/EMIAc solution was observed above 0.01 mass fraction of MWCNT, while electrical percolation in oriented fibers was observed above 0.05 mass fraction of MWCNTs with respect to the weight of the cellulose. Cellulose orientation and crystal size were significantly higher in the composite than in the control cellulose fiber. In addition, in the composite fiber, carbon nanotube orientation was higher than cellulose orientation. At 0.05 mass fraction MWCNT, fiber tensile strength increased by about 25%, strain to failure increased by 100%, and modulus essentially remained unchanged. The composite fibers showed lower thermal shrinkage than the control cellulose fiber. The axial electrical conductivity at 0.1 mass fraction MWCNTs in these oriented fibers was more than 3000 S/m.     

碳纤维在水溶液中的分散性研究

本文研究了不同长度、不同基质的碳纤维在水溶液中的分散性,以及不同分散剂的分散效果。     

纤维素在NaOH/硫脲/尿素水溶液中的流变性能研究

采用新型碱复合溶剂NaOH/硫脲/尿素水溶液作为溶剂溶解纤维素,对纤维素溶液的流变性能进行探索,从而为纤维素/NaOH/硫脲/尿素溶液纺丝提供理论依据。研究结果表明,纤维素溶液表现出非牛顿流体的性质,溶液的粘流活化能随纤维素质量分数以及剪切速率的不同而有所差异,纤维素溶液的结构黏度指数随着温度的升高、纤维素质量分数的增大而增大。5~25℃是所测的纤维素溶液纺丝的适宜温度范围,随着温度的升高,凝胶点开始出现,且凝胶点随着温度的升高向高频率的方向移动。随着纤维素质量分数的增大,纤维素溶液凝胶温度降低。     

两种表面活性剂对碳纤维的协同分散作用分析

探讨了纤维分散剂与减水分散剂的作用机理,并确定了提高碳纤维水泥石均匀性所需要的两种表面活性剂的合适掺量.研究结果表明:纤维分散剂可以有效地分散纤维,但对胶结料粒子的分散是不利的;减水分散剂可以有效的分散胶结料粒子;二者协同作用可以有效提高整个纤维-水-胶结料粒子体系的均匀性;纤维分散剂的适用掺量为0.3～0.4%,减水分散剂的适用掺量应大于1.2%.     

MWCNTs含量对纤维素/[BMIM]Cl溶液及其纤维性能和形态结构的影响

分析了经表面功能化的MWCNTs(多壁碳纳米管)在纤维素/[BMIM]Cl(1-丁基-3-甲基咪唑氯盐)体系中的分散稳定性,探讨了MWCNTs/纤维素/[BMIM]Cl溶液的流变行为,并通过干湿法制备了不同MWCNTs含量的离子液体法纤维素纤维,对其力学性能和表面形态结构进行了研究。结果表明:MWCNTs/纤维素/[BMIM]Cl溶液为切力变稀流体。随着溶液中MWCNTs添加量的增加,溶液表观黏度先增大后减小;适量的MWCNTs可以均匀分散在纤维素/[BMIM]Cl溶液体系中并具有良好的可纺性,所制得的MWCNTs/纤维素纤维表面较光滑且力学性能明显改善。其中,含1%MWCNTs的纤维素纤维的初始模量和断裂强度较高,分别比未添加MWCNTs的纤维提高66.7%和22.7%。     

阳离子型高分子分散剂的制备及应用研究

通过自由基引发溶液聚合,以二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为阳离子共聚单体,过硫酸钾（KPS）为引发剂,与羟乙基纤维素（HEC）共聚制得阳离子型高分子分散剂PHD,通过正交实验得到最优反应条件为：m（HEC）∶m（DMDAAC）=0.6∶10,引发剂w（KPS）=1%（以DMDAAC的质量计,以下同）,反应温度75℃,反应时间2h。用IR对产物进行了表征,将产品（PHD）应用到高岭土泥浆中,对其流动性能进行测试,并通过SEM对分散体系的微观形貌进行分析,结果表明,PHD对陶瓷用高岭土具有良好的分散效果。     

炭纤维增强水泥复合材料的制备及力学性能研究

 本文采用羧甲基纤维素钠(Sodium Carbonxymethyl Cellulose， CMC)与硅微粉(Fine Silica Fumes， SF) 作为复合分散剂对PAN基炭纤维进行协同分散来制备炭纤维增强水泥复合材料(Carbon Fiber Reinforced Cement Composites， CFRCC)，研究了炭纤维用量、分散剂配比及水灰比对其强度的影响。试验结果表明，此法对纤维具 有良好的分散效果。经过对各个掺量进行优选发现，在炭纤维为水泥掺量的1%，CMC和SF的分别为0.05%和15%，水 灰比为0.30～0.32时效果最好，所得CFRCC 7d（7天）的抗折和抗压强度分别提高了31.22%和41.25%。