聚乙烯/ 石墨纳米复合材料的制备、结构和导电性

用溶液插层(SI ) 和母料熔体混合(MMM ) 方法制备了聚乙烯(PE ) / 马来酸酐接枝聚乙烯(gPE ) / 膨胀石墨(EG) 导电纳米复合材料, 以直接熔体混合(DMM ) 法制备的PE/ gPE/ EG、PE/ EG复合材料作对照, 通过电导率(σ) 测试, TEM、SEM、OM 观察和DSC 分析, 研究了制备方法、EG体积或质量分数( ? 或f_m ) 和gPE质量含量( C_g ) 对复合材料结构和σ的影响。结果表明, SI、MMM、DMM 法制备的C_g/ f_m = 115 复合材料和PE/ EG对照材料的逾渗阈值?_c 分别为2.19 %、3.81 %、4.68 %和5.35 %;当C_g/ f_m 由1 增至4 时, MMM、DMM 法制备的f_m = 9 %复合材料的σ分别跃升12 和8 个数量级;产生这些差异和现象的原因, 可根据复合材料中EG分散相形态和内部微结构随制备方法、?和C_g/ f_m 的变化, 按逾渗理论来解释。     

PP/PET原位成纤复合材料的增强效应

用挤出-拉伸-注塑法制得了PP/PET原位成纤增强复合材料,以不拉伸的普通共混材料作对照,研究了PET质量含量(C_m)对PET成纤性和材料拉伸强度(σ_t)及模量(E)的影响及其作用机制。结果表明,C_m由0增至20%时,PET纤维数量增多,纤维直径及其分散性以C_m=15%为界先减少后增大;材料的σ_t、E在C_m=15%时有最大值,分别比纯PP提高约20%和70%。熔体拉伸时分散相液滴的聚结-形变成纤对PET相形态随C_m的变化起关键作用,分散相对基体增强效应与两相界面缺陷效应的相互竞争,纤维对基体增刚作用受纤维数量和细度的双重控制,分别是决定材料σ_t~C_m、E~C_m关系的支配因素。     

表面改性对Cf/HA-PMMA混杂生物复合材料的结构及性能的影响

采用原位合成与溶液共混相结合的方法，制备了短切碳纤维(C_f) 增强纳米羟基磷灰石(HA)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料。重点研究了短切碳纤维和纳米HA粒子表面改性前后对C_f/HA-PMMA复合材料微观结构和力学性能的影响。采用XRD、FTIR、XPS和SEM等对纳米HA粒子、碳纤维和复合材料的组成结构及断面的微观形貌等进行测试和表征，使用万能材料试验机测试其弯曲、压缩性能。结果表明：经表面氧化的碳纤维和用卵磷脂改性后的纳米HA与PMMA基体的界面结合性明显得到改善；采用卵磷脂表面改性后的纳米HA及表面预氧化后的碳纤维制备的C_f/HA-PMMA复合材料的弯曲性能得到显著提高，与采用未表面改性纳米HA和未表面氧化碳纤维所制备的C_f/HA-PMMA复合材料相比，弯曲、压缩强度和弹性模量分别提高1.6倍、2倍和4.3倍。     

纤维体积含量对C/7740复合材料性能的影响

本文研究了纤维体积含量(V_f)与碳纤维/7740玻璃的相对密度(Ds)抗弯强度(σ_b)和冲击韧性(ak)之间的关系。用泥浆浸渗法制带及热压成形技术制备试样。实验结果表明:材料的Ds随V_f的增加而降低;σ_b和ak值开始随V_f的增加而增大,在V_f为40%左右时出现极大值,之后随V_f增加而降低。对V_f为4096样品的σ_b分布规律进行了分析,表明:其σ_b服从韦布尔分布。所获材料的最高σ_b为370Mpa,ak值为31KJm-2。     

Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料高温拉伸强度的理论分析

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,对该混杂复合材料的高温(300℃)强度性能进行了实验和理论分析。在综合考虑纤维长度变化规律、热应力诱发位错强化和纤维弥散硬化等因素对复合材料强度影响的基础上,对复合材料强度预测的混合律模型加以发展和修正,建立了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂复合材料的高温(300℃)强度预测模型。利用该模型得到的高温强度理论值所反映的规律与实验值所反映的规律吻合良好,该模型具有一定的正确性和实用性。     

裂解工艺对先驱体转化制备Cf/SiC材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,经8个周期的反复真空浸渍-交联-裂解处理制备出三维编织碳纤维增强碳化硅(3D-B C_f/SiC)复合材料,考察了裂解工艺对材料结构与性能的影响。结果表明:提高裂解升温速率可以提高材料密度,形成较理想的界面结合,从而提高材料的力学性能。裂解温度对材料性能也有较大的影响,C_f/SiC复合材料在第6个周期采用1600℃ 裂解可以弱化纤维与基体之间的界面,提高材料致密度,材料的力学性能也得到较大改善。裂解升温速率为15℃/min,第6个周期采用1600℃裂解制备的C_f/SiC材料性能较好,弯曲强度达到556.7 MPa。     

低分子量聚碳硅烷制备3D-Cf/SiC复合材料

研究了低分子量聚碳硅烷 (PCS) 通过先驱体浸渍裂解 (PIP) 工艺制备C_f/SiC复合材料。分析表明:PCS的数均分子量为400,活性较强,陶瓷化产率为70％左右,在1200℃基本转化为微晶态的β-SiC。分别通过3种不同升温速率制备了3D-C_f/SiC复合材料试样,其弯曲强度分别为745.2MPa、686.7MPa和762.5MPa,明显高于文献报道3D-C_f/SiC复合材料弯曲强度300~500MPa的水平。试样断口的SEM照片均显示长的纤维拔出,有良好的增韧效果,低分子量PCS裂解得到的基体比较致密。实验结果说明,低分子量PCS适合于制备3D-C_f/SiC复合材料,并且提高升温裂解速率对材料性能影响很小。     

氧化铝体积分数对Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料干滑动摩擦磨损行为的影响

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并探讨了Al₂O₃纤维对该混杂复合材料干滑动摩擦磨损行为的影响。结果表明:混杂复合材料的摩擦系数以及从轻微磨损到急剧磨损转变的临界载荷均随着Al₂O₃体积分数的增加不断增大。在轻微磨损阶段,复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离,且Al₂O₃体积分数为12%时混杂复合材料的磨损率最低。发生严重磨损时,基体和复合材料的磨损机制均为严重的粘着磨损。     

UD-Cf/SiC陶瓷基复合材料的高温拉伸性能

采用两种形状(纺锤形、矩形)的拉伸试样对热压单向M40JB-C_f/SiC和T800-C_f/SiC复合材料进行了高温拉伸强度测试,得到了C_f/SiC复合材料的拉伸强度,并对纺锤形试样断裂应变的表达式进行修正,得出了复合材料的弹性模量。M40JB-C_f/SiC复合材料1300℃的拉伸强度及模量分别为374 MPa和134 GPa, 1450 ℃的拉伸强度及模量为338 MPa和116 GPa,T800-C_f/SiC复合材料1300 ℃拉伸强度和模量为392 MPa 和115 GPa。测试结果与试样的断裂方式密切相关,在有效部位断裂的测试结果大于在非有效区断裂的测试结果。M40JB-C_f/SiC复合材料的拉伸断裂应力-应变曲线表现出塑性变形的非线弹性破坏特征,而T800-C_f/SiC主要表现为线弹性特征。     

Cf-ZrW2O8/9621复合材料制备及碳纤维和ZrW2O8含量对其热膨胀的影响

热膨胀是影响复合材料性能和使用寿命的主要因素之一。为研究具有低/负热膨胀的复合材料,本文以碳纤维粉、ZrW₂O₈颗粒和环氧树脂为原料,采用模压法制备了C_f-ZrW₂O₈/9621环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维粉和ZrW₂O₈颗粒含量对复合材料热膨胀行为的影响规律,并分析了不同温度区间内C_f-ZrW₂O₈/9621环氧树脂基复合材料热膨胀的变化规律。研究结果表明:在30~200 ℃范围内,当ZrW₂O₈颗粒含量不变时,随着碳纤维粉含量的增加复合材料的平均热膨胀系数逐渐降低,其中碳纤维粉含量增加到12%时,复合材料的平均热膨胀系数最低,为29.9×10^{-6/℃,降低了约60%;当碳纤维粉含量不变时,ZrW₂O₈颗粒含量逐渐增加到12%时,复合材料的平均热膨胀系数呈现先减小后增加的趋势,当ZrW₂O₈颗粒含量为9%时,复合材料的热膨胀系数最低,为40.8×10-6}/℃,降低了约28%。在30~200 ℃范围内,C_f-ZrW₂O₈/9621复合材料在热膨胀过程中,温度升高后试样长度的变化量dL与试样原始长度L₀的比值出现增加、减小和增加3个阶段。碳纤维粉和ZrW₂O₈颗粒均能够降低复合材料的热膨胀系数,但碳纤维粉降低复合材料热膨胀的效果比ZrW₂O₈颗粒更好些。     

CVD-SiC界面改性涂层对气相渗硅制备C_f/SiC复合材料力学性能的影响

在气相渗硅制备C_f/SiC复合材料时,界面改性涂层非常重要。良好的界面改性涂层一方面起到保护碳纤维不受Si反应侵蚀的作用,另一方面起到调节纤维和基体界面结合状况。通过在C纤维表面制备CVD-SiC涂层来进行界面改性,研究CVD-SiC界面改性涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能和断裂特征的影响,并分析其影响机制。结果表明:无CVD-SiC涂层改性的C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其强度、模量和断裂韧度分别为87.6MPa,56.9GPa,2.1MPa·m1/2。随着CVD-SiC涂层厚度的增加,C_f/SiC复合材料的弯曲强度、模量和断裂韧度呈现先升高后降低的趋势,CVD-SiC涂层厚度为1.1μm的C_f/SiC复合材料的力学性能最好,其弯曲强度、模量和断裂韧度分别为231.7MPa,87.3GPa,7.3MPa·m1/2。厚度适中的CVD-SiC界面改性涂层的作用机理主要体现在载荷传递、"阻挡"Si的侵蚀、"调节"界面结合状态3个方面。     

中间相沥青基碳纤维石墨化度对Cf/Al界面损伤的影响

以不同石墨化度的中间相沥青基碳纤维为基底磁控溅射构筑Cf/Al界面,研究了不同石墨化度Cf/Al界面微观结构的演变,并与聚丙烯腈碳纤维比较揭示了Cf/Al界面的损伤机制。结果表明：随着石墨化处理温度的提高中间相沥青基碳纤维的石墨微晶尺寸增大、取向度和石墨化度提高,Cf/Al界面的反应程度降低和碳纤维损伤减少。不同石墨化度Cf/Al界面的损伤决定于初始缺陷的数量和后续裂纹在碳纤维内部的增殖和扩展。在2400℃和2700℃石墨化处理使裂纹更容易在中间相沥青基碳纤维石墨微晶片层间扩展,去除镀层后纤维损伤比聚丙烯腈碳纤维分别高5.19%和3.70%;在3000℃石墨化处理后,化学惰性较大的中间相沥青碳纤维使界面反应产生的缺陷数量大幅度减小,去除镀层后纤维的损伤比聚丙烯腈碳纤维低1.85%。     

铝基复合材料摩擦磨损性能研究

为研究碳纤维对Al1O3f/ZL109复合材料摩擦磨损性能的影响,进一步提高金属基体的摩擦磨损性能,利用液态模锻法制备了(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料,并研究了该材料的摩擦磨损性能.结果表明:各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的磨损量均随载荷的增加而增大,但复合材料的磨损量均低于ZL109基体,且在总纤维体积分数为12%的复合材料中,(4?,8%Al2O3f)/ZL109复合材料具有最低的磨损量;各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的摩擦因数均随载荷的增加而减小.(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的耐磨性由碳纤维与氧化铝纤维性能及基体共同决定.     

颗粒分散技术在真空液相浸渗制备Cf/Al复合材料中的应用

采用真空反压液相浸渗工艺,以碳纤维增强铝为研究对象,探讨了M40J纤维增强AlMg10复合材料制备工艺中,SiC及淀粉分散颗粒对复合材料微观组织及性能的影响。结果表明,碳化硅可以减少铝液在束内的浸渗阻力,并使纤维分布均匀,从而提高复合材料构件的成型性和力学性能。经过5%SiC+3%淀粉溶液的分散后,复合材料的体积分数由72%降低到51%,而复合材料的拉伸强度提高了131MPa,达到498MPa。     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

Dielectric properties of epoxy/short carbon fiber composites

The dielectric properties of epoxy/short carbon fiber composites at different concentrations 0, 5, 10 and 15% by weight, different thicknesses 2 and 4 mm, and frequency in the range from 20 Hz to 1 MHz were characterized. Scanning electron microscopy and differential scanning calorimetry were utilized. The alternating current (ac) electrical properties (complex impedance, dielectric constant, dielectric loss, real part of electric modulus, imaginary part of electric modulus, electrical conductivity, and relaxation time) were determined. It was found that the applied frequency, filler concentrations, and composite thickness affected the ac electrical properties of the epoxy/carbon fiber composites. The dielectric behaviors of the interfacial polarization between epoxy matrix and carbon fibers could be described by the Maxwell–Wagner–Sillars relaxation. The analysis of the complex electric modulus in the frequency range from 20 Hz to 1 MHz revealed that the interfacial relaxation followed the Cole–Davidson distribution of relaxation times. The universal power-law of ac conductivity was observed in the epoxy/carbon fiber composites. The calculated power exponent (near unity) is physically acceptable within this applied model.     

Fabrication and characterization of fully biodegradable natural fiber-reinforced poly(lactic acid) composites

Polymer composites were fabricated with poly(lactic acid) (PLA) and cellulosic natural fibers combining the wet-laid fiber sheet forming method with the film stacking composite-making process. The natural fibers studied included hardwood high yield pulp, softwood high yield pulp, and bleached kraft softwood pulp fibers. Composite mechanical and thermal properties were characterized. The incorporation of pulp fibers significantly increased the composite storage moduli and elasticity, promoted the cold crystallization and recrystallization of PLA, and dramatically improved composite tensile moduli and strengths. The highest composite tensile strength achieved was 121 MPa, nearly one fold higher than that of the neat PLA. The overall fiber efficiency factors for composite tensile strengths derived from the micromechanics models were found to be much higher than that of conventional random short fiber-reinforced composites, suggesting the fiber–fiber bond also positively contributed to the composites’ strengths.     

空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料力学性能

对不同填充质量比的改性空心玻璃微珠(HGB)/环氧树脂复合材料进行了拉伸、压缩准静态实验。研究了改性空心玻璃微珠不同填充量对复合材料密度、弹性模量、拉伸强度和压缩强度的影响,并分析其应力松弛。实验发现,材料的各项数据随填充比增加均有所降低。空心玻璃微珠的填入使材料表现出脆性破坏,但破坏前有较大的变形,破坏后回弹率大,说明玻璃微珠的填充增强了材料的弹性。HGB/环氧树脂复合材料具有明显的应力松弛现象,且填充比越高,应力松弛速率越大,可见HGB/环氧树脂复合材料具有明显的黏弹性。     

Processing and characterization of chemically modified wood sawdust reinforced (diospyros,dialium) epoxy composites

Polymer composite materials based on natural fiber such as wood had been widely used for research purposes and engineering interests. The interest in wood reinforced polymer composites had grown quickly due to their better performance in aspects of mechanical properties compared to pure wood. In this study, wood sawdust of diospyros (kayu malam) and dialium (keranji) were chosen to be incorporated into an epoxy-based polymer composite. The wood is made into sawdust, which was treated with boric acid and hydrogen peroxide. Surface treatment with these reagents was used to improve the mechanical properties of the polymer composite compared to untreated wood polymer composite. Sawdust reinforced epoxy composite that was fabricated are with different weight percentages from 0 % (no wood), 5 %, 10 %, 15 % to 20 % wt % for comparison on their tensile, flexural, and impact strength properties. Tensile, flexural, and impact tests were performed to determine the changes in mechanical properties where it was found that tensile strength had increased by 34 percent with an optimum keranji and kayu malam fiber weight of 15 wt % for both boric acid and hydrogen peroxide treatments. For flexural strength, in both wood fibers, the optimum fiber weight was found to 15 wt %, and the addition of wood had increased the strength by 57 percent. As for impact strength, it decreased as the weight of fiber increased, where it was assumed that the addition of wood might have increased the crack initiation. Adhesive bonding between hydrophilic wood sawdust and the hydrophobic epoxy polymer was the phenomenon that was focused on this research. The range of optimum weight percentage of sawdust would be determined from the experiment result.     

尼龙6短纤维—NR／SBR复合材料的研究

用RFL溶液作为纤维的增粘处理剂,研究了尼龙6短纤维-NR/SBR复合材料的物理机械性能和应力松弛特性;并利用抗平衡溶胀法(RES)和SEM分析了纤维与橡胶基质间的粘着效应以及复合材料的形貌结构。结果表明,经RFL处理的尼龙6短纤维与橡胶产生了强的粘着,并具有良好的分散性和取向性,从而使橡胶的物理机械性能得到很好的改善,并赋予复合材料显著的力学各向异性。