CF-CNTs多尺度增强体的制备及CF-CNTs/环氧树脂复合材料力学性能

利用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维(CF)表面生长碳纳米管(CNTs),制备了CF-CNTs多尺度增强体,增强体与环氧树脂(EP)结合得到CF-CNTs/EP复合材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)等方法研究了不同CVD工艺参数对CF-CNTs多尺度增强体的影响,并研究了不同CVD时间对CFCNTs/EP复合材料力学性能的影响。结果表明:沉积温度为500℃、沉积时间为10min、反应压力为0.02 MPa时,制备得到的多尺度增强体性能最好。CF-CNTs多尺度增强体较未生长CNTs的碳纤维与环氧树脂的浸润性明显提高。在CVD时间为10min时,所得CF-CNTs/EP复合材料的界面剪切强度(IFSS)最大可提高90.6%,层间剪切强度(ILSS)最大可提高24.4%。同时,在制备环氧树脂复合材料过程中碳纤维的不加捻与加捻相比,其ILSS提高了11.3%。     

碳纳米管增强铝基复合材料的制备及其力学性能表征

利用高速剪切和球磨相结合的工艺,用石蜡辅助分散,制备得到碳纳米管(CNT)/铝复合粉体,随后采用常压烧结与大气热压相结合的工艺成型,最后经过热挤二次加工制备得到CNT增强铝基复合材料.结果表明,采用石蜡辅助的球磨混合分散工艺能显著改善CNT在基体中分布的均匀性,常压烧结后大气热压能显著提高材料致密度,达到类似热压烧结的效果,使材料力学性能显著提高;随着CNT含量的增加,复合材料的拉伸强度和布氏硬度逐渐升高,当CNT质量分数增加到2.0％时达到最大值,分别为245MPa和106.66N/mm2.     

聚乙烯自增强复合材料的制备及力学性能

采用超高模聚乙烯纤维分别增强高密度聚乙烯和低密度聚乙烯基体，在不同的工艺条件下制备样品，对样品进行纵横向拉伸和剪切性能的测试，探讨聚乙烯自增强复合材料界面性能。     

云母的磁改性及其聚合物有序复合材料的制备

通过磁场诱导，制备了环氧树脂／云母高度取向复合材料．采用化学共沉淀法，先在云母表面包覆上一层强磁性纳米粒子．将磁改性云母分散在环氧树脂基体中，在外加磁场诱导下，云母在基体中沿一定方向取向排列。通过SEM，XRD等表征手段对样品的形貌和结构进行了分析，结果表明，云母片在基体中彼此平行排列．     

随机源对颗粒增强金属基复合材料力学性能影响的多尺度分析及实验验证

20%(体积分数)SiC_p/2009Al复合材料的准静态拉伸实验结果表明,其失效应变等力学参数具有明显的分散性。采用多尺度有限元的方法研究了两类随机源对20%SiC_p/2009Al宏观力学性能的影响。通过对一系列含随机源的细观多颗粒代表体积单元模型进行准静态拉伸模拟,得到了材料失效应变和断裂能各自的随机分布特征及两者之间的相关性特征,然后结合宏观试样模型,实现了实际材料内不同区域材料性能随机性的表征。研究表明,宏观有限元结果与实验数据的吻合性较好,且由于考虑了随机源的影响,宏观有限元结果还能够很好地模拟失效应变等的分散性特征。     

多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验

基于水泥基材料多尺度的结构特征及破坏过程,设计了一种由钢纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维以及碳酸钙晶须构成的多尺度纤维增强水泥基复合材料（MSFRCC）,研究了其抗压强度、抗弯强度、弯曲韧性、多缝开裂形态以及断裂过程等基本力学性能。结果表明：基体材料的强度和韧性均得到了显著提高;MSFRCC在弯曲荷载作用下表现出了硬化行为和多缝开裂模式。扫描电子显微镜和断裂试验结果证实了多尺度纤维在水泥基复合材料破坏过程中发挥了多尺度阻裂作用。研究认为：通过对纤维进行多尺度组合设计,可以显著改善水泥基复合材料的韧性,廉价的碳酸钙晶须可以适量取代钢纤维和PVA纤维。     

连续碳纤维增强新型聚氨酯弹性体复合材料：制备和表征

探讨了新型聚氨酯（PUR）-碳纤维（CF）复合材料的制备和表征。通过使用不同涂层处理的单向连续碳纤维（包括没有涂层，环氧树脂涂层和聚醋树脂涂层），模型制备PUR-CF复合材料，实现了对PUR弹性体的增强。即使在相对较低的CF含量下，PUR仍然实现了很大的增强。例如，CF含量为3％（质量百分比）的PUR—CF复合材料的最大应力和杨氏模量分别比聚氨酯基体高3～5和4～10倍。此外，还发现了杨氏模量与CF含量的线性关系以及最大应力与CF含量的线性关系。通过应力——应变研究和扫描电子显微镜（SEM）观察发现，CF对PUR基体的粘附在各种情况下都很强。然而，在CF含量一定时，研究发现PUR增强的程度主要依赖于CF的涂层，按以下顺序递增：环氧树脂〈聚氨酯树脂〈无涂层，以及CF涂层对PUR增强的影响。     

碳纤维/碳纳米管增强基体多尺度混杂复合材料的研究现状和趋势

碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)具有非常优异的刚度和强度。CNT增强基体的传统连续纤维多尺度混杂复合材料既具有优良的纤维主导力学性能又有好的基体主导力学性能,具有广泛的应用前景。综述了国内外在碳纳米管增强基体的多尺度混杂复合材料力学性能,制备和数值模拟等方面的最新研究进展。提出了进一步研究需要解决的两个关键问题:(1)量化CNT对传统复合材料的增强效果;(2)阐明CNT对多尺度混杂复合材料的增强机制,并提出了相应的研究手段。     

绿色路用纤维增强水泥基复合材料制备及其韧性表征

为提高传统混凝土的路面抗变形能力,采用橡胶粉和玄武岩束制备绿色路用纤维增强水泥基复合材料(FRCC)。对材料的力学特性、韧性指标以及微观结构进行分析,结果表明:单掺橡胶粉时,材料的强度随橡胶粉掺量增加整体呈下降趋势,但其折压比随橡胶粉掺量增加有所提高,试件破坏过程中表现出一定的延性。复掺0.6%、0.8%和1.0%玄武岩纤维束时,材料的强度和折压比均有很大程度的提高,其荷载-挠度曲线具有明显的弯曲硬化特征,峰值荷载所对应的挠度比单掺10%橡胶粉的试验组提高了30%~110%,全曲线所包围面积为单掺10%橡胶粉试验组的14.4~30.3倍。采用初始弯曲韧性比进行弯曲韧性表征结果与折压比之间具有良好的线性相关性。     

HA/HDPE多尺度生物复合材料的制备与力学性能

采用原位矿化复合-固相挤出技术制备羟基磷灰石/高密度聚乙烯(HA/HDPE)复合材料。结果表明,原位矿化-固相挤出制备的HA/HDPE复合材料是一种纳米HA颗粒均匀分散、界面结合强度高、HA/HDPE复合纤维定向排列的多尺度结构复合材料,在纳米尺度上HA均匀分散在HDPE基体中,在微米尺度上形成HA/HDPE复合纤维,在显微尺度上定向排列的HA/HDPE复合纤维形成织构结构。该HA/HDPE多尺度结构复合材料的力学性能与传统的熔融挤出的HA/HDPE复合材料相比有显著提高,拉伸强度达到245MPa,弯曲强度达到165MPa,拉伸模量为18.1GPa,力学性能均达到人体皮质骨的力学要求。     

复合TiO2纳米管制备与表征

首次采用温和的制备方法制得Al2O3-TiO2纳米管.TiO2粉体在700℃下熔融、110℃水热反 应,制备了管径约为数纳米、单层管壁厚约为0.2纳米,管长约为数微米的复合Al2O3-TiO2纳米管.组织形貌和特性使用TEM、DRS和XRD进行表征.由于Al2O3的沉积在TiO2纳米管上,导致纳米管对紫外光的吸收蓝移40 nm.并对其形成机理进行了讨论.     

HA-n-ZrO2核壳层复合陶瓷微粉材料的制备与表征

采用水热-沉积原位分步反应法.制备了羟基磷灰石(HA)-氧化锆(ZrO2)复合微粉,采用XRD和TEM对复合微粉的物相、形貌和大小进行了表征.对复合微粉进行模压成型、热处理制备了复合陶瓷试样,并测试其力学性能.结果表明:所得复合微粉以纳米级四方相ZrO2为核心,逐层包覆HA,形成核-壳层结构(HA-n-ZrO2);...     

复合增强聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备研究

提出了一种新的中空纤维膜增强方法.采用非溶剂致相分离法,将聚偏氟乙烯铸膜液和作为基膜的高固含量聚偏氟乙烯铸膜液,与芯液一起,通过特殊结构的纺丝喷头同时挤出,制备复合增强的聚偏氟乙烯中空纤维膜.期望复合膜保持原有孔径和高通量,同时具有更高的断裂强力.研究了复合层配方对膜结构和性能的影响.结果表明,随着复合层聚偏氟乙烯固含量减少,靠近外皮层的指状孔结构向大空穴结构转化,外表面开孔数和孔径增加,纯水通量增大,断裂强力有所减小.     

碳球/有序介孔碳复合涂层的制备及其防护性能

以可溶性酚醛树脂为碳前驱体,三嵌段共聚物F127为模板剂,碳球为填充相,经旋涂及溶剂蒸发诱导自组装,在不锈钢基体上构筑了具有高疏水性的碳球/有序介孔碳微纳米复合涂层.进一步利用PT-FE进行表面氯化修饰,获得了超疏水性能,润湿角达142°.扫描电子显微镜显示该复合涂层具有微米级褶皱/纳米级介孔孔道的复合结构.在模拟的海...     

中温固体氧化物燃料电池Ag-BSB阴极材料制备及性能表征

为发展中温固体氧化物燃料电池阴极材料,固相反应法制备了 Bi0.89Ba0.11O1.445(BSB)粉,用 X- ray衍射方法考察了其成相温度,表明在700℃烧 5h,已基本成β 斜方六面体结构。并与 Ag 复合制成复合阴极,研究了烧结温度对复合阴极微结构的影响。同时以Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)为电解质,用交流阻抗法研究BSB含量对复合阴极的界面阻抗的影响发现,50%(体积分数)BSB时,界面阻抗最小,在650℃和 700℃时分别为0.32Ω·cm2 和 0.12Ω·cm2,比 Ag基其它复合阴极材料如Ag -SDC,Ag- YSZ的界面极化电阻要小得多。     

Preparation and mechanical characterization of a PNIPA hydrogel composite

A poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPA) hydrogel was synthesized by free radical polymerization and reinforced with a polyurethane foam to make a hydrogel composite. The temperature dependence of the elastic modulus of the PNIPA hydrogel and the composite due to volume phase transition was found using a uniaxial compression test, and the swelling property was investigated using an equilibrium swelling ratio experiment. The gel composite preserves the ability to undergo the volume phase transition and its elastic modulus has strong temperature dependence. The temperature dependence of the elastic modulus and swelling ratio of the gel composite were compared to the PNIPA hydrogel. Not surprisingly, the modulus and swelling ratio of the composite were less dramatic than in the gel.     

Fabrication and mechanical characterization of continuous carbon fiber-reinforced thermoplastic using a preform by three-dimensional printing and via hot-press molding

A new 3D printer equipped novel nozzle structure for continuous carbon fiber-reinforced thermoplastics (C-CFRTP) was developed and the suitable printing conditions were studied. C-CFRTP filament and additional matrix resin were supplied independently using each extruder, which is useful for variety printing and precise form control in 3D printing. To measure the mechanical properties, specimens for tensile strength testing were fabricated using C-CFRTP filament (Vf:50%) without additional matrix resin. The experimental results indicate that the tensile strength and Young’s modulus were approximately 700 MPa and 53 GPa, respectively. The recrystallization effect through annealing after 3D printing yielded no drastic improvement. The mechanical properties were considerably improved by a hot-press treatment after 3D printing. The tensile strength and Young’s modulus increased to approximately 1400 MPa and approximately 90 GPa, respectively. These results suggest that one of the useful applications of C-CFRTP 3D printing technology is preforming of small parts in industrial products.     

亲水性高分子-陶瓷复合膜的制备与表征

采用均质的氧化铝支撑体和不同表面层孔径的非对称氧化铝支撑体直接接枝聚丙烯酸(PAA)制备亲水性PAA-Al2O3复合膜。对所制备出复合膜的红外光谱(IR)分析、光电子能谱(XPS)分析、扫描电子显微镜(SEM)分析和表面的水接触角分析表明,成功地制备出了PAA-Al2O3复合膜。在相同实验条件下对所制备的复合膜进行纯水和纯乙醇的通量实验以及质量分数95%乙醇的脱水分离试验表明,最适合用于制备PAA-Al2O3复合膜的陶瓷膜支撑体是孔径为2～3μm的均质氧化铝支撑体,用其制备的复合膜的分离因子为139.33,通量为0.61kg/(m2.h),可以达到分离效率高、通量较大的效果.     

纳米金/单壁碳纳米管复合物的制备、表征及其多相催化的潜力

制备了一种单壁碳纳米管担载金纳米颗粒复合材料,利用X射线衍射、扫描透射显微镜、能量色散X射线分析、比表面积分析、激光拉曼光谱和紫外-可见分光光度计等对其结构进行了表征.结果表明:纳米金粒为微晶体,其平均直径为7nm且直径分布范围较窄.研究了该单壁碳纳米管担载金颗粒对仲醇的无溶剂氧化的活性和选择性,发现其转化效率可达95％.     

纳米银-聚合物薄膜的制备及力电性能测试

聚合物基底上纳米银颗粒薄膜的制备工艺相对简单,成本较低,且该薄膜具有成为高敏感性压阻应力/应变传感材料的潜力。本文采用银镜制备法在聚酰亚胺(PI)和聚乙烯(PE)上合成了纳米银颗粒薄膜,系统研究了该薄膜制备工艺、结构特性、材料性能之间的关系。实验考察了材料“浸泡”时间及聚合物材料前处理等因素对材料表面吸附纳米颗粒含量的影响,研究了 “浸泡”时间对纳米银颗粒粒径大小、颗粒含量及分布的影响,并探讨了不同聚合物基体的颗粒特性对薄膜二维导电渗滤,压阻特性及拉伸性能的影响。研究表明,增加“浸泡”时间能够增加纳米银颗粒粒径大小,提高银颗粒的含量及分布均匀性；在相同的制备条件下,PI基底较PE基底对纳米银颗粒具有更加优异的吸附效果；在PI 和PE基底上的纳米银颗粒薄膜均表现出显著的压阻性能,且电阻对应变的敏感性随应变的增大及银颗粒含量的减少而显著提高。