多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸）,并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征,并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明,所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀,拉伸强度在22~32 MPa之间,拉伸模量约为1 GPa,相比未功能化处理的MWCNTs网格,强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa,相比空白环氧树脂提高了约1倍以上,拉伸试样断面SEM表明,环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好,界面结合紧密,有效地提高了复合材料的力学性能。     

碳纳米管含量对碳纳米管/聚丙烯复合材料性能及微结构制品的影响

采用稀释母料的熔融共混方式制备碳纳米管/聚丙烯复合材料(CNTs/PP)并加工出微结构面板.研究不同含量CNTs的复合材料的结晶行为、力学性能以及流变性能,得到CNTs对聚合物的增强机理,开拓CNTs复合材料在微结构制品方面的应用.结果表明:采用稀释母粒的方式,CNTs在PP基体中分散相对均匀;CNTs的加入会抑制β晶的形成,降低在(040)晶面取向度;同时也会使复合材料的结晶度从60.36％降低到53.17％.随着CNTs含量的增加,CNTs/PP复合材料的弹性模量可以提高近43％,拉伸强度可以提高近26％.CNTs含量为1wt％时,其冲击强度最高.在低剪切速率下CNTs能显著提高复数粘度,剪切速率越高,复数黏度对CNTs含量的依赖性越低.在纯PP中添加CNTs后,剪切应力明显提高,且随剪切速率的增大呈同步变化趋势.综合结果分析,选择CNTs含量低于3％进行微结构加工较为适宜.     

剪切场下少量碳纳米管对HDPE结晶结构和性能的影响

通过动态保压注塑成型装置研究剪切场下少量多壁碳纳米管(MWCNTs)对高密度聚乙烯(HDPE)的结晶结构和性能的影响。拉伸测试结果表明,普通注塑成型下MWCNTs含量为1.8%的HDPE/MWCNTs与纯HDPE相比,拉伸强度从28MPa增加到30MPa,冲击强度由22 kJ/m2提高至29 kJ/m2;而剪切场下成型的HDPE和HDPE/MWCNTs样品,其拉伸强度分别达到49MPa和63MPa,同时冲击强度分别为54kJ/m2和69kJ/m2。微观扫描分析显示,普通成型下的HDPE和HDPE/MWCNTs制品内部均呈现出无序的结晶结构,而剪切场下成型的制品内部结晶排列规整,均有串晶状的结晶结构产生。尤其在HDPE/MWCNTs制品中,发现了片晶附生于MWCNTs表面而形成杂化的串晶结构。以上的结果表明,在剪切场下MWCNTs可以明显影响HDPE的结晶和力学性能。     

石墨烯与多壁碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳管(MWCNTs)进行改性处理得到酸化碳管(MWCNTs-COOH)和环氧化碳管(MWCNTs-Epon828), 将石墨烯(Graphene)与不同的碳管分别混合, 制备出三种Graphene-MWCNTs/环氧树脂(EP)复合材料。通过拉伸和热重实验研究了石墨烯与MWCNTs的协同作用、 两者的含量以及MWCNTs功能化方法对复合材料力学和热学性能的影响。结果表明: 石墨烯与MWCNTs的协同增强明显优于MWCNTs单独增强。当石墨烯和MWCNTs质量分数仅为0.1%时, Graphene-MWCNTs-Epon828/EP的拉伸强度达最大值, 其拉伸强度、 弹性模量和断裂伸长率分别较纯EP增加了35%、 65%和34%。石墨烯和MWCNTs的加入使Graphene-MWCNTs/EP复合材料的热稳定性均有所提高。     

碳纳米管含量对铝基复合材料力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工技术制备了多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,研究了碳纳米管含量对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,MWCNTs的添加对铝基复合材料的力学性能影响显著,随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的硬度、弹性模量、强度都逐渐提高;当碳纳米管含量为6.6%(体积分数)时,复合材料强度达218 MPa,为基体材料的2.24倍;随MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的塑性逐渐变差,拉伸延伸率逐渐降低,断口韧窝逐渐变小、变浅。     

MWCNTs/PVC电纺纤维及其力学性能

用静电纺技术制备了多壁碳纳米管/聚氯乙烯(MWCNTs/PVC)超细纤维,对复合纤维的形貌、结构、结晶行为及热稳定性进行了分析测试,着重研究了复合纤维膜的力学性能与MWCNTs用量的关系。结果表明,MWCNTs能有效地分散于PVC溶液中,并成功纺出MWCNTs/PVC超细纤维。随着MWCNTs含量的增加,纤维直径变细,改善了纤维的结晶性,但热稳定性变差。纤维膜的拉伸断裂强度和断裂伸长率随MWCNTs含量增加出现先增加后下降的趋势。     

动态硫化制备多壁碳纳米管/热塑性硫化胶复合材料的相态结构及热电效应

采用动态硫化方法制备了多壁碳纳米管/热塑性硫化胶(MWCNTs/TPV)复合材料,研究了三种动态硫化工艺和MWCNTs用量对MWC-NTs/TPV复合材料的相态结构、介电、导热和物理性能的影响.MWCNTs/TPV复合材料呈现"海岛"结构,IIR橡胶相以微米级交联颗粒分散在PP相中.动态硫化工艺主要影响MWCNTs的分布,MWCNTs在两相中均匀分布的MWCNTs/TPV复合材料具有较高的热电性能.当MWC-NTs含量达到渗流阈值(3％(质量分数,下同))时,形成MWCNTs网络结构,MWCNTs/TPV复合材料的交流电导率、介电常数和热导率急剧增加.随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/TPV复合材料的弹性模量逐渐增大,拉伸强度先增大后减小;MWCNTs能够提高TPV基体的界面结合力,与纯TPV相比,当MWCNTs的含量为3％时,MWCNTs/TPV复合材料的拉伸强度提高39％.基于MWCNTs/TPV复合材料的相态结构以及MWCNTs的渗流阈值提出MWCNTs网络结构,分散在PP基体中和两相界面处的MWCNTs相互搭接形成MWCNTs网络结构.     

SiC_w/Al 复合材料的塑性变形行为研究

本文采用单向拉伸、单向压缩和热挤压方法,研究了压铸法制备的 SiC_w/Al 复合材料的塑性变形行为。结果表明,随应力状态由拉应力到压应力,SiC_w/Al 复合材料的极限塑变量明显增加。这种复合材料的拉伸屈服强度较低,但塑变强化效果较大,延伸率随温度升高而提高。随变形量增加,SiC 晶须发生明显的沿变形方向的取向,并且长径比减小。     

混杂功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。      

超临界CO_2辅助挤出PLA/粘土纳米复合材料的流变-形态-力学性能

采用超临界CO2辅助挤出的方法,在双螺杆挤出机上制备了聚乳酸(PLA)/粘土纳米复合材料。采用旋转流变仪、透射电镜和力学性能测试对复合材料的流变、结构和性能进行了表征,分析超临界CO2对流变、形态和性能的影响。流变测试结果表明,纳米复合材料的复数黏度和储能模量均高于纯PLA,且表现出类固行为。透射电镜照片显示在加工流场中引入超临界CO2可使粘土在PLA基体中分散得更均匀。复合材料在拉伸过程中表现出屈服行为,断裂伸长率和拉伸强度分别从纯PLA的9.29%、41.60MPa提高到气体注入量为7%(质量分数,下同)时的24.74%、51.70MPa;无缺口冲击强度比纯PLA稍高。     

碳纳米管表面改性对碳纳米管/尼龙66复合材料机械性能影响的研究

采用熔融共混法,在尼龙66基体中分别加入不同改性的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备MWCNTs/尼龙66复合材料。考察MWCNTs改性方法对MWCNTs结构,以及不同改性MWCNTs对复合材料形貌和机械性能的影响。研究发现:通过酸化-氨化过程,在MWCNTs表面引入了酰胺基团;FESEM显示,胺化碳纳米管(D-MWCNTs)分散均匀于尼龙66基体中;随着D-MWCNTs的引入,与纯尼龙66相比,D-MWCNTs/尼龙66复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别增加了12.7%和24.3%;储能模量,在玻璃化区域(-40℃)和橡胶区域(120℃),分别较纯尼龙66提高了133.1%和73.3%。这些研究结果证明,MWCNTs的均匀分散,有利于提高聚合物复合材料的机械性能。     

二硫化钼/多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料制备及吸波性能研究

采用机械共混法,以天然橡胶(NR)为基体、多壁碳纳米管(MWCNTs)和二硫化钼(MoS_2)为填料,制备了MWCNTs/NR、MoS_2/NR和MWCNTs/MoS_2/NR 3种复合材料,通过扫描电镜、高阻计、矢量网络分析仪和橡胶拉伸试验机分别对复合材料形貌、电导率、电磁参数和力学性能进行表征。结果表明,(1)填料在MWCNTs/MoS_2/NR复合材料中的分散最好;(2) MWCNTs的加入,使得复合材料的电导率增大;(3)随厚度的增加,复合材料反射峰值对应的频率逐渐向低频方向移动。MWCNTs/MoS_2/NR复合材料的吸波性能最佳,反射损耗为-29.59 dB,分别是MWCNTs/NR、MoS_2/NR的6.9和17.0倍,有效吸收频宽为3.12 GHz;(4)MWCNTs/MoS_2/NR的拉伸强度最高,与填料在基体中的分散好有关。MWCNTs与MoS_2在NR中相互促进分散,形成多重损耗机制,优化了复合材料的吸波、导电、力学等多项性能。     

改性微晶纤维素/线性低密度聚乙烯复合材料的流变性能

采用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对微晶纤维素(MCC)进行改性,通过熔融共混法制备了改性MCC/LLDPE复合材料,并对复合材料的流变行为和动态力学性能进行了研究。动态流变测试结果表明,所有复合材料的储能模量、损耗模量和复数黏度随着MCC含量的增加而增加,而受温度的影响变化不大。稳态流变结果表明,MCC/LLDPE复合材料熔体均为假塑性流体,在高剪切速率下复合材料较纯LLDPE有着更低的剪切黏度。动态力学分析结果表明,MCC的加入大大提高了复合材料的刚性。     

羧基化碳纳米管/聚偏氟乙烯介电复合材料的制备与性能

采用混酸(H2SO4和HNO3体积比为3∶1)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行酸化处理使其羧基化,以此为填料,通过溶液共混法添加到聚偏氟乙烯(PVDF)中形成MWCNTs/PVDF介电复合材料。通过XRD、Raman、TEM、SEM对材料的结构和形貌进行了表征,使用TG、拉伸测试、LCR阻抗分析仪等考察了MWCNTs的用量对MWCNTs/PVDF复合材料热稳定性、力学性能和介电性能的影响。结果表明,随着羧基化MWCNTs含量的增加,复合材料的热力学性能和介电性能比纯的PVDF显著提高。当m(MWCNTs)=10%时,质量保持率达到76%;在室温1kHz频率下,m(MWCNTs)=8%时出现渗流阈值,复合材料的介电常数达到163.5,是纯的PVDF的16倍,介电损耗仅为0.06;此时复合材料的力学性能最佳,拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量分别是58.92 MPa、215.83%、2025.42 MPa。     

生物可吸收性甲壳素纤维增强聚(ε-己内酯)复合材料的动态流变特性研究

用短切甲壳素纤维增强聚(ε-己内酯)(PCL)制备出新型生物可吸收复合材料,通过高级流变扩展系统(ARES)对不同纤维含量(C_f)的复合材料熔体进行了动态流变特性的研究。结果表明:纤维含量的增加可以明显提高复合材料熔体的复数模量(G*)和复数粘度(η*)。当C_f从45%增加到55%时,复合材料熔体在低频区出现了明显的类似于力学性能的"屈服行为",即G*不再随频率的改变而变化,同时材料的弹性(G')要明显高于粘性(G″)。这种行为可能与纤维在熔体内形成刚性的粒子网络有关,对材料的加工成型不利。从双对数坐标下的G'~G″曲线和η″~η'来看,纤维的加入明显提高了熔体的弹性,延长了熔体的主松弛时间。     

硅烷化多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备和介电性能

采用三种不同官能度的硅烷偶联剂(甲基三乙氧基硅烷(MTES）、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)及三甲基乙氧基硅烷(TMES))在有水条件下对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性,通过FTIR、XPS、TG及SEM表征了MWCNTs改性前和改性后的化学结构。采用机械共混法制备了MWCNTs/硅橡胶(SR)复合材料。SEM结果表明,将不同质量分数的MWCNTs、MWCNTs-MTES、MWCNTs-DMDES和MWCNTs-TMES填充到SR中,硅烷改性可以降低MWCNTs间的相互作用,改善其在SR中的分散性。拉伸试验结果表明,改性MWCNTs与SR之间的相互作用增强,二者的相容性得到改善。当改性MWCNTs含量≤2wt%时,MWCNTs/SR复合材料的弹性模量无明显变化。介电性能测试结果表明,当MWCNTs-MTES质量分数为2wt% 时,MWCNTs-MTES/SR复合材料在104 Hz时介电常数达到5.02,较纯硅橡胶提高了57%,而介电损耗仍低于0.01,保持在极低水平。      

聚乙烯醇纤维增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究

以聚乳酸(PLA)和高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维为原料，通过熔融共混热压成型工艺制备了不同PVA纤维含量的PLA/PVA复合材料，研究了复合材料的相形态、玻璃化转变、结晶和熔融行为以及力学性能。结果表明：低含量的PVA纤维能均匀地分散在PLA基体中，当纤维质量分数达到20%时，纤维发生团聚。差示扫描量热仪测试结果表明PVA纤维在PLA结晶过程中起到了成核作用。随PVA纤维含量增加，PLA的结晶度增加。此外，动态力学行为表明PVA纤维含量的增加有助于提高复合材料储能模量和刚性。复合材料的拉伸和弯曲模量随PVA纤维含量的增加而增加，当PVA纤维质量分数为20%时，拉伸和弯曲模量达到最大，与纯PLA相比，复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高了43.5%和38.6%。但是，PVA纤维的加入并没有使复合材料的拉伸和弯曲强度得到较大改善。     

旋转摩擦挤压制备MWCNTs/Al复合材料的组织及磨损性能EI北大核心CSCD

采用旋转摩擦挤压(RFE)法制备多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,分析MWCNTs/Al复合材料的显微组织、硬度和磨损性能。结果表明:用RFE法可制备具有一定形状尺寸的块体MWCNTs/Al复合材料;复合材料的成形质量好,显微组织为经动态再结晶后的细小等轴晶,MWCNTs在铝合金基体中分布均匀。复合材料的硬度随着MWCNTs体积分数增加先增加后降低,当MWCNTs体积分数为4%时,硬度是经RFE加工后基材的1.2倍。MWCNTs在复合材料磨损过程中起润滑作用,有助于降低MWCNTs/Al复合材料的磨损量提高复合材料的耐磨性。随MWCNTs体积分数的增加,复合材料的磨损率降低,当MWCNTs体积分数大于3%后磨损率变化较小。这是由于MWCNTs体积分数的增加,磨损机制发生变化,即由黏着磨损和轻微磨粒磨损转变为剥层磨损和磨粒磨损。     

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流（AC）电场诱导法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度（黏度）等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明：MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^-12 S/cm增加到1.3×10^-8 S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。