介孔复合材料内界面热阻及热导率

界面广泛存在于复合材料中,对介孔复合材料热物性起着决定性的影响,研究界面的导热特性对于认识和理解介孔复合材料的导热机制十分重要。利用非平衡的分子动力学模拟方法计算介孔复合材料中基材与填充物间的界面热阻,考察界面热阻随温度、材料质量差异的变化,进一步用界面热阻修正介孔复合材料的有效热导率。结果表明,界面热阻的数量级为10^-11m²·K·W^-1,并随温度升高逐渐降低。界面两端材料质量差异越大,界面热阻越高。可通过减小孔径、减小纳米线长度、增大纳米线间距、降低纳米线填充率来降低介孔复合材料的有效热导率。界面热阻能降低材料的有效热导率。孔径越小、纳米线间距越小、纳米线长度越长、填充率越高,界面热阻降低热导率效果越显著。     

介孔复合材料内界面热阻及热导率

界面广泛存在于复合材料中,对介孔复合材料热物性起着决定性的影响,研究界面的导热特性对于认识和理解介孔复合材料的导热机制十分重要。利用非平衡的分子动力学模拟方法计算介孔复合材料中基材与填充物间的界面热阻,考察界面热阻随温度、材料质量差异的变化,进一步用界面热阻修正介孔复合材料的有效热导率。结果表明,界面热阻的数量级为10~(-11) m~2·K·W~(-1),并随温度升高逐渐降低。界面两端材料质量差异越大,界面热阻越高。可通过减小孔径、减小纳米线长度、增大纳米线间距、降低纳米线填充率来降低介孔复合材料的有效热导率。界面热阻能降低材料的有效热导率。孔径越小、纳米线间距越小、纳米线长度越长、填充率越高,界面热阻降低热导率效果越显著。     

碳纳米管/聚合物基导热复合材料研究进展

碳纳米管（CNTs）由于优异的轴向导热性能,是目前制备高热导率聚合物基复合材料的一类重要填料。本文综述了近年来CNTs增强聚合物复合材料的研究进展,探讨了CNTs/聚合物复合材料的导热机理以及CNTs用量、尺寸及结构、表面改性、混杂CNTs粒子和聚合物基体结构等因素对CNTs/聚合物复合材料热导率的影响。同CNTs/聚合物的电导率相比,热导率远低于预期值,归因于CNTs/树脂界面间的声子频率失配现象导致了声子在界面的散射及很高的界面接触热阻,从而降低了体系热导率。分析和总结了改善体系热导率的方法和措施,采用特殊工艺使CNTs在基体内形成特殊的隔离结构或者取向结构是CNTs/聚合物导热复合材料的未来研究及发展方向。     

碳填料/天然橡胶复合材料热导率及层间接触热阻对微波加热效果的影响

摘要：制备炭黑/天然橡胶（NR）、石墨烯/NR和碳纳米管/NR复合材料,采用试验与数值模拟相结合的方法研究复合材料热导率和层间接触热阻对微波加热的影响。结果表明：炭黑、石墨烯和碳纳米管自身热导率越大,复合材料的热导率越大,层间接触热阻越小;通过增大填料用量来增大复合材料的热导率和减小层间接触热阻具有一定的局限性,需考虑复合材料的配方设计适用性和经济性;复合材料的热导率对微波加热过程中高、低温区域分布规律和微波加热效率基本无影响,但影响复合材料的温度分布均匀性。为保证微波加热硫化均匀性,多层复合材料的层间接触热阻不可忽略。     

炭纤维增强尼龙复合材料性能及产品应用研究北大核心

研究了炭纤维用量对炭纤维/PA66复合材料力学性能的影响,炭纤维长度、分布、含量对炭纤维/PA66复合材料体系摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着炭纤维用量增加而增大,但质量分数超过15%后,增幅缓慢。在同一载荷下,随着炭纤维用量的增加,复合材料体系的摩擦系数先降低后升高;炭纤维质量分数20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂用量对炭纤维/PA66复合材料扶正器专用料体系影响较大,适当的用量可以提高扶正器的使用寿命。     

炭纤维增强尼龙复合材料性能及产品应用研究

研究了炭纤维用量对炭纤维/PA66复合材料力学性能的影响,炭纤维长度、分布、含量对炭纤维/PA66复合材料体系摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着炭纤维用量增加而增大,但质量分数超过15%后,增幅缓慢。在同一载荷下,随着炭纤维用量的增加,复合材料体系的摩擦系数先降低后升高;炭纤维质量分数20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂用量对炭纤维/PA66复合材料扶正器专用料体系影响较大,适当的用量可以提高扶正器的使用寿命。     

碳纳米填料几何形状和界面热阻对复合材料热导率的影响

以管状碳纳米填料[如多壁碳纳米管(MWCNTs)、碳纳米纤维(Pyrograf纤维)和碳晶须(丝状-VGCF)等]作为聚合物基复合材料的导热填料,探讨了MWCNTs-COOH(氧化功能化改性MWCNTs)、MWCNTs及Pyrograf纤维和丝状-VGCF的热导率、几何形状和界面热阻(R k)等对填料/聚合物基复合材料热性能的影响。研究结果表明:MWCNTs-COOH/基体、Pyrograf纤维/基体的热导率增幅相对较大;采用有效热介质理论模拟法确定了填料/基体的R k,碳纳米填料的几何形状和R k是影响复合材料热导率的重要因素,而碳纳米填料本身的热导率对复合材料热导率的影响并不大。     

炭纤维增强复合材料振动性能研究进展

炭纤维增强复合材料的固有频率和阻尼特性受复合材料的组织结构和使用环境的影响。针对炭纤维增强树脂基和炭基复合材料的固有频率和阻尼特性的研究进展进行了系统论述,详细介绍了纤维、基体、纤维/基体的界面及温度对炭纤维增强树脂基和炭基复合材料固有频率和阻尼特性的影响。     

接触热阻对复合材料身管热性能影响分析

采用金属内衬外部缠绕纤维增强复合材料,可减轻纯金属身管重量,提高身管刚度.为了详细分析复合材料身管分界面接触热阻对身管热性能影响,本文建立考虑复合材料身管分界面接触热阻效应的瞬态传热模型,运用有限差分法编制通用程序对接触热阻效应对复合材料身管热性能影响进行数值定量分析.结果表明,接触热阻对于复合材料身管的传热性能有较大影响,必须采取措施来减小接触热阻,这在复合材料身管的热性能设计中必须重点考虑.     

TiC增强膨胀石墨/铜复合材料导热性研究

将压缩膨胀石墨(CEG)在高温下通入四氯化钛(TiCl4),得到了生长在石墨片边缘的碳化钛(TiC),利用TiC改性的CEG与铜通过液相浸渍后热压的方法制备膨胀石墨/铜复合材料,研究TiC对CEG自身热导率的影响及其加入前后复合材料的微观形貌和热导率的变化情况。结果表明,适量TiC在石墨片层之间的连接作用能有效改善压缩膨胀石墨的导热网络,提高其热导率。膨胀石墨/铜复合材料热导率随着界面TiC量的增加而先升高后降低,原因在于TiC与铜之间的界面相容性比CEG与铜的好,然而当TiC含量进一步升高,其自身热导率低产生了更大的界面热阻导致复合材料的热导率下降。因此适量的TiC能有效改善膨胀石墨导热网络,且有利于改善膨胀石墨和铜的界面相容性,从而提高复合材料的热导率。     

Mechanical and thermal transmission properties of carbon nanofiber‐dispersed carbon/phenolic multiscale composites

The present article reports the development and characterization of carbon nanofiber (CNF)‐incorporated carbon/phenolic multiscale composites. Vapor‐grown CNFs were dispersed homogeneously in to phenolic resin using an effective dispersion route, and carbon fabrics were subsequently impregnated with the CNF‐dispersed resin to develop carbon fiber/CNF/phenolic resin multiscale composites. Mechanical and thermal transmission properties of multiscale composites were characterized. Elastic modulus and thermal conductivity of neat carbon/phenolic and multiscale composites were predicted and compared with the experimental results. It was observed that incorporation of only 1.5 wt % CNF resulted in 10% improvement in Young's modulus, 12% increase in tensile strength, and 36% increase in thermal conductivity of carbon/phenolic composites. Fracture surface of composite samples revealed the formation of stronger fiber/matrix interface in case of multiscale composites than neat carbon/phenolic composites. Enhancement of above properties through CNF addition has been explained, and the difference between the predicted values and experimental results has been discussed. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci., 2013     

Improving the interlaminar shear strength and thermal conductivity of carbon fiber/epoxy laminates by utilizing the graphene-coated carbon fiber

The poor interlaminar properties restrict the application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. In this work, a novel method for fabricating a graded interface structure is developed to improve the through-thickness thermal conductivity of CFRP composites. High-strength graphene nano-plates (GnP) and phenolic resin (PF) were selected to deposit on the surface of carbon fiber to design a novel CF/Epoxy laminates, where a simultaneous improvement of interlaminar shear strength (ILSS) and through-thickness thermal conductivity was observed. With addition of 1 wt % of GnP-PF in CF, 37.04% increase of the ILSS, and 16.67% enhancement of thermal conductivity compared to the original CFRP. The mechanism for improvement of both ILSS and thermal conductivity was studied by scanning electron microscopy and nano-indentation, where a better interface formed by GnP-PF has been clearly observed. © 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 47061.     

碳纤维增强天然橡胶复合材料性能研究

本文主要通过碳纤维添加量的不同来研究碳纤维用量对NR/CF(橡胶/碳纤维)复合材料的力学性能、导电性、导热性、加工性能和动态力学性能的影响。研究结果表明,NR/CF复合材料在添加3phr碳纤维时,力学性能最好。在添加15phr时,橡胶试样体积电阻率比未添加碳纤维的降低了3个数量级。导热系数比未添加碳纤维的试样最高提高21.8%。随着碳纤维添加量增多,试样抗湿滑性能和滚动阻力都有所上升。     

某高导热纤维及其复合材料性能研究

研究了某高导热纤维/环氧树脂单向层复合材料的导热系数和力学性能,发现某高导热纤维/环氧树脂单向层复合材料导热性能提高的同时其个别复合材料性能降低;分析认为某高导热纤维与环氧树脂的界面性能是影响复合材料力学性能的重要因素,同时研究了某高导热纤维的表面微观形貌和表面化学特性、结晶度及某高导热纤维/环氧树脂浸胶丝束的力学性能...     

聚乙二醇改性双马来酰亚胺-三嗪树脂/玻璃纤维布复合材料的热性能

聚乙二醇对树脂基玻璃纤维布复合材料增韧具有优良的效果,但其柔性链段的分子结构本质极大影响了复合材料的耐热性能。本文以聚乙二醇为改性剂制备了聚乙二醇/BT树脂/玻璃纤维布复合材料,系统研究了不同分子链长度以及不同含量的聚乙二醇对复合材料热性能的影响。研究结果表明：聚乙二醇的加入降低了复合材料的玻璃化转变温度、5%热失重温度以及800 ℃残炭率。在聚乙二醇相对分子质量为4000时,复合材料的热性能出现最大值。随聚乙二醇含量的增加,复合材料的热稳定性能逐步下降。由于聚乙二醇、BT树脂、玻璃纤维布之间较大的界面结合力,使基体树脂的链运动受到一定程度的限制,一定程度上缓解了由于聚乙二醇的加入而使复合材料的热稳定性能下降的趋势。研究结果为合理添加聚乙二醇而提高复合材料的韧性提供了热性能方面的参考依据。     

The catalytic effect of boric acid on polyacrylonitrile-based carbon fibers and the thermal conductivity of carbon/carbon composites produced from them

The catalytic effect of boric acid on the graphitization and surface structure of polyacrylonitrile-based carbon fibers was investigated by dipping fibers in boric acid before heating at 2500 °C. The thermal conductivity of carbon/carbon composites produced from the modified carbon performs by chemical vapor infiltration was also studied. The results show that the treatment by boric acid has a catalytic-graphitization effect on the fibers that increases the crystallinity and changes the surface state of carbon fibers during high temperature treatment. The modified carbon fibers induce the deposition of pyrocarbon with high crystallinity and an obvious transition interface between the carbon fiber and pyrocarbon during chemical vapor infiltration. By changing the microscopic structure of the carbon fibers, the interface bonding between fibers and pyrocarbon is improved and the microstructure of pyrocarbon is regulated. The thermal conductivity of the carbon/carbon composites is therefore improved, especially that in the direction perpendicular to fiber axis.     

微脱黏法在碳纤维/环氧树脂界面性能评价中的应用

利用微脱黏法测定碳纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度,并分析了造成测试结果分散的影响因素.结果表明:在脱黏过程中,最大脱黏力随碳纤维埋人环氧树脂内长度的增加而线性递增,当埋人长度超过一定值后最大脱黏力趋于稳定:碳纤维与环氧树脂间的接触角对复合材料界面剪切强度有一定影响,接触角越大,界面剪切强度越高;测试结果的分散性与树脂微球的半月板区域、钳口区等因素有关;未经表面处理的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面剪切强度仪为39.4 MPa,低于处理后的复合材料(60.6 MPa).     

短切/连续碳纤维协同增强本征导热环氧树脂基复合材料研究

采用含有联苯介晶基元结构的3,3’,5,5’-四甲基联苯二酚二缩水甘油醚（TMBP）与含有芳香酰胺介晶基元结构的固化剂4,4-二氨基苯酰替苯胺（DABA）制备本征导热TMBP/DABA环氧树脂。结果表明,热导率高达0.33 W/（m·K）,比普通双酚A缩水甘油醚（DGEBA）/4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）环氧树脂的热导率高约50%,相应短切碳纤维（含量为75%,质量分数,下同）增强复合材料面外和面内热导率分别高约42.7%和40.2%。采用紫外臭氧氧化方法对短切碳纤维（SCF）和连续碳纤维（M55J）进行表面改性,发现能够明显改善纤维与基体树脂之间的界面结合强度,进而提高复合材料的导热性能。进一步采用SCF和M55J为增强纤维、本征导热TMBP/DABA环氧树脂为基体树脂制备出短切/连续碳纤维协同增强本征导热环氧树脂基复合材料SCF/M55J/TMBP/BADA。SCF的加入能够同时改善M55J/TMBP/DABA单向复合材料板沿X、Y、Z轴方向的热导率,分别最高达到98.07、48.23、9.40 W/（m·K）。为改善复合材料综合导热性能提供了一种新思路。     

线形低密度聚乙烯/碳纤维复合材料的热导率

用模压方式制备了线形低密度聚乙烯(PE-LLD)/CF(CF)复合材料,研究了CF表面偶联剂处理、分散方式及含量对复合材料热导率的影响。结果表明,用偶联剂处理过的CF填充PE-LLD复合材料热导率提高。用超声分散法制备的试样热导率优于球磨混合法和熔融混炼法制备的试样。随着CF含量的增加,PE-LLD/CF复合材料热导率提高,同时保持了良好的力学性能。当CF含量为10 %（质量分数,下同）时,用超声分散法制备的复合材料热导率达1.4 W/(m·K),是纯PE-LLD的6倍多。     

碳纤维布/玻纤布增强聚氨酯复合材料的研究

以聚氨酯为基体树脂,分别以碳纤维布、玻璃纤维布和这两种纤维布交替铺叠作为增强材料,采用真空辅助灌注成型工艺制备了4种复合材料.考察了纤维布的铺层结构对复合材料的弯曲、拉伸和冲击性能的影响.结果显示,复合材料的拉伸模量和弯曲模量随碳纤维含量增加而增加,冲击强度则降低.分别采用TGA、DMA和SEM对复合材料的热性能、界面...