银包空心微珠/硅橡胶复合材料在微力场作用下的导电响应行为

采用动态力学分析(DMA)和导电行为同步联测方法,研究了银包空心微珠/甲基乙烯基硅橡胶导电复合材料在准静态微载荷、瞬态微载荷、交变微载荷和温度场下的导电响应行为。并用扫描电镜(SEM)观察了试样的拉伸断面形貌。结果表明,在交变微载荷和温度场作用下,导电复合材料的电阻表现出对拉伸频率的依赖性,并在拉伸频率f=1Hz时呈现出先增大,后减小的峰形变化。在应力松弛(瞬态微载荷)和蠕变(准静态微载荷)过程中,导电复合材料的电阻响应在一定程度上表现出高分子材料力学松弛的粘弹特性,这可能是因为互穿的高分子基体网络和导电填料网络间具有传导性。     

双组份硅橡胶/镍包石墨点胶研究

以双组份硅橡胶为基体,镍包石墨为导电粒子,制备了双组份硅橡胶/镍包石墨复合材料。研究了导电粒子填充量对复合体系触变性能及力学性能(拉伸强度、断裂伸长率)的影响,并在不同温度下的蠕变和应力松弛模式中考察了复合材料的力学性能和导电性能。结果表明:复合体系的触变指数随填充量的增加而增加,过量填充量会使体系的流动性变差;当填充量介于50%～54%之间时,复合材料显示最优的拉伸强度和断裂伸长率,复合材料在蠕变和应力松弛过程中的电阻均随时间而下降。温度越高,电阻下降越明显,表现出很明显的PTC效应。     

镀银玻璃微珠/炭纤维填充导电硅橡胶的电磁屏蔽性能

分别研究了用镀银玻璃微珠,炭纤维和镀银玻璃微珠/炭纤维复合填料填充的硅橡胶的电磁屏蔽效能。结果表明,在2.6 GHz~3.95 GHz频段内,镀银玻璃微珠填充量越大,导电硅橡胶的电磁屏蔽效能越高,镀银玻璃微珠填充量为180份时,样品的屏蔽效能的峰值为-115.2 dB。添加少量炭纤维能够提高镀银玻璃微珠/炭纤维复合填料填充橡胶的电磁屏蔽性能,当炭纤维添加量增加到20份时,镀银玻璃微珠/炭纤维复合填料填充硅橡胶(镀银玻璃微珠填充量120份)的电磁屏蔽效能峰值达到-82.0 dB,高于填充量为150份的单纯镀银玻璃微珠填料样品的电磁屏蔽效能,并且能够提高导电硅橡胶的力学性能并降低成本。     

聚丙烯/碳纳米管复合材料的结晶性能以及外场响应行为

本研究通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的聚丙烯/碳纳米管(PP/MWCNTs)导电复合材料,通过DSC、SEM和自组装电阻仪详细地研究了PP/MWCNTs导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系及其在外场作用下的响应行为.通过溶液-机械共混方式制备的PP/MWCNTs导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阈值,约为2.1％(质量分数,下同),并且随着导电填料含量的增加,聚丙烯的导电性能、热力学稳定性和结晶性能显著提高,热力学分解温度从410.1℃提高到了435.2℃.通过分析PP/MWCNTs导电复合材料在单次循环的温度-电阻响应的数据发现,PP/MWCNTs导电复合材料在25～180℃内一直表现为正温度效应(PTC),且最大和最小电阻值基本上未发生明显变化,具有较好的单调性.在多次温度循环实验(25～145℃)过程中,复合材料的电阻率表现出良好的重复性和稳定性.此外,对恒温-电阻响应行为数据进行分析发现,导电网络随时间的变化出现破坏与重组的现象,晶体排斥效应起到了主要作用.随着恒温温度的升高,导电网络的重组时间逐渐延长,从大约5 min延长到了15 min.     

低温下胶基导电复合材料力敏特性试验研究

对炭黑/硅橡胶导电复合材料进行了低温条件下的力敏特性试验研究。测试结果表明,胶基导电复合材料在低温下仍具有优良的拉伸敏感性(最低温度达到-35℃)及压缩敏感特性。拉伸时,试样电阻随拉伸变形的增大而增大,电阻与应变(最大应变达到20%)之间具有良好的线性关系;压缩时,试样电阻与压缩应力之间也表现出较好的线性关系。研究结果表明,胶基导电复合材料是较低负温下应变及应力测试的理想敏感元件,特别对于大变形测试具有明显优势。     

铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶的制备及性能研究

以107硅橡胶和甲基乙烯基硅树脂为原料制备了有机硅压敏胶,傅里叶变换红外光谱分析表明反应生成物具有典型的甲基聚硅氧烷结构;采用有机溶剂化学镀法制备出铝镀银微珠,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱分析仪对铝镀银微珠及铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶的形貌、微观结构及元素含量进行分析和测试,结果表明铝镀银微珠表面被致密银层包覆且银质量分数大于95%,铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶与导电橡胶板具有有效电连接。电性能与力学性能测试结果表明,当铝镀银微珠体积分数为5%时,铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶综合性能最优。     

碳纤维/硅橡胶导电复合材料的温度响应

通过升温-降温循环及升温-恒温两种方式研究了碳纤维/硅橡胶导电复合材料试样的温度响应,通过碳纤维导电复合材料的导电机理对测试结果进行了分析。该导电复合材料具有正温度系数,并具有温度弛豫现象。橡胶材料与碳纤维材料热膨胀系数的不同是造成其电阻温度响应的主要原因;而温度变化对电子能量的影响也是造成材料温度响应的原因之一。     

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

ABS/不锈钢纤维/石墨导电复合材料的导电特性?

以丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)为基体,不锈钢纤维(SSF)和石墨为混杂导电介质制备了ABS/不锈钢纤维/石墨0-1-3复合体系。采用动态机械分析(DMA)、数字万用表和旋转流变仪等研究了复合材料的导电渗流行为、流变渗流特性的关联性及在DMA多频应变模式-动态微力场下的阻温特性与导电机理。结果表明,石墨的加入可明显提高复合体系的渗流导电能力;复合体系的导电渗流与流变渗流的渗滤阀值相近,均约为15％;在动态交变微载荷下,电阻率强烈的依赖于振动频率和温度,随着温度的升高,出现电阻正温度效应(PTC)和电阻负温度效应(NTC);且频率越高,SSF含量越低,复合体系的 PTC转变温度越高。     

多壁碳纳米管-聚氨酯/聚丙烯复合材料导电网络结构的演变与性能调控

为研究多壁碳纳米管(MWCNTs)和热塑性弹性对MWCNTs-聚氨酯/聚丙烯(MWCNTs-TPU/PP)复合材料结晶性能、导电性能、拉伸性能及外场响应行为,通过溶液-熔融法制备了MWCNTs-TPU/PP复合材料。MWCNTs的引入能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶性能,导电逾渗值质量分数约为1.9wt%,开始结晶温度从117.5℃提高到131.2℃。通过电阻仪和温控装置的联用在线表征了在不同热处理温度下导电网络的构建和破坏过程,随着热处理温度从110℃提高到175℃,MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶度得到改善;TPU的引入能够显著降低MWCNTs-TPU/PP复合材料对温度的反应时间从约10 min缩短到约3 min,温度响应行为得到显著改善。通过拉伸数据分析表明,MWCNTs含量的增加能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的拉伸强度和断裂伸长率,MWCNTs添加量为2.5wt%时,复合材料的拉伸强度从~35 MPa提高到~47 MPa;应变-电阻数据表明,TPU的引入能够改善MWCNTs-TPU/PP复合材料在循环拉伸过程中应变的可回复性和导电网络结构的稳定性。      

多壁碳纳米管增强炭黑/聚丙烯导电复合材料导电行为

为了充分利用不同导电粒子的导电作用,在炭黑(CB)/聚丙烯(PP)导电复合体系中引入了多壁碳纳米管(CNTs)。研究发现：引入的CNTs分散在CB粒子间起到“桥梁”作用,使体系的导电性能得到明显改善,并且CB∶CNTs为19∶1时其协同导电效果最好,该复合体系出现逾渗现象,对应的导电填料体积分数明显降低。在导电填料总体积分数为4.76%时,少量CNTs的引入就可使复合体系的体积电阻率从109Ω·cm下降到105Ω·cm;同时少量的CNTs能明显抑制炭黑/聚丙烯导电复合材料的正温度效应(PTC),使PTC强度从6.10降低到1.48,PTC转变峰温度从166℃升高到174℃。少量的 CNTs可以使PP的结晶温度提高12℃,对PP结晶的成核作用比CB更加明显。复合体系力学性能随导电填料体积分数增加而明显降低,但因为体积电阻率一定时CB-CNTs/PP体系所需导电填料体积分数较CB/PP体系明显降低,因此少量CNTs的引入能够使复合体系的力学性能得到更大程度的保持。     

电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

石英基复合导电粉末的制备与应用

传统的导电粉末存在性能不稳定、适用性差等问题。本文中以石英粉为基体 ,应用化学共沉淀技术 ,表面包覆掺杂的SnO2 制得了复合导电粉末。采用正交实验方法 ,确定了石英基复合导电粉末制备的最优化工艺条件 :水解pH值1.0 ,SnCl4·5H2 O/SbCl3 摩尔比 10∶1,SnCl4·5H2 O用量为2 0 % ,水解温度为 4 5℃ ,焙烧温度为 70 0℃。在该条件下 ,制得了平均粒径为 5 .7μm、电阻率为 2 5 3Ω·cm的复合导电粉末。用该导电粉末制得的导电涂料的体积电阻率仅为12 .6Ω·cm ,各项性能指标均达到国家标准     

制备温度对热解炭包覆磷酸铁锂/气相生长炭纤维复合正极材料的影响

采用微波化学气相沉积法一步合成了热解炭包覆磷酸铁锂/气相生长炭纤维复合正极材料. 借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电镜和电化学测试仪等测试手段研究了不同制备温度对材料晶体结构、显微形貌和电化学性能的影响. 结果表明, 当制备温度由500℃升至600℃时, 磷酸铁锂主晶相的颗粒尺寸没有发生明显变化, 而原位VGCF的网络程度却明显增加, 材料的放电比容量随之提高; 当制备温度进一步升高到700℃时, 磷酸铁锂颗粒异常生长现象加剧, VGCF直径较大且粗细不均, 材料的电化学性能变差. 研究发现, 当温度为600℃时, 材料表现出较优的电化学性能, 25℃在0.2C、0.5C、1C和3C倍率下的放电比容量分别可达163、159、153和143mAh/g.     

炭黑结构度对HDPE/CB导电复合材料导电网络形成与破坏的影响

采用熔融混合方法制备高密度聚乙烯/炭黑(HDPE/CB)导电复合材料,比较不同结构度CB填充体系的逾渗曲线和温度-电阻行为,并研究了不同含量、不同结构度CB填充的HDPE的结晶行为。实验结果表明,高结构度CB可使填充体系逾渗值显著下降(本研究中可降低为2.7%);低结构度CB填充体系的正温度系数(PTC)效应强度比高结构度CB填充体系高出约3;降温过程中,温度-电阻率曲线上出现电阻突变峰的强度随着CB结构度的降低而增强;差示扫描量热(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)结果显示,CB粒子的加入对HDPE的结晶行为没有显著影响。     

3D针刺C/SiC-TaC复合材料的热膨胀性能

采用液相加压浸渗法将TaC渗入到三维针刺毡中, 并结合反应熔体渗透法(RMI)制得C/SiC-TaC复合材料。采用热膨胀仪测量了热处理前后复合材料从室温到1400 ℃温度范围内的热膨胀系数(CTE), 发现C/SiC-TaC的CTE数值较C/SiC的高。从材料内部热应力的变化、 制备方法及添加物和基体的性能方面定性地分析了CTE的变化机制。研究表明, C/SiC-TaC复合材料的膨胀性能在各个温度段的变化机制不同, 低温段(1100 ℃以下)CTE的不断上升主要由90°无纬布、 TaC和SiC基体贡献, 该阶段的起伏波动主要由复合材料的结构应力和孔隙分布不均及残余Si产生; 高温段(1100 ℃以上)的热膨胀性能主要由0°无纬布和界面热应力决定。热处理降低了复合材料在1100 ℃以下的CTE, 也改变了高温段的变化规律。      

石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备及其电学性能研究

以牛血清白蛋白(BSA)改性玻璃纤维表面, 利用静电吸附原理制备氧化石墨包覆的玻璃纤维复合材料, 采用氢碘酸还原氧化石墨得到石墨烯包覆玻璃纤维导电材料。利用X射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)等表征样品的物相结构和基团类型, 扫描电镜(SEM)表征石墨烯包覆玻璃纤维的形貌特征。当氧化石墨分散液pH低于6时, 随着pH减小, 包覆效果变得更明显。通过粒径/Zeta电位仪表征氧化石墨和BSA在不同pH下的Zeta电位, 结果表明BSA等电点约为5.3, 氧化石墨的等电点小于3。得到的石墨烯包覆玻璃纤维导电材料的电导率达到4.5 S/m, 制备的导电玻璃纤维具有一定的柔性, 在弯曲后仍能保持原有的导电性能; 导电玻璃纤维在高于100℃热处理后, 由于石墨烯在高温下可以继续还原, 其电导率得到一定的提高, 表明制备的导电玻璃纤维可以在较高温度下使用。     

Experimental study of high electric current effects in carbon/epoxy composites

Electrical and thermal behavior of the carbon fiber-reinforced epoxy composites subjected to relatively high (up to 75 A) steady electric currents is studied. A fully automated experimental setup for real time measurements of the electric current, resistance, voltage, and temperature in carbon fiber-reinforced epoxy matrix composites has been developed. A series of electrical characterization tests on IM7/977-3 unidirectional and symmetric cross-ply composite laminates have been performed and the effects of electric current magnitude and duration, electrical resistance, and associated thermal effects have been investigated. It is determined that electrical resistance exhibits time-dependent behavior. It is also found that application of an electric current leads to a significant temperature rise in the composites that is a result of the intense Joule heat produced in the electrically conductive carbon fibers as well as in the composite-electrode contact.     

石英纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

采用DSC、TG、FTIR和流变仪对KH-370聚酰亚胺树脂的化学反应特性和流变性能进行了表征。以QWB200石英纤维为增强体,采用热压成型工艺制备了QWB200/KH-370复合材料。研究了加压温度、压力大小、固化温度等不同工艺参数对QWB200/KH-370复合材料力学性能的影响,在此基础上确定了复合材料的成型工艺制度。考察了QWB200/KH-370复合材料400℃高温下的力学强度及宽频范围内的介电性能。结果表明,制备QWB200/KH-370复合材料的最佳工艺参数为:加压温度290~310℃,压力范围3.0~4.0 MPa,固化温度380℃。所得QWB200/KH-370复合材料具有良好的力学性能,400℃下力学强度保持率高于58%,表现出良好的耐热性能;而且在1~18 GHz的宽频范围内具有稳定的介电常数和介电损耗。