碳纤维增强MC尼龙复合材料吸湿行为研究

采用液态原位聚合法制备了碳纤维(CF)增强浇铸尼龙(MC尼龙)复合材料,研究了其吸湿行为?分别考察了CF体积分数、CF编织结构和外加载荷对MC尼龙／CF复合材料吸湿行为的影响。结果表明,随着CF体积分数的增加,复合材料的平衡吸湿率减小;三维编织结构的CF增强MC尼龙复合材料的吸湿速率及平衡吸湿率均低于长的CF增强MC尼龙;外加载荷使该复合材料的吸湿能力降低。     

单向CF/PA6复合材料性能劣化及老化寿命预测

利用热压成型工艺制备出碳纤维(CF)/尼龙6(PA6)复合材料单向板,并将复合材料试样置于蒸馏水热水浴中,分别在25,60,80℃下进行不同时间的湿热老化,再对湿热老化后复合材料试样进行吸湿测试、三点弯曲测试、微观形貌表征,探究复合材料的吸湿规律、力学性能劣化规律和微观形貌变化,并对复合材料的长期寿命进行预测。结果发现,复合材料在25,60℃下的吸湿行为基本符合Fick扩散定律,而80℃下在老化最后阶段出现了背离Fick扩散定律现象。复合材料的弯曲强度随老化温度、老化时间的增加呈下降趋势,分别在25,60,80℃下老化120 d后,试样弯曲强度分别下降了22.78%,25.0%,26.25%。但是老化温度、老化时间对弯曲弹性模量无显著影响,且CF与PA6树脂之间的界面黏合性能随着温度、时间的增加逐渐变差。以绍兴2021年平均温度作为服役温度,基于加速老化测试模型和阿伦尼乌斯理论建立了CF/PA6复合材料在服役环境下剩余弯曲强度的预测模型,可预测到1 400 d后,CF/PA6复合材料的弯曲强度保留率在64.8%左右。     

玻纤、粉煤灰增强MC尼龙复合材料的研究

利用铸型尼龙(MC尼龙)静态浇铸的原理，通过阴离子聚合制得了玻纤、粉煤灰增强MC尼龙。研究了不同玻纤和粉煤灰质量分数对复合材料性能的影响。结果表明，用这种方法制得的玻纤、粉煤灰增强MC尼龙的机械性能较普通MC尼龙有较大幅度提高，纤维在基体中的分散性好，与基体的粘接性也相当好；加入30％玻璃纤维和10％粉煤灰可使复合材料的拉伸强度提高13．8％、弯曲强度提高32．8％、弯曲弹性模量提高110％、无缺口冲击韧性提高442％、而硬度提高49．6％。     

三维编织碳纤维尼龙复合材料的研究

根据碱催化阴离子聚合原理，用液态原位聚合方法制备了尼龙／三维编织碳纤维复合材料（PA／C3D），介绍其成型工艺过程，测试并分析了PA／C3D复合材料的力学性能及影响因素。结果表明，PA／C3D复合材料具有比长碳纤维增强尼龙（PA／CL）复合材料高的冲击强度和剪切强度，其弯曲性能低于PA／CL复合材料。碳纤维空气氧化处理后制备的PA／C3D复合材料的弯曲强度、弯曲弹性模量及平面剪切强度均有所提高，但冲击强度下降。     

磨碎玻璃纤维在MC尼龙中的应用研究

考察磨碎玻璃纤维对铸型(MC)尼龙复合材料填料分布、物理力学性能的影响,以及增韧剂对MC尼龙复合材料韧性的影响。结果表明,磨碎玻璃纤维改性MC尼龙的物理力学性能优良,当加入10％的磨碎玻璃纤维时,制品收缩率降低,热变形温度提高20℃,制品具有填料分布均匀、外观光泽优良等优点;制品的拉伸强度比纯MC尼龙提高26％,弯曲强度提高13％,压缩强度提高36％。加入增韧剂六甲基磷酰三胺后,复合材料的韧性大幅度提高,添加量为5％-10％时,复合材料的综合力学性能最佳。     

空心玻璃微珠填充MC尼龙复合材料的研究

对空心玻璃微珠填充铸型(MC)尼龙进行了系列研究,考察了空心玻璃微珠含量、粒径及表面处理对MC尼龙性能的影响。结果表明,空心玻璃微珠改性MC尼龙复合材料的物理性能和力学性能优良,当加入10％表面处理的空心玻璃微珠时,制品的收缩率下降,热变形温度提高20℃以上,制品具有填料分布均匀、外观光泽优良等优点。与未处理的空心玻璃微珠相比,填充经表面处理空心玻璃微珠的复合材料拉伸强度、弯曲强度、断裂伸长率分别提高了15．7％、12．2％和246％。空心玻璃微珠的粒径愈小,复合材料的力学性能愈好。一定用量的玻璃微珠填充MC尼龙不仅可以使材料保持较好的力学性能和耐热性能,而且能够降低MC尼龙复合材料的成本。     

温度和应力对碳纤维环氧复合材料吸湿行为的影响

吸湿行为对复合材料的实际应用有很大的影响。本文研究了温度与外加应力因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料在NaC l水溶液中吸湿行为的影响规律。结果表明,升高温度可以提高复合材料在初始阶段的吸湿速率,增大饱和吸湿率。在35~70℃试验温度范围内,复合材料的吸湿特性遵从F ick定律。在35℃温度下施加弯曲载荷增大了复合材料在初始阶段的吸湿速率和饱和吸湿率,并且施加的弯曲载荷越大,复合材料在初始阶段的吸湿速率和达到平衡时的饱和吸湿率越大。同时,吸湿对复合材料的承载能力有明显的影响作用。     

2005年尼龙开发与应用专题题录

PPS／PA6合金的研究,空心玻璃微珠填充MC尼龙复合材料的研究,GMA熔融接技SBS及其对PA6增容研究,尼龙口管材的生产工艺,碳纤维增强MC尼龙复合材料吸湿行为研究     

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。     

MC尼龙6/SiO2纳米复合材料的制备与表征

用原位聚合法制备了MC尼龙6／SiO2纳米复合材料。当纳米SiO2的加入量为1％时，复合材料的力学综合性能最优。与纯MC尼龙相比，拉伸强度提高21％，弯曲模量提高40．3％，简支梁冲击强度提高69．1％，断裂伸长率降低43％。随着纳米SiO2含量的增加，复合材料的力学性能呈现降低趋势。采用SEM、XRD和DSC对产物进行了表征，表明采用修饰后的纳米SiO2加入到产物中，粒子分布均匀，粒径分布窄，粒子的粒径在30nm左右。随着纳米SiO2加入量的增加，MC尼龙6／SiO2纳米复合材料的结晶度下降。复合材料的熔点比未改性的纯MC尼龙6提高了2～3℃左右。     

氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦磨损性能的影响

以己内酰胺单体和经氧化处理的碳纤维三维编织物(C3D)为原料,采用原位聚合方法制备了C3D增强浇铸尼龙(MC尼龙/C3D)复合材料。在磨损试验机上进行了滑动摩擦试验,采用扫描电子显微镜对磨痕和磨屑形貌进行观察和分析,研究了氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,C3D经过氧化处理后所制MC尼龙/C3D复合材料的摩擦系数明显小于C3D未经氧化处理的MC尼龙/C3D复合材料。随着载荷的增加,材料的摩擦系数增大,而磨损率减小;在较高滑动速度下,摩擦系数和磨损率均较小;从磨痕和磨屑形貌观察到,C3D经氧化处理后与基体结合好,而未经氧化处理的C3D与基体剥离,但是C3D经氧化处理的复合材料的磨损率在较高载荷下略有增大。表明,C3D的氧化处理提高了碳纤维与基体间的结合强度,同时在一定程度上提高了复合材料的摩擦学性能。     

CE/EP/CF复合材料的湿热性能研究

采用溶液预浸渍法分别制备了两种碳纤维(CF)增强环氧树脂(EP)改性氰酸酯树脂(CE)(CE/EP/CF)复合材料,研究了该复合材料的吸湿行为及湿热环境对其力学性能和微观结构的影响。结果表明,CE/EP基体具有比EP更小的吸湿能力;湿热环境对CE/EP/CF复合材料的纵向拉伸强度影响不大,但对其层间剪切强度的影响较为显著。     

MC尼龙/纳米Al2O3复合材料力学性能的研究

采用原位聚合技术制备了纳米Al2O3增强单体浇铸(MC)尼龙复合材料,用扫描电子显微镜观察其断口形貌纳米粒子分布状况,并测试、分析了纳米Al2O3含量对对材料力学性能的影响。结果表明，采用原位聚合技术可获得的纳米粒子分布均匀、综合性能优良的纳米复合材料，当纳米Al2O3质量分数的4%时，MC尼龙/纳米Al2O3复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度均达到最大值，分别比纯MC尼龙提高了19%、33%和11%。     

MC尼龙/CaCO3纳米复合材料的制备及力学性能研究

用超声分散原位聚合法制备了铸型(MC)尼龙／CaCO3纳米复合材料,用扫描电镜(SEM)对纳米CaCO3粒子在基体中的分散情况进行了表征,研究了纳米CaCO3用量对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,纳米CaCO3对MC尼龙具有增韧和增强的双重效果,复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度随着纳米CaCO3用量的增加先提高后降低,而断裂伸长率随着纳米CaCO3用量的增加而降低,当纳米CaCO3的用量为2％—3％时复合材料的综合性能最好。     

Microstructural characterization of short glass fiber and PAN based carbon fiber reinforced nylon 6 polymer composites

Microstructural characterization of nylon 6/short glass fiber (SGF) and nylon 6/polyacrolonitrile based carbon fibers (PAN‐CFs) of 10 to 40 wt% has been performed by positron lifetime technique (PLT). The positron lifetime parameters viz., o‐Ps lifetime (τ₃), o‐Ps intensity (I₃), and fractional free volume (F_v) of nylon 6/SGF and nylon 6/PAN‐CF composites are correlated with the mechanical properties viz., tensile strength and Young's modulus. The F_v shows negative deviation with the reinforcement of 10 to 40 wt% of PAN‐CF and show positive deviation in nylon 6/SGF from the linear additivity relation. The negative deviation in nylon 6/PAN‐CF composite suggests the induced molecular packing due to the chemical interaction between the polymeric chains of nylon 6 and PAN‐CF. The positive deviation in nylon 6/SGF composite indicates the formation of interface between the polymeric chains of nylon 6 and SGF. The increased crystallinity of nylon 6/SGF and nylon 6/PAN‐CF composites shows the improved mechanical properties of the composites. The hydrodynamic interaction parameter (h), which shows more negative values in nylon 6/SGF than nylon 6/PAN‐CF composites. However, the extent of chemical interaction in nylon 6/SGF is less compare to nylon 6/PAN‐CF composites. This is evident from Fourier transform infrared spectrometry studies. POLYM. ENG. SCI., 58:1428–1437, 2018. © 2017 Society of Plastics Engineers     

异辛酸稀土改性MC尼龙的研究

研究了己内酰胺在甲醇钠催化剂和甲苯二异氰酸酯助催化剂的存在下,采用异辛酸稀土改性的由阴离子开环原位聚合法制备MC尼龙复合材料的工艺,介绍了异辛酸稀土改性剂的制备方法,研究了异辛酸稀土改性MC尼龙的力学性能和热性能。结果表明,异辛酸稀土的加入可使MC尼龙的弯曲强度、冲击强度等力学性能得以提高;通过改性还能使制品的热稳定性、耐磨性和尺寸稳定性明显提高而吸水率大幅度降低。     

Effects of hygrothermal aging on the thermal–mechanical properties of vinylester resin and its pultruded carbon fiber composites

Hygrothermal aging was carried out on vinyl ester (VE) resin cast and its pultruded carbon fiber reinforced composite (CF/VE) by immersing them in distilled water at 65 and 95°C. Hygrothermal aging effects on the samples were studied in terms of thermal–mechanical properties, as well as moisture absorption behavior, interfacial adhesion, and transverse mechanical properties. Moisture absorption behaviors of the VE casts and the CF/VE composites were characterized as Fickian behavior. Dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) tests showed that the tan δ peak temperatures of the VE casts and CF/VE composites decreased with immersion time at 65 and 95°C. Moreover, there existed a splitting in the tan δ peaks at 95°C, which was reversible and could be recovered by dehydration. Three‐point flexural test indicated that flexural strengths of both the VE casts and the composites decreased by hygrothermal aging with a trend related to their moisture absorption behaviors, while flexural modulus of the composites was less affected. The ILSS of the CF/VE composites was also depressed by deterioration in interfacial adhesion, which was proved by the interfacial adhesion parameters, A and α. POLYM. COMPOS., 2009. © 2009 Society of Plastics Engineers     

Multiscale organic montmorillonite‐carbon fiber reinforcement for high impact polystyrene

An approach to the development of high impact polystyrene (HIPS) based on organic montmorillonite (OMMT) and carbon fiber (CF) reinforcement was reported in this article. OMMT were used to improve the interface compatibility and toughness of CF/HIPS composites. HIPS/OMMT/CF composites were prepared by melt compounding, followed by injection molding. The composites were characterized by some techniques including X‐ray diffraction (XRD), dynamic mechanical analysis (DMA), scanning electron microscopy (SEM), and mechanical testing. In comparison to unmodified system, the incorporation of OMMT can significantly enhance the mechanical properties of the HIPS/CF composites. The optimum weight ratio of OMMT : CF : HIPS in the composite is 1/5/100. Compare with HIPS, the tensile modulus, tensile strength, bending modulus and bending strength of OMMT/CF/HIPS composite increased by 81%, 138%, 26%, and 46%, respectively. Moreover, the impact strength of OMMT/CF/HIPS composites increased by 31%, compared with CF/HIPS composite. POLYM. COMPOS., 36:811–816, 2015. © 2014 Society of Plastics Engineers     

酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究

针对石墨烯在复合材料增强增韧上的应用,对石墨烯进行了酸化处理,采用超声分散方法制备酸化石墨烯/环氧树脂(EP)浇注体,并在此基础上制备了酸化石墨烯/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)复合材料。分别利用红外光谱和透射电镜表征了酸化石墨烯表面结构和微观形貌,利用拉伸、弯曲、冲击等机械测试手段评价了酸化石墨烯改性EP和CF-EP的力学性能,并利用扫描电镜对复合材料拉伸断面形貌进行观察。试验结果表明:石墨烯酸化处理后,成功在表面引入了羟基、羧基等极性基团;酸化石墨烯可对EP和CF/EP进行有效增强增韧,当其添加量为0.2wt%时,EP拉伸强度和冲击强度分别提高了23.3%和109.8%,CF/EP拉伸强度、弯曲强度分别提高了6.0%和10.6%,当酸化石墨烯添加量为0.5wt%时,CF/EP复合材料层间剪切强度提高了7.4%。微观形貌分析表明,酸化石墨烯对CF/EP增强改性主要是通过对EP进行增强增韧,同时提高CF和EP之间的界面性能来实现的。