石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

碳纤维-AlN/聚醚醚酮复合材料的制备与性能

以聚醚醚酮(PEEK)为基体树脂、碳纤维(CF)和氮化铝(AlN)为填料,通过模压成型的方法制备了抗静电耐热型CF-AlN/PEEK复合材料。采用高阻计、导热系数测定仪、热失重、差示扫描量热仪和SEM研究了CF-AlN/PEEK复合材料的抗静电性能、热性能、力学性能以及降温速率对复合材料性能的影响,并探讨了后期热处理对力学性能的影响。结果表明:当CF和AlN的质量分数均为10%时,CF-AlN/PEEK复合材料的性能较优,其表面电阻率达到108 Ω,比PEEK的表面电阻率提高了6个数量级;导热系数为0.418 W·(m·K)-1,初始分解温度高达573℃;拉伸强度提高了40.4%;降温速率越低,复合材料的熔点越高;后期热处理会影响CF-AlN/PEEK复合材料的力学性能,在270℃下热处理2 h,其拉伸强度可达146 MPa,表明在生产过程中,加工温度是影响复合材料性能的因素之一。      

碳纤维增强共聚酰胺6-66复合材料的制备及性能

通过两段式聚合法制备共聚酰胺PA6-66,然后采用熔融共混得到碳纤维增强PA6-66复合材料(CF/PA6-66).对复合材料的断面形貌、热性能、结晶性能、非等温结晶动力学、熔体流变性、力学性能和动态力学性能进行了分析.差示扫描量热(DSC)和热重分析结果表明,CF/PA6-66复合材料的熔点约为190℃,分解温度在376℃以上.DSC和X射线衍射分析表明,CF的加入加快了聚合物的结晶速率,促进γ晶型的形成.力学性能和熔体流变性能测试结果表明,随着CF含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度与缺口冲击强度均先升高后降低,当CF含量为20％时,CF/PA6-66复合材料的拉伸强度与弯曲强度分别为95.54 MPa和121.42 MPa,相比纯PA6-66分别提升了82.26％和81.17％,同时其黏流活化能仅为35.43 kJ/mol.     

连续碳纤维增强杂萘联苯共聚芳醚砜复合材料的制备及力学性能

以含二氮杂萘酮联苯共聚芳醚砜(PPBES)为树脂基体,连续碳纤维T700-12K为增强材料,采用溶液浸渍和模压成型的方法制备出单向复合材料。通过对复合材料样条进行三点弯曲以及短梁剪切力学性能测试,考察了复合材料纤维体积分数、模压成型温度、成型压力及保压时间对复合材料弯曲强度、模量及层间剪切强度的影响。分别测试了复合材料在干态及湿态下的高温力学性能的变化规律。结果表明,当复合材料纤维体积分数为63%,模压成型温度为350℃,成型压力为4 MPa,保压时间为20 min时,复合材料的力学性能最佳。动态热机械性能测试结果表明复合材料在230℃之前,储能模量保持稳定。而水煮48 h后复合材料的吸水率为0.3%。     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

碳纤维增强聚醚酮酮模压复合材料结构与性能调控

为探究模压工艺参数对碳纤维增强聚醚酮酮复合材料(CF/PEKK)结构与性能的影响规律,采用真空模压工艺制备CF/PEKK复合材料层压板,系统讨论了模压温度和压力对树脂与纤维的界面结构、PEKK凝聚态结构及复合材料力学性能的影响,通过扫描电镜分析了复合材料的微观结构,讨论了复合材料的失效形式,采用X射线衍射观察了复合材料中PEKK的晶体结构,使用动态热机械分析研究了复合材料界面阻尼与模压成型工艺的关系。研究结果表明,在365℃的模压温度和5.0～6.0 MPa模压压力下,CF/PEKK复合材料的综合力学性能最优,其中拉伸强度达到965 MPa,弯曲强度849 MPa,层间剪切强度59 MPa,复合材料的断裂失效形式以树脂开裂与层间Z形断裂为主。     

熔融温度对PEEK/MWNT-COOH复合材料的力学与阻燃性能的影响

通过模压成型的方法制备了不同熔融温度的聚醚醚酮(PEEK)/羧基化碳纳米管(MWNT-COOH)复合材料。利用热重分析(TG)、锥形量热法以及三点弯曲法等手段研究了不同熔融温度对复合材料的热稳定性、阻燃特性以及力学性能的影响。结果表明:400℃熔融温度下的复合材料具有较好的热稳定性,初始氧化温度高达500℃;在400℃熔融温度下处理后试样的弯曲强度最高达到202.0MPa;400℃熔融温度下的复合材料试样的点燃时间和最大热释放速率(TTI/PHRR)的比值最高达到0.258,具有较好的阻燃性能。     

纳米Al2O3-碳纤维多尺度增强聚酰胺基复合材料的制备及力学性能

采用叠层模压法制备了纳米Al₂O₃-碳纤维织物多尺度增强聚酰胺基（nano Al₂O₃-CFF/PA6）复合材料层压板。借助场发射扫描电子显微镜（FESEM）、同步热分析仪（TGA/DSC）和FTIR,研究了模压温度、压力和纳米Al₂O₃加入量等因素对nano Al₂O₃-CFF/PA6复合材料力学性能的影响。研究表明：在模压温度为230℃、模压压力为3 MPa和保压时间为15 min时,CFF/PA6层压板的弯曲强度为250.3 MPa,层间剪切强度为87.6 MPa,平行层厚方向的冲击强度为41.2 MPa,垂直层厚方向为9.6 MPa。当基体中的Al₂O₃含量达到6wt%时,nano Al₂O₃-CFF/PA6层压板的弯曲强度为387.6 MPa,层间剪切强度为35.7 MPa,平行和垂直层厚方向的冲击强度分别为80.3 MPa和25.6 MPa。     

聚醚醚酮/聚醚酰亚胺合金的热学性能与力学性能

通过熔融共混和注塑成型的方法制备了不同质量比的聚醚醚酮/聚醚酰亚胺（PEEK/PEI）合金,确定了各种质量比下时的最佳加工温度。采用热重分析、差示扫描量热分析、动态力学热分析和拉伸、三点弯曲的性能表征方法,研究了PEEK/PEI共混合金的热学和力学性能随PEEK/PEI质量比的变化趋势。结果表明,各组分比的PEEK/PEI合金均具有良好的热稳定性;随着PEEK含量增加,合金结晶度呈现上升的趋势,而玻璃化转变温度不断下降;室温时,PEEK含量对PEEK/PEI共混物的力学性能影响较弱;当测试温度稍低于PEEK玻璃化转变温度时,其力学性能随着PEEK含量的增加表现出降低的趋势;当测试温度在PEEK与PEI玻璃化转变温度之间时,合金的力学性能随着PEEK含量的增加先下降再上升。最后,基于随机森林法量化了合金质量比及热性能参数对PEEK/PEI合金力学性能的贡献程度。     

碳纤维聚醚醚酮树脂基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

聚醚醚酮(PEEK)具有优良的耐热性、阻燃性和电绝缘性,广泛应用于汽车部件、半导体和热压缩级等领域。为了实现PEEK的高性能化,使之可应用于阀片、密封圈等对耐磨性有较高要求的领域,替代金属材料,通过热压法成功制得PEEK/氧化石墨烯(GO)-氧化锌(ZnO)/碳纤维(CF)(PEEK/GO-ZnO/CF)复合材料。首先将GO与ZnO通过高温反应釜在180℃反应12h,成功对石墨烯进行改性。将改性后的石墨烯与PEEK共混与CF编织布通过热压成型。通过对该复合材料的摩擦磨损性能、热稳定性、机械性能研究,加入经改性的GO含量为1.5%(wt,质量分数)条件下,制得的PEEK/GO-ZnO/CF复合材料具有较好的综合性能,在25℃条件下摩擦磨损率为13×10~(-6)mm~3/Nm,拉伸强度达到265.0MPa,弯曲强度达到262.7MPa。     

羟基磷灰石的表面改性对羟基磷灰石/聚醚醚酮复合材料力学和摩擦性能的影响

采用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石（HA）,并用硅烷偶联剂KH560对其进行表面改性;然后,以聚醚醚酮（PEEK）为基体,通过热压成型工艺制备原始HA/PEEK与改性HA/PEEK复合材料。考察两种HA的引入对复合材料结构、力学性能和摩擦性能的影响。利用XRD、FTIR、FESEM、拉伸测试、DMA和摩擦测试对两种HA/PEEK复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明：HA表面引入了硅烷偶联剂KH560;改性前后HA的晶型结构没有明显改变;两种HA对PEEK基体的结晶结构也没有产生影响;改性HA在PEEK基体中分散均匀;与纯PEEK相比,10wt%改性HA/PEEK复合材料的储能模量增加了55.56%,玻璃化温度增加了3.6℃,磨痕深度降低了31.1%,有效改善了复合材料的热力学性能和摩擦性能;改性HA/PEEK拉伸强度为68.33 MPa,能够满足人骨的强度要求。     

氧化硼-磷酸浸渍对中间相炭微球复合材料抗氧化及力学性能的影响

以原位缩聚法制备的中间相炭微球/碳纳米管(MCMB/CNTs)复合微球为原料, 通过添加氧化硼(B₂O₃)粉体和磷酸浸渍对该复合材料进行了基体和表面改性。采用扫描电子显微镜(SEM)、三点弯曲法、热重分析(TG)以及恒温氧化测试方法对复合材料的表面形貌、弯曲强度以及抗氧化性能进行了表征与测试。结果表明: 添加适量的B₂O₃可以有效提升复合材料的抗氧化性能和弯曲强度, B₂O₃含量超过2%时, 复合材料的弯曲强度逐渐下降。将含有2% B₂O₃的复合材料试样进行磷酸浸渍处理后, 试样的弯曲强度可达66 MPa, 初始氧化温度520℃, 经过500℃恒温氧化60 min后其氧化失重率仅为5%, 弯曲强度仍达到50.3 MPa。     

碳纤维/聚醚醚酮单向带各向异性导电行为的尺度效应

具有导电各向异性的高分子复合材料(ACPCs)在场发射装置及传感器设计领域具有重要应用。常规的ACPCs很难获得超大导电各向异性系数,且力学性能有限。本文采用碳纤维(CF)宽展、表面浸润与树脂复合一体化超薄热塑性单向带制备方法,制备厚度为0.04 mm和0.1 mm的CF增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料单向带,以PEEK纤维为纬线制备CF/PEEK复合材料单向编织布,采用热成型工艺制备CF/PEEK复合材料单向层合板。利用数字万用表和霍尔效应系统测试层合板面内及厚度方向的电阻率和面内的电子迁移率;采用超景深显微镜观察CF/PEEK复合材料单向层合板面内和厚度方向的纤维排列形貌。结果表明,超薄CF/PEEK复合材料单向层合板面内(纤维方向与横向)导电率之比高达377,而面内横向和厚度方向的导电率之比接近1,表明CF/PEEK复合材料获得了良好的横观各向同性;超薄化CF/PEEK复合材料的面内电子迁移行为同样具有巨大的各向异性,这一结果为CF/PEEK复合材料在场发射器件、传感器设计及其灵敏度调控方面提供了实验基础。      

具有绿色降解自修复特性的苯氧树脂及其复合材料的制备

以苯硼酸(PBA)作为苯氧树脂(PO)的固化剂,采用一步法合成了一种含有可逆硼酸酯键(B—O—C)的新型苯氧树脂(POPBA30),并制备了碳纤维增强复合材料(CFRPs)。探讨了POPBA30树脂的固化过程和热性能,以及CFRPs的力学性能、热力学性能、降解性能、自修复性能及耐溶剂性能。利用红外光谱对PO、POPBA30、再生苯氧树脂(R-PO)和再生苯硼酸(R-PBA)进行了结构表征。通过差示扫描量热分析测得POPBA30的T_g高达206℃,热重分析测得POPBA30在空气和氮气气氛中的T_d5分别为411℃和399℃,800℃的质量保留率均高于38%;POPBA30还具有良好的耐化学性,可以在常见的溶剂中稳定存在21 d。以POPBA30为基体制备复合材料(CF/POPBA30),通过万能试验机测得其弯曲强度、层间剪切强度和抗张强度分别为975 MPa,55MPa和734 MPa。CF/POPBA30还具有优异的自修复性能,自修复效率约为85.6%。此外,CF/POPBA30可在室温下99%的乙醇水溶液中发生绿色降解,并实现对碳纤维和苯氧...     

聚四氟乙烯/纳米CaCO_3复合材料制备及性能研究

采用成型压力35MPa,压制时间15min,升温速率60℃/h,烧结温度330℃保温1h,375℃保温2h的制备工艺得到PTFE/纳米CaCO3复合材料,并研究了其力学性能。实验结果表明:加入纳米CaCO3显著提高了复合材料的弹性模量、断裂伸长率和冲击强度,最后对冷压烧结成型聚四氟乙烯制品的质量进行了分析。     

碳纳米管改性CF/PEEK复合材料的力学与电磁屏蔽性能

为了制备兼具优异力学性能和电磁干扰屏蔽效能的结构功能一体化耐高温热塑性复合材料,对添加不同组分碳纳米管(CNT)的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF-CNT/PEEK)的力学性能、电导率以及电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)进行了研究。考察用上浆后的CNT (SCNT)作为导电填料制备的SCF-SCNT/PEEK层合板力学性能、界面形貌和屏蔽效能,并与不进行表面修饰、仅活化的CNT (ACNT)的效果做对比实验。结果表明,适量的CNT会使CF/PEEK层合板的力学性能、电导率和EMI SE得到提高;SCNT比ACNT更容易在PEEK中均匀分散,且与SCF和PEEK的结合更好。所有样品中,仅添加1wt%SCNT的SCF-SCNT/PEEK层合板与不添加CNT的层合板相比,拉伸强度提高了20.8%,达到778 MPa;弯曲强度提高了25.9%,达到1 684 MPa;电导率提升5倍,达到0.15 S/cm;电磁干扰屏蔽效能提升69.76%,平均值达到34.97 dB。     

表面处理对碳纤维/聚醚醚酮复合材料相容性及其力学性能的影响研究

通过KMnO_4、(NH_4)_2HPO_4和浓HNO_3对PAN基碳纤维(T300)进行表面改性,以聚醚醚酮(PEEK)为基体,制备碳纤维(CF)/聚醚醚酮复合材料。利用红外光谱和拉曼光谱对改性后的CF表面结构进行了研究。通过扫描电镜观察了CF和PEEK之间的界面粘结情况,用拉伸实验机对复合材料进行力学测试。结果表明,KMnO_4、(NH_4)_2HPO_4和浓HNO_3处理后CF表面无序度和活性碳原子增多,提高了CF表面活性,其中浓HNO3处理后CF表面含无序度最大,表面活性更强,制备的CF/PEEK复合材料相容性及其力学性能最好。     

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

原位聚合羟基磷灰石/聚醚醚酮复合材料

通过原位聚合法制备HA/PEEK复合材料,利用X射线衍射仪、红外光谱仪、差示扫描量热仪、扫描电镜对PEEK、HA/PEEK复合材料进行表征。研究表明,基体PEEK的聚合过程受到一定的影响;HA颗粒在基体之中有着优异的分散性。将PEEK、HA/PEEK复合材料压模成型,通过拉伸试验和硬度测量检测材料的力学性能,结果表明,HA的加入对复合材料的力学性能产生较大的影响。