纳米SiO2改性环氧树脂碳纤维体育材料及性能试验

针对传统体育器材环氧树脂碳纤维复合材料脆性大、耐冲击性能差的问题,提出用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VATRM)制备用于体育器材的纳米二氧化硅改性环氧树脂碳纤维复合材料,借助电子万能试验机和落锤式冲击实验机研究了该复合材料的横向拉伸性能和抗冲击性能。结果表明:当纳米二氧化硅质量分数为1%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的横向拉伸性能最佳,断裂伸长率为0.5%;横向拉伸强度为41.7 MPa,拉伸模量为79.9 GPa,比纯环氧树脂碳纤维复合材料的横向拉伸强度、拉伸模量分别提高124.2%和12.5%。经纳米二氧化硅改性的环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力为2 216 N,比纯环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力提高了37.2%左右。     

纳米TiO_2改性炭纤维/环氧树脂复合材料性能研究

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)仪和NOL环等方法,对纳米TiO2在环氧树脂(EP)体系中的分散效果、炭纤维表面状态及复合材料性能等进行了系统研究。结果表明:采用高速剪切与超声波复合分散工艺,可以将纳米TiO2均匀分散在EP体系中;当w(纳米TiO2)=2%～3%时,纳米TiO2/EP浇铸体的最大拉伸强度为112 MPa、最大弯曲强度为175 MPa和最大Tg为141.9℃;纳米TiO2可以有效改善炭纤维与EP基体间的界面结合力,形成较理想的界面相,制成的复合材料具有优异的力学性能,其拉伸强度、拉伸模量和剪切强度分别为2.15 GPa、117 GPa和49.9 MPa。     

高性能耐沾污环氧纳米复合材料的研究

制备了1种有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料,采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析以及力学和耐沾污性测试研究了复合材料的性能。结果表明,由于有机蒙脱土、纳米TiO_2与环氧树脂间的相互作用,蒙脱土层被高度剥离,所得的二维蒙脱土纳米单片与零维纳米TiO_2颗粒交错分布于树脂基体中。所制备的复合材料的拉伸模量、拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度和缺口冲击强度分别为纯树脂体系的254.75%,181.53%,121.12%,125.25%和165.57%,材料的耐沾污性也达到了0级无污染水平。     

碳纳米管／环氧树脂复合体系研究

采用熔融混合法,利用超声分散制备了碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料。研究了羟基化碳纳米管的添加量对复合材料的反应活性的影响;同时测试了碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料的弯曲性能和电性能,并利用透射电镜对碳纳米管在复合材料中的微观结构进行了表征。结果表明：碳纳米管使复合材料的反应活性有所提高;当碳纳米管含量为1％时,碳纳米管／环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别由纯体系的143．32MPa和3563．76MPa提高到155．79MPa和3690．45MPa,碳纳米管在环氧树脂基体中呈单根分散。碳纳米管使复合材料的体积电阻率和表面电阻率下降2个数量级。     

碳纳米纤维对玻纤增强环氧树脂基复合材料机械及耐磨性能的影响

采用真空辅助喷涂的方法制备了相对于玻纤质量分数1%、3%的碳纳米纤维/玻纤/环氧树脂基复合材料,并对其机械性能、耐固体粒子冲蚀磨损性能与纯环氧树脂(EP)、玻纤增强环氧树脂(FRP)进行了对比研究。结果表明:1%、3%碳纳米纤维的加入使得复合材料的拉伸强度达到72MPa、70MPa,相对于EP分别增加了20%、16.7%,相对于FRP分别降低了32.7%、30.7%;弯曲强度达到150MPa、178MPa,相对于EP分别增加了40.2%,66.4%,相对于FRP分别降低了19.8%、4.8%;侵蚀磨损试验中质量损失相对于FRP分别降低了75%、86.7%,在对复合材料机械强度影响较小的前提下大大提高了复合材料的耐磨损性能。     

改性空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料力学性能研究

采用偶联剂对玻璃微珠表面进行改性处理,借助超声波振动,使改性空心玻璃微珠在环氧树脂中均匀、稳定分散,增强了玻璃微珠与环氧树脂之间的相容并探讨了改性空心玻璃微珠对环氧树脂力学性能的影响。结果表明,复合材料中改性空心玻璃微珠添加质量分数为3%时,其拉伸强度达到最大值68.54 MPa,与空白样相比提高了20.3%;冲击强度达到最大值24.42 kJ/m2,比纯环氧树脂提高了166%;KIC(断裂韧性)达到最大值2.338 MPa/m2,是空白试样的2.27倍,增韧效果较为明显。     

纳米纤维素-竹粉改性环氧树脂复合材料研究

以采用溶剂交换和熔融机械搅拌相结合的方法制备了纳米纤维素-竹粉改性的环氧树脂复合材料。采用拉伸性能测试、示差扫描量热仪(DSC)研究了复合材料的力学性能及固化反应。结果表明:随着竹粉含量增加,竹粉改性环氧体系的拉伸强度及拉伸弹性模量呈上升趋势,但断裂伸长率明显降低。而竹粉与纳米纤维素协同改性的环氧体系不仅改善了断裂伸长率而且在原来基础上再次提升了拉伸强度及拉伸模量。与纯的环氧基体相比,添加纳米纤维素质量分数为0.2%及竹粉质量分数为20%的体系性能最佳。竹粉的加入对环氧树脂固化反应有一定的阻碍作用,而纳米纤维素对反应有一定的促进作用。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究

本文研究了碳纳米管在环氧树脂中的分散方式及碳纳米管长度对环氧树脂复合材料力学性能的影响,并对单壁与多壁碳纳米管分别制备的环氧树脂复合材料的力学性能进行了分析探讨。本实验条件如下:搅拌时间为8h时复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别可比1h时增加41%、22%和38%;超声波处理时间为4h时复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别可比处理1h时增加143%、30%和45%,但超声波处理时间不宜过长,否则会破坏碳纳米管表面,导致性能下降。短碳纳米管在环氧树脂中的分散性较好,对环氧树脂复合材料的增强效果较好。长碳纳米管对提高复合材料的韧性有利。与长度为50μm时相比,碳纳米管长度为2μm时制备的环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度高49.2%和45.3%,但断裂伸长率低33%。与单壁碳纳米管相比,多壁碳纳米管与环氧树脂的界面结合力更好,更适于做环氧树脂增韧材料。相同实验条件下多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的冲击强度、断裂伸长率和拉伸强度较单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料可分别提高31%、24%和28%。     

稻壳二氧化硅/环氧树脂纳米复合材料机械性能研究

将稻壳用10%的盐酸处理后在600℃焚烧得到纯度为99.3%的SiO_2,将SiO_2用偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性后与环氧树脂(EP)复合,探讨了SiO_2质量分数在0～5%范围内复合材料的力学性能.研究结果显示:经硅烷偶联剂KH550改性后稻壳SiO_2粒子为无定形态,尺寸在30～50 nm且能显著提高环氧树脂的力学性能.当稻壳SiO_2质量分数为3%时,材料的拉伸性能以及弯曲性能的提高率最大,拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量和弯曲强度的提高率分别为27.25%、6.54%、61.7%和24.56%.SEM研究结果显示:复合材料中SiO_2与基体树脂之间有较好的相容性.     

聚硫橡胶改性环氧树脂研究

通过红外光谱及力学性能测试研究了不同液体聚硫橡胶用量对环氧树脂性能的影响。结果表明,加入质量分数20%~100%的液体聚硫橡胶,质量分数8%的DMP30固化促进剂后,环氧树脂的性能可大幅提高。当聚硫橡胶质量分数为20%时,浇注试样拉伸强度最高,达到65.28 MPa,断裂伸长率21.7%,弯曲强度125.76 MPa,弯曲模量2 847.93 MPa,弯曲应变7.67%,纯环氧树脂固化物的指标分别34.27 MPa,10.0%,66.21 MPa,2 340.54 MPa,2.18%。当聚硫橡胶质量分数为80%时,粘接碳钢剪切强度接近12 MPa。     

玻璃纤维增强尼龙66复合材料的结构与性能

使用双螺杆挤出机,采用共混改性方法制备玻璃纤维(GF)增强尼龙66(PA 66)复合材料(GF-PA 66),并对其结构、热性能和力学性能进行了表征。结果表明:制备的GF质量分数分别为20%,25%,30%的GF-PA 66复合材料的密度均低于1.4 g/cm~3,GF在GF-PA 66复合材料体系中呈现纤维交错复杂的网络结构;GF-PA 66复合材料的起始热降解温度均在320℃以上,具有较好的耐热性;随着GF含量的增加,GF-PA 66复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量升高,当GF质量分数达到30%时,复合材料的拉伸强度为147.4 MPa,比纯PA 66提高了75%,弯曲强度达到202 MPa,比纯PA 66提高了112%,弯曲模量达到7 783.3 MPa,比纯PA 66提高了175%;随着GF含量的增加,GF-PA 66复合材料的悬臂梁冲击强度先降低后升高,当GF质量分数为30%时,复合材料的悬臂梁冲击强度高于纯PA 66。     

纳米SiO_(2-x)改性环氧复合材料研究

采用偶联剂表面处理同时通过超声波震荡的方法使纳米SiO2 x粒子在环氧树脂中充分分散,制得了纳米SiO2 x环氧E-51/MeTHPA复合材料。利用INSTRON试验机、TEM、TG等方法对该复合材料的性能进行了研究,结果表明,纳米SiO2 x粒子能够以纳米级分散到环氧树脂基体中,较大地提高了环氧树脂的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率、热稳定性等性能。     

多功能高性能环氧树脂复合材料的制备

通过将有机蒙脱土和纳米TiO_2共同添加到环氧树脂中,制备出一种在多项性能上都有大幅提高的高性能多功能有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料。通过XRD和TEM分析可知,由于利用了有机蒙脱土、纳米TiO_2与环氧树脂间的相互作用,蒙脱土层被高度剥离,所得的二维蒙脱土纳米单片与零维纳米TiO_2颗粒交错分布于树脂基体中。测试表明:有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料在多项性能上都比纯环氧树脂和有机蒙脱土/环氧树脂复合材料高,拉伸模量分别提高了254.75%和135.69%,拉伸强度分别提高了181.53%和243.46%,弯曲模量分别提高了121.12%和106.04%,弯曲强度分别提高了125.25%和116.98%,缺口冲击强度分别提高了165.57%和137.23%;同时材料的耐沾污性也达到了0级的无污染水平。     

乒乓球拍用碳纤维复合材料的改性与性能研究

在乒乓球拍用碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行了不同含量纳米微晶纤维素涂覆的改性处理,研究了纳米微晶纤维素含量对复合材料表面形貌、单丝拉伸强度、剪切强度和弯曲性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,硅烷化改性处理并不会对纳米微晶纤维素的形貌和尺寸产生显著改变;去除上浆剂后的碳纤维抗拉强度约为3.44GPa,剪切强度约为48.3MPa,碳纤维的弯曲强度和弯曲模量分别为418.3MPa和20.1GPa,随着AMEO-NCC含量增加,AMEO-NCC涂覆的碳纤维的单丝抗拉强度、剪切强度、弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小的特征,在AMEO-NCC含量为质量分数0.3%时取得单丝抗拉强度最大值,且都高于去除上浆剂后的碳纤维。     

静电自组装杂化纳米粒子改性酚醛树脂及其性能北大核心CSCD

通过改进的Hummer法制得氧化石墨烯(GO),而后通过静电自组装,将GO与经过多巴胺修饰的纳米ZrO_(2)粒子制得杂化纳米粒子ZrO_(2)-GO,最后通过原位聚合法制得ZrO_(2)-GO/酚醛树脂(PF)复合材料,对有关产物进行了结构表征和性能测试。结果表明:适量引入杂化纳米粒子,可明显改善PF的弯曲、冲击、摩擦性能和热稳定性,当杂化纳米粒子的质量分数为1.0%时,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别达到最大值78.75 MPa、3.88 GPa和14.74 kJ/m^(2),比PF分别提高了73.57%,52.75%和115.3%。当杂化纳米粒子质量分数为1.5%时,复合材料的摩擦系数降至0.92,比PF降低了26.9%。引入杂化纳米粒子后,PF的玻璃化温度、分解温度、残炭率均明显提高。     

Fe2O3/PA6复合材料的制备及性能研究

将通过液压-热晶法合成的纳米Fe2O3粒子加入到聚合反应体系中进行原位聚合,制得纳米Fe2O3/PA6复合材料。通过扫描电镜研究了纳米Fe2O3在PA6基体中的分散情况,将复合材料挤压成直径为1mm的细线,测试了其力学性能和热学性能。结果表明,纳米Fe2O3在基体中分散均匀,当纳米Fe2O3质量分数为16.7%时,复合材料的最大失重速率温度比纯PA6提高了16.0℃,热稳定性得到提高,拉伸强度和拉伸模量比纯PA6分别提高了27.78%和109%。     

含联苯结构环氧树脂材料

引入高刚性联苯结构可有效改善环氧树脂耐热(湿)性、熔融黏度等性能,环氧值和熔程有较大提高,关于它的合成研究已较深入。制备含联苯结构环氧树脂/粘土纳米复合材料成为新的热点,研究表明:粘土的质量分数对拉伸强度、弯曲模量、冲击强度等力学性能影响显著,当质量分数小于10%时性能较优,具有较高的玻璃化转变温度。     

环氧树脂/纳米Si_3N_4复合材料的制备与性能研究

以纳米 Si_3N_4为填料制备了环氧树脂/纳米 Si_3N_4复合材料。通过透射电镜观察到,纳米粒子在有机基体中分散均匀。研究了纳米 Si_3N_4对复合材料性能的影响,结果表明,添加纳米 Si_3N_4使复合材料的力学性能增加,当改性环氧树脂/纳米 Si_3N_4为100/3(质量比,下同)时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度提高幅度最大,分别提高了145%、241%、255%。此时,复合材料的击穿场强提高的幅度也达到最大,在直流电压和交流电压下,分别提高了249%、146%;但添加纳米 Si_3N_4使复合材料的介电常数和介质损耗值减小;热重分析表明,环氧树脂/纳米Si_3N_4复合材料耐热性能有明显提高。并用"核-壳过渡层"结构模型初步探讨了各项性能改善的原因。     

基于麻纤维板材回收再利用的汽车内饰用短纤维增强复合材料性能的研究

采用汽车内饰的黄麻纤维板材回收破碎,通过侧喂料喂入进行共混加工,最佳加工温度为190℃,最终注塑成短纤维增强复合材料。当纤维含量为20%时,复合材料力学性能与滑石粉/聚丙烯材料的相互媲美,而且密度下降9%左右,满足汽车内饰聚丙烯材料轻量化和绿色化的要求。基于此,采用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)来提高材料力学性能。当MAPP质量分数为3%时,复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达最大值为35.5 MPa、58.3 MPa和2.9 J/m,而拉伸模量和弯曲模量最大值为3 452、2 797 MPa。     

纳米炭黑/环氧树脂复合材料的研究

利用填充混合法,选用不同添加量的纳米炭黑N220制备了炭黑(CB)/环氧树脂(EP)复合材料。利用X射线衍射(XRay)、透射电镜(TEM),研究了N220炭黑在环氧树脂复合材料中的分散状态;利用扫描电镜(SEM)对N220/EP复合材料的拉伸断口的形貌进行了观察。结果表明,N220炭黑通过偶联剂(KH550)的作用,可与环氧树脂形成良好的界面;N220炭黑在环氧树脂中主要以炭黑粒子以及聚集体的形态均匀分散,并有可能与环氧树脂固化时形成剥离结构;N220炭黑的加入,使材料的力学性能和耐热性均有很大的提高,材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和弯曲强度在N220的加入量为2%时均达到极大值82MPa、3%、20kJ/m2、107MPa,与纯环氧树脂相比,分别提高了32.3%、39.6%、88.7%、10.3%。