碳纤维水泥基复合材料电阻变化规律研究

研究了碳纤维水泥基复合材料在水化期间及固化后的电阻变化特性。研究发现：当碳纤维体积分数较低时，试样的电阻率随着固化时间的增大而明显增大；反之，当碳纤维体积分数超过某一个范围后，会出现电阻（率）随水化时间的延长而变小的规律。此外，对于已固化好的碳纤维水泥基复合材料，随着电流（电压）的增大，电阻会出现一定程度的降低，碳纤维体积分数越低（即电阻率越大时），电阻下降的趋势越明显。     

碳纤维与玄武岩纤维对水泥基材料性能影响的对比实验研究

将碳纤维和玄武岩纤维作为增强材料掺入水泥基材料中,对二者的作用效果及影响因素进行了对比试验研究,探究两种纤维的适用性．     

局部叠层碳纤维水泥基材料的应变电阻效应研究

将碳纤维加入普通混凝土中,普通混凝土便成为具有自诊断功能特性的智能混凝土.利用这些功能特性可望实现土木工程结构和基础设施的健康监测.使用连续碳纤维束取代传统碳纤维增强混凝土中的短切碳纤维,研究了局部叠层碳纤维水泥基材料三点弯曲梁在单调和循环拉应力作用下电阻的变化规律,分析了局部叠层碳纤维水泥基材料的应变-电阻效应,并与连续碳纤维水泥基材料应变-电阻效应作了比较.结果表明,局部叠层碳纤维水泥基材料的应变灵敏系数是连续碳纤维水泥基材料应变灵敏系数的近23倍,但稳定性要差一些;局部叠层碳纤维水泥基材料的电阻随着拉伸应变的增大而增大,随着拉伸应变的减小而减小,可望用于土木工程结构和基础设施的健康监测.     

纳米碳纤维自密实混凝土的电阻特性

为了探讨纳米碳纤维自密实混凝土的导电特性及功能化的可行性,对其静态电阻进行了观测。在此基础上,测量纳米碳纤维自密实混凝土试件在单轴抗压试验、劈裂试验和抗弯试验中的实时电阻变化,分析讨论了在受力（拉压）情况下试件的电阻变化规律。试验结果表明,掺量适当的纳米碳纤维自密实混凝土的电阻率在半导体范围之内;在受拉、压作用时电阻变...     

表面涂层对碳纤维的强度和断裂特征的影响

利用化学气相沉积法在碳纤维表面获得了ＳｉＣ，Ｃ＋ＳｉＣ，Ｓｉ，Ｃ－Ｓｉ梯度等多种涂层，研究了各种涂层对碳纤维强度的影响，分析了涂层碳纤维的断裂过程与断口形貌，实验结果显示：Ｃ－Ｓｉ梯度涂层碳纤维具有较高的抗拉强度，这是任何单一涂层所无法比抉的。另外，单Ｓｉ涂层碳纤维的断口为拨出型，其它几种涂层碳纤维的断口为平切型。     

炭黑/水性聚氨酯复合材料的制备与气敏性能

以环境友好的水性聚氨酯（WPU）为基体,以炭黑（CB）为导电填料,采用乳液共混法制备了低逾渗值的炭黑/水性聚氨酯（CB/WPU）导电复合材料,研究其在不同有机蒸汽环境中的气敏响应性能.研究发现,CB/WPU复合材料对有机溶剂蒸汽的气敏响应速率快,当复合材料置于饱和有机溶剂蒸汽环境时,电阻迅速增大,60 s左右电阻即可达到最大值,然后趋于稳定值;当复合材料转移到干燥空气中时,电阻急剧下降,直到回复初始电阻值.另外,CB/WPU复合材料具有广谱的气敏响应特征,表现为对极性和非极性有机溶剂蒸汽均呈现较大的气敏响应度.从而表明,CB/WPU复合材料是一种气敏响应度大、响应速度快、具有广谱气敏响应性能等综合性能优异的气敏导电复合材料.     

Self-monitoring application of asphalt concrete containing graphite and carbon fibers

The self-monitoring application of asphalt concrete containing graphite and carbon fibers using indirect tensile test and wheel rolling test were introduced. The experiment results indicate that this kind of pitch-based composite is effective for strain/stress self-monitoring. In the indirect tensile test, for a completely conductive asphalt concrete specimen, the piezoresistivity was very weak and slightly positive, which meant the resistivity increase with the increment of tensile strain at all stress/strain amplitudes, with the gage factor as high as 6. The strain self-sensing ability was superior in the case of higher graphite content. However, when the conductive concrete was embedded into common asphalt concrete specimen as a partial structure function, the piezoresistivity was positive at all stress/strain amplitudes and with the gage factor of 13, which was much higher than that of completely conductive specimen. Thus, the strain self-sensing ability was superior when conductive asphalt concrete was taken in as a partial structure function. In the wheel-rolling test, the piezoresistivity was highly positive. At any stress amplitude, the piezoresistivity was strong, with the gage factor as high as 100, which was higher for a stress amplitude of 0.7 MPa than that of 0.5 MPa.     

炭黑/环氧树脂复合材料的导电阈值现象

目的 研究炭黑/二氧化硅/环氧树脂复合材料中的导电阈值现象,寻找材料形成导电通路时炭黑的用量.方法 通过溶剂化过程,制备了炭黑/二氧化硅/环氧树脂复合材料,并测试了复合材料表面涂层的导电性能.结果 复合材料的导电特性可以用渗透理论来解释,其导电组分的阈值约为13.2%(体积分数).结论 复合材料的导电性受炭黑用量的影响.当炭黑用量低于阈值时,孤立的炭黑颗粒被绝缘的聚合物所包缚,材料中没有形成导电通路网,电导率较低:当炭黑用量高于阈值时,炭黑颗粒数量增加,间距变小,电子隧道效应增强,材料中形成了导电通路网,因而电导率增加.     

Characteristics of Resistivity-temperature for Carbon Fiber Reinforced Concrete

The resistance response to temperature change of carbon fiber reinforced cement-based composites （CFRC） is reported, which shows some outstanding phenomena of positive temperature coefficient （PTC） of resistance and negative temperature coefftcient（NTC） of resistance during the temperature rising. The influences of carbon fiber, cement-based matrix and thermal cycles on the characteristics of temperatare-resistivity for the system were also discussed. Because of the special characteristics for temperature-resistivity, carbon fiber cement based composites can be useful in structure with the function of alarm for fire.     

结构化纳米碳纤维催化材料的制备及表征

采用堇青石型蜂窝陶瓷(monolith)为基材,在其表面浸涂二氧化钛,得到含二氧化钛涂层的新型结构化基材,提高了基材的比表面及抗腐蚀性。以甲烷为碳源,在结构化基材表面生长纳米碳纤维(CNF),制备出结构化复合纳米碳纤维催化材料(CNF/TiO2/monolith)。扫描电镜(SEM)和物理吸附仪(BET)表征结果表明,CNF粗细均匀、直径-70 nm,比表面-180 m2/g。并以CNF/TiO2/monolith为载体负载金属钯,制备出结构化纳米碳纤维负载型催化剂(Pd/CNF/TiO2/monolith),其催化加氢活性明显优于成型活性炭负载型Pd催化剂。     

Microstructural study of the ablation behaviors of 3D fine weave pierced Carbon/Carbon composites using plasma torch at ultra-high temperature

Carbon/carboncompositesareafamilyofad vancedcompositematerials.Theyarethemostad vancedformofcarbonandconsistofafiberbasedon carbonprecursorsembeddedinacarbonmatrix.Thisuniquecompositiongivesthemsuchpropertiesaslowdensity,highthermalconductivity,goodtherma…     

超临界碳化对水泥基材料性能和孔径结构的影响

为了考察超临界碳化技术在水泥基材料改性方面的应用,研究超临界碳化对水泥基材料微观和宏观性能的影响,基于此设计了超临界二氧化碳碳化试验研究水泥砂浆、水泥净浆和混凝土试件的碳化深度、强度、孔径分布以及二氧化碳吸收量的变化。试验分析表明,超临界碳化可以快速实现水泥基材料的碳化,大幅提高试件强度,改善材料的孔径分布,使材料的中细径孔大幅降低,提高材料的抗渗透能力,为改善重金属等危害废物的水泥基固化效果提供了依据。同时超临界碳化可以将大量二氧化碳转化在碳酸钙中沉淀吸收,具有重要的环境保护意义。     

Piezoresistivity of carbon fiber graphite cement-based composites with CCCW

The electrical conductivity and piezoresistivity of carbon fiber graphite cement-matrix composites(CFGCC) with carbon fiber content(1% by the weight of cement),graphite powder contents (0%-50% by the weight of cement) and CCCW(cementitious capillary crystalline waterproofing materials,4% by the weight of cement) were studied.The experimental results showed that the relationship between the resistivity of CFGCC and the concentration of graphite powders had typical features of percolation phenomena.The percol...     

碳纤维上电聚合噻吩对复合材料性能的影响

为了改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,以噻吩为单体,采用循环伏安法对碳纤维进行电化学聚合改性.利用扫描电子显微镜研究了电化学聚合改性前后碳纤维的表面结构变化,采用电脑伺服控制材料试验机测试了碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能.结果表明,当噻吩浓度为0.4 mol/L时,峰值电流增加幅度最大,电聚合效果最佳.当循环次数达到60次时,碳纤维表面电化学聚合反应完全,碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度可由13.46 MPa增加到23.79 MPa,提高约76.75%.电化学聚合后大量片层状聚噻吩聚合物在碳纤维表面聚集,碳纤维与环氧树脂基体紧密结合,界面性能明显提高.     

全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究

3D打印成型碳纤维接枝碳纳米管增强热塑性复合材料的强度提高

王婼楠¹，吴海宏^1，2，郭子月³，刘春太²，申长雨²

（1. 河南工业大学 机电工程学院，郑州450001; 2.郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心，郑州450002; 3.中山大学 数学学院（珠海）,珠海519082）

创新点说明：

1) 研究了碳纤维定量接枝碳纳米管对热塑性复合材料的界面性能及拉伸性能的影响。

2) 用3D打印模压成型的工艺方法制备了热塑性复合材料。

研究目的：

研究碳纤维表面接枝不同含量的碳纳米管对复合材料微观结构、界面性能和力学性能的影响。

研究方法：

1) 采用溶液法，通过控制碳纳米管接枝反应时间，制备不同含量碳纳米管接枝碳纤维，然后用硝酸刻蚀法，去除残留溶剂，验证了碳纳米管接枝的可靠性。用扫描电镜观察碳纤维的微观形貌，用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析。

2) 用扫描电镜观察碳纤维与基体的结合情况并用接触角测量仪测试碳纤维与基体的接触角。

3) 通过 3D打印成型法成型了热塑性复合材料样条，并用扫描电镜观察碳纤维热塑性复合材料的界面微观形貌。

4) 采用万能试验机测试3D打印成型热塑性碳纤维复合材料的拉伸性能，并观察复合材料断口形貌。

结果：

1) 溶液法.扫描电镜观察发现碳纳米管在碳纤维表面均匀分布，表明碳纤维与碳纳米管之间存在较强的键合关系。但随着接枝时间的增加，碳纤维表面的碳纳米管含量逐渐增加，但达到0.4%时，出现分散不均匀现象。碳纤维表面含有上浆剂和去掉上浆剂的对比发现，无上浆剂的碳纤维表面沟壑明显，这些沟槽可以增加碳纤维的比表面积和表面能，增强了基体与碳纤维的机械相互作用。用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析，结果表明，经偶联剂改性后，C=O键含量明显增加，碳纤维表面引入含氧官能团。C1，O1S峰增强，表明碳纳米管接枝到了碳纤维表面。

2) 扫描电镜结果表明，与表面未接枝碳纳米管的碳纤维相比，接枝碳纳米管的碳纤维与基体PA6具有更好的润湿性。接触角测试结果对比发现，接枝碳纳米管的碳纤维与基体的接触角，明显小于未接枝碳纳米管的。

3) 通过扫描电镜观察复合材料的界面微观形貌，结果表明：纤维与基体之间存在一定厚度的界面层，界面层的存在可以减轻纤维与基体之间的力学性能突变引起的应力集中，并防止界面缺陷的扩展。

4）界面结合强度测试结果表明，当碳纳米管的质量分数增加到0.25%时，复合材料的界面结合强度比未接枝碳纳米管的碳纤维增强的PA6复合材料提高了20%，比表面有环氧的碳纤维复合材料提高了41.8%。然而当碳纳米管含量大于0.4%时，界面结合强度不再继续增加。力学测试表明碳纳米管含量为0.25%的复合材料具有最高的平均模量、拉伸强度和界面剪切强度。接枝碳纳米管的碳纤维复合材料断口形貌可以观察到界面处基体中的韧窝。表明基体树脂在拔出纤维前经历了较大的塑性变形，表明纤维与基体有很好结合性。

结论：

实验结果表明，碳纳米管可以提高表面的润湿性和CF表面粗糙度。碳纳米管接枝碳纤维增强PA6与环氧上浆的碳纤维复合材料相比，当碳纳米管的质量分数达到0.25%时，复合材料的界面结合强度增加了41.8%，拉伸强度提高了130%，界面剪切强度提高了238%。然而，随着碳纳米管含量的继续增加到0.4%时，界面结合强度和力学性能就会下降。

关键词：热塑性复合材料，界面结合强度，界面剪切强度，3D打印成型

     

碳纤维增强PTFE复合材料的摩擦磨损性能研究

实验选用螺旋碳纤维(CMCs)和直碳纤维(SCF)填充改善聚四氟乙烯(PTFE)的综合性能。测试了纯PTFE及其复合材料的摩擦磨损、硬度、抗压强度等性能,并利用扫描电镜对磨损表面及残留在表面的磨屑和转移膜进行形貌观察。结果表明:添加其中任何一种碳纤维都会不同程度地提高PTFE复合材料的摩擦因数,高载下的摩擦因数稍低于低载下的摩擦因数,另外,随着碳纤维含量的增加,其耐磨性能逐步提高,磨损率下降;直纤维增强复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势,螺旋碳纤维增强复合材料的硬度则缓慢提高,两种纤维均可使抗压强度提高,且螺旋碳纤维的效果更为明显,从断裂位移可以看出,碳纤维的添加大大改善了纯PTFE的塑性性能。     

水热温度对碳/碳复合材料表面HAp/壳聚糖生物复合涂层的影响

以声化学法合成的纳米羟基磷灰石(HAp)为起始原料,以异丙醇作为分散介质,采用水热电泳沉积法在经壳聚糖(CS)溶液改性后的碳/碳复合材料(C/C)表面沉积HAp/CS生物复合涂层.重点研究水热温度对复合涂层晶相、形貌的影响及涂层的沉积动力学机理.采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备的涂层进行表征.结果表明:随着水热温度的升高,涂层表面由微晶疏松结合的多孔结构向紧密结合的多孔结构转变,涂层的内聚力增强;涂层的沉积速率随水热温度的升高而增加,涂层的沉积活化能为43.58 kJ/mol.     

无电极电阻率法研究水泥基复合材料的导电机理

采用无电极电阻率法监测了分别掺入碳纤维、钢纤维和碎石骨料的水泥基复合材料在72 h内的电阻率,并用Hymstruc3D建立了微观结构模型分析导电机理。结果表明:水泥浆体的电阻率受电解质液相饱和度、孔隙率及孔结构曲折度的影响。掺入的导电纤维能明显降低水泥基复合材料的电阻率;而掺入骨料时,其电阻率明显增加。水泥基复合材料的导电现象是由水泥浆体中液相离子导电和导电纤维中的电子导电的共同作用所致。水泥基复合材料的电阻率与其导电相的含量密切相关。无电极电阻率法为估算水泥基复合材料中导电相或非导电相的含量提供了新的思路。     

A facile synthesis of carbon black fluid grafting by polyetheramine using neutralization reaction

Nanoscale ionic materials(NIMS) based on carbon black(CB) were prepared through a facile method. Firstly, CB was oxidized in the mixture of nitric acid and sulfuric acid, resulting in a large amounts of –COOH on surface of CB. Then oxidized CB was grafted by polyetheramine through neutralization reaction between-COOH of CB and-NH2- of polyetheramine, and CB derivatives were obtained. This surfacefunctionalized CB can behave as liquid at ambient temperature in the absence of solvent by carefully varying the components. FTIR and thermaogravimetric analysis confirmed that the successively grafting of polyetheramine. TEM revealed the monodisperse core-shell structure of CB derivatives particles. The viscoelasticity of CB derivatives were closely related to the molecular weight and loading of polyetheramine. The unique core- shell and ionic structure and flowability of these CB derivatives could guide our future work on obtaining NIMs with tunable and controllable properties and broaden its commercial applications.     

表面处理碳纤维对增强尼龙复合材料性能影响

采用空气氧化法对碳纤维进行表面处理 ,以注塑成型法制备碳纤维增强尼龙 1 0 1 0复合材料 .研究发现表面处理碳纤维可明显提高增强尼龙复合材料的拉伸强度和摩擦学性能 ,其中摩擦系数较未处理碳纤维增强降低了 3 0 %～ 5 0 % ,而耐磨性提高了 2～ 3倍 .用扫描电镜对拉伸断口和磨损表面形貌分析发现 ,表面处理可显著改善碳纤维和尼龙基体间的界面结合性能 .最后对影响表面处理碳纤维增强复合材料性能的作用机理进行了初步分析