建筑用碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

选择以T700碳纤维为增强相，将碳纤维经浓HNO₃浸渍处理0,40,80,120和160 min后掺入到环氧树脂中，制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料。分析了浸渍时间对复合材料微观形貌、力学性能和热稳定性的影响。结果表明，经浓HNO₃浸渍的碳纤维表面粗糙度增大，沟槽数量和深度增加，碳纤维和环氧树脂的结合强度增大；随碳纤维浸渍时间的增大，复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量均先增大后减小，当浸渍时间为120 min时，复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均达到了最大值，分别为80.2和90.3 MPa,其弯曲强度和弯曲模量也达到了最大值，分别为902.6 MPa和79.3 GPa,且应力-应变最高点增大，弯曲性能提高；在800℃下浓HNO₃浸渍处理120 min的复合材料的残炭率最大为58.2%,热稳定性最佳。     

碳纤维改性环氧树脂基复合材料的制备及性能研究

以环氧树脂E51为基础材料,碳纤维为增强材料,制备出了不同碳纤维掺杂量(0,3%,6%,9%(质量分数))的改性环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维掺杂量对环氧树脂基复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性和导热性能的影响。结果表明,适量碳纤维的掺杂提高了环氧树脂基复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能。随着碳纤维掺杂量的增加,改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均先增大后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均达到了最大值,分别为48.5 MPa, 1.86%,85.6 MPa和3.09 GPa。随着碳纤维掺杂量的增加,复合材料的分解温度和残留量先升高后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的分解温度和残留量达到最大,分别为453.7℃和4.9%。复合材料的导热系数随碳纤维掺杂量的增加而增大,当碳纤维的掺杂量<6%时,导热系数增长速率较快。综合分析可知,碳纤维的最佳掺杂量为6%。     

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

电化学氧化对高强高模碳纤维表面结构及力学性能的影响

利用循环伏安多重扫描法分析了不同电解质的氧化能力及其氧化特点,讨论了在表面氧化处理中不同电解液体系对高模高强碳纤维力学性能的影响,提出了适合高强高模碳纤维表面处理的工艺条件,并通过Raman光谱、XPS与SEM的表征,研究了电化学氧化对高强高模碳纤维表面结构及力学性能的影响。研究结果表明,与NH₄H₂PO₄溶液相比,用NH₄H₂PO₄与CH₃COONH₄复合的电解质溶液对碳纤维进行表面处理,能大幅度提高纤维表面含氧官能团,而且纤维表面sp²杂化碳原子相对含量也较多,在提高了碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的同时,还较好地保持了高强高模碳纤维本体力学性能。当CH₃COONH₄与NH₄H₂PO₄的物质的量之比为2:1时,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS与未处理纤维相比提高了168%,而碳纤维拉伸强度却下降很小,此复合电解质溶液是一种较为理想的对高强高模碳纤维进行表面改性的电解质体系。     

纳米CaCO3改性聚氨酯复合材料的制备及性能研究

以纳米CaCO₃为增强材料,通过预聚体法制备了不同纳米CaCO₃掺杂的聚氨酯复合材料,研究了纳米CaCO₃改性聚氨酯复合材料的力学性能、微观形貌、磨损性能和热稳定性能。结果表明,纳米CaCO₃的掺杂没有改变聚氨酯的结构,但改善了复合材料的微观形貌和整体的均匀性,提升了复合材料的力学性能、磨损性能和热稳定性。随着纳米CaCO₃掺杂量的增加,改性聚氨酯复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量先升高后降低,磨损量先降低后升高。当纳米CaCO₃的掺杂量为3%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量达到了最大值,分别为33.7 MPa、510.2%和4.4%,磨损量最低为50.1 mg。综合分析可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂量为3%(质量分数)。     

KH-570接枝改性碳纤维/乙烯-醋酸乙烯共聚物复合泡沫材料的制备及表征

采用浓H₂SO₄/浓HNO₃混合酸对碳纤维(CF)进行表面氧化处理得到氧化碳纤维(OCF),再利用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)与OCF进一步反应得到KH-570接枝改性碳纤维(KCF),随后将其应用于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)复合泡沫材料中。利用FTIR、XPS、Raman、FESEM和电子万能试验机等考察了碳纤维的表面改性效果以及碳纤维/EVA复合材料的结构与性能。结果表明:氧化和接枝反应均可以增加碳纤维表面的活性官能团含量和粗糙度,从而改善碳纤维与EVA基体之间的相容性,使碳纤维/EVA复合泡沫材料的物理性能得到改善。相同条件下,KH-570接枝改性碳纤维/EVA复合泡沫材料的物理性能更优异。      

纳米Al2O3及酚酞聚芳醚酮改性环氧复合材料性能

通过机械分散技术制备了纳米Al₂O₃ /环氧、酚酞聚芳醚酮/环氧和纳米Al₂O₃/ 酚酞聚芳醚酮/环氧复合材料,并对比研究了其拉伸模量、拉伸强度、断裂性能和热性能。结果表明：纳米Al₂O₃及酚酞聚芳醚酮在环氧树脂中呈均匀的分散状态;纳米Al₂O₃使环氧树脂拉伸模量增加,使拉伸强度先增后降;酚酞聚芳醚酮使环氧树脂拉伸模量略微下降,对拉伸强度影响不明显;纳米Al₂O₃/酚酞聚芳醚酮/环氧三元复配体系的拉伸模量和拉伸强度呈非单调变化的趋势;纳米Al₂O₃和酚酞聚芳醚酮对环氧树脂均有增韧作用,三元复配体系增韧效果更明显,表现出协同增韧效果;高含量纳米Al₂O₃降低了环氧树脂的初始分解温度,而其余填料对环氧树脂热稳定性具有改善作用,填料均使环氧树脂玻璃化转变温度有所降低。     

建筑节能用玻纤复合材料的制备及其性能研究

选择以环氧树脂E51为基体，玻璃纤维为增强相，间苯二胺为固化剂，玻璃纤维掺杂量为环氧树脂和固化剂总质量的0,5%,10%,15%和20%,制备出了玻纤复合材料。研究了不同玻璃纤维掺杂量对玻纤复合材料微观形貌、孔径分布、力学性能及导热性能的影响。结果表明，掺入适量的玻璃纤维后提高了环氧树脂各部分与纤维之间的结合强度，从而改善了玻纤复合材料的致密性，减小了平均孔径、孔体积和孔隙。当玻璃纤维的掺杂量为15%(质量分数)时，玻纤复合材料的孔洞和缺陷数量最少，结合强度和致密性最佳，孔体积最小为0.95 cm³/g,平均孔径最小为26.3 nm,孔隙率最低为0.93%。随着玻璃纤维掺杂量的增加，玻纤复合材料的抗拉强度、断裂延伸率和抗折强度均先增高后降低，导热系数先降低后增大。当玻璃纤维的掺杂量为15%(质量分数)时，抗拉强度、断裂延伸率和抗折强度均达到最大值，分别为45.10 MPa, 1.61%和39.60 MPa;导热系数最低为0.021 W/(m·K),保温性能最佳，在建筑节能材料的开发与应用方面具有广阔的前景。     

Cf-ZrW2O8/9621复合材料制备及碳纤维和ZrW2O8含量对其热膨胀的影响

热膨胀是影响复合材料性能和使用寿命的主要因素之一。为研究具有低/负热膨胀的复合材料,本文以碳纤维粉、ZrW₂O₈颗粒和环氧树脂为原料,采用模压法制备了C_f-ZrW₂O₈/9621环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维粉和ZrW₂O₈颗粒含量对复合材料热膨胀行为的影响规律,并分析了不同温度区间内C_f-ZrW₂O₈/9621环氧树脂基复合材料热膨胀的变化规律。研究结果表明：在30～200℃范围内,当ZrW₂O₈颗粒含量不变时,随着碳纤维粉含量的增加复合材料的平均热膨胀系数逐渐降低,其中碳纤维粉含量增加到12%时,复合材料的平均热膨胀系数最低,为29.9×10^-6/℃,降低了约60%;当碳纤维粉含量不变时,ZrW₂O₈颗粒含量逐渐增加到12%时,复合材料的平均热膨胀系数呈现...     

保温时间对β-Sialon结合镁铝尖晶石-碳材料的影响及其氧化动力学

以电熔尖晶石、Si粉和鳞片石墨为主要原料, 木质磺酸钙溶液(1.25 g/mL)为成型结合剂, 在氮气气氛下1450℃分别保温1、2、3和4 h原位生成β-Sialon结合MgAl₂O₄-C材料, 研究了保温时间对材料的物相组成、β-Sialon的显微结构及常规物理性能的影响, 并对该复合材料进行氧化动力学研究。结果表明: 当保温时间从1 h增加到4 h, 试样的物相变化规律基本相同, Si单质相消失, 完全转化为SiC、Si₃N₄和β-Sialon(Si₃Al₃O₃N₅)。当保温时间为3 h时, 生成的β-Sialon(Si₃Al₃O₃N₅)为完整圆柱状晶粒, 尺寸分布均匀, 交错成网络结构。随着保温时间的增加, 试样内部产生较多的SiO气体, 导致试样的显气孔率增加, 体积密度下降, 耐压强度和抗折强度先增加后下降, 当保温时间为3 h时, 耐压强度和抗折强度达到最大。氧化动力学研究表明, 氧化过程随着时间的推移分为化学反应控制阶段、化学反应和扩散共同控制阶段及扩散控制三个阶段。     

乳酸低聚物改性的纳米碳酸钙对聚乳酸性能的影响

采用直接缩聚法制备了乳酸低聚物,用该物质对纳米碳酸钙(CaCO₃)进行改性,得到改性纳米碳酸钙(g-CaCO₃)。将g-CaCO₃与聚乳酸(PLA)通过溶液共混制备了g-CaCO₃/PLA复合材料。通过FTIR、吸油值等对g-CaCO₃进行了表征,并采用SEM、DSC、万能试验机、流变测试仪、透湿仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-AIR)分光光度计研究了g-CaCO₃对PLA结构和性能的影响。结果表明,乳酸低聚物的改性降低了CaCO₃的吸油值,改善了CaCO₃与PLA的界面相容性,促进了CaCO₃在PLA基体中的分散;同时,g-CaCO₃在PLA基体中起到成核剂的作用,改善了PLA材料的结晶能力;随着g-CaCO₃添加量的增加,g-CaCO₃/PLA复合材料的拉伸强度和断裂延伸率呈先上升后下降的趋势,当添加5wt%的g-CaCO₃时,拉伸强度比5%CaCO₃/PLA复合材料高50%,比纯PLA高20%,当添加量达到10wt%时,拉伸强度仍比纯PLA高出13%;加入g-CaCO₃能够提高复合材料的储能模量和复数黏度;此外,g-CaCO₃的加入,提高了PLA材料对紫外可见光和水蒸气的阻隔性能。      

碳纤维表面处理对脉冲电磁场作用下碳纤维增强聚乳酸基复合材料降解行为的影响

采用HNO₃氧化对碳纤维进行表面处理,并制备了碳纤维增强聚乳酸基（CF/PLA）复合材料。研究了脉冲电磁场（PEF）对该条件下CF/PLA复合材料降解特性的影响。结果表明,碳纤维的表面处理对PEF作用下CF/PLA复合材料的吸水率、质量保持率、弯曲强度和剪切强度等均有不同程度的影响。分析表明,碳纤维表面处理形成的酯键在受到PEF作用后存在某种改变,进而导致CF/PLA复合材料界面降解行为的特异性。本研究有望提供一种从材料本身和外部条件协同控制的可降解CF/PLA骨折内固定装置解决方案。     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

环氧树脂/纳米ATO复合材料的性能研究

将纳米ATO添加到环氧树脂中,采用超声波分散制备环氧树脂/纳米ATO复合材料,对复合材料的导电性能及物理机械性能进行了测试,并采用扫描电镜对复合材料的断裂形貌进行了分析.实验结果表明:复合材料的电阻率随着ATO含量的增加而减小,当ATO%=8%时,电阻率达到了105Ω·cm;随着纳米碳纤维的加入量的增加,复合材料的拉伸强度呈现一个先增加后减小的趋势,当ATO的质量分数为5%时,复合材料的力学性能最佳.     

纳米TiO2颗粒弱界面增强树脂基复合材料宏观力学行为有限元模拟

基于蒙特卡罗法, 编写了随机分布颗粒增强复合材料的二维代表体积单元生成程序, 建立了纳米颗粒增强树脂基复合材料的有限元模型, 其中采用双线性内聚力模型描述复合材料弱界面的应力与位移关系。通过纳米TiO₂ 颗粒增强环氧树脂基复合材料应力应变行为模拟结果与文献结果对比, 证明了模型的有效性。讨论了弱界面情况下, TiO₂颗粒质量分数与颗粒尺寸对复合材料宏观有效模量的影响, 并对复合材料弱界面渐进损伤过程进行了非线性分析。结果表明: 随着纳米TiO₂颗粒质量分数增加, 复合材料杨氏模量和断裂延伸率均有所增强, 但材料屈服强度有所降低; 相同颗粒质量分数情况下, 随着颗粒尺寸的增大, 颗粒与基体材料之间界面单元总长度减小, 复合材料断裂延伸率有所下降。     

碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究

介绍了一种碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能研究情况.对该复合材料的力学性能、热常数和烧蚀性能进行了初步测试.结果表明,其拉伸强度达到558MPa,拉伸模量达到44.0GPa,层间剪切强度为16.6MPa,导热系数不超过0.3 W/(m*K),氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.049mm/s,质量烧蚀率为0.0595g/s.通过与常用的碳/酚醛材料比较,碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能较优.     

增强体种类及含量对金属基复合材料力学性能的影响

用粉末冶金法制备了氧化铝、碳化硅颗粒增强的几种铝合金复合材料, 对不同增强体含量的复合材料进行了力学性能测试。研究结果表明, 复合材料拉伸弹性模量随增强体含量增加而升高, 断裂延伸率下降。SiC_P/2024 具有最高的强度和增强效率, 随增强体含量增加至25% , 强度逐渐升高; SiC_P/7075 的强度水平低于基体合金; SiC_P/Al (工业纯) 强度提高幅度较大; Al₂O_3P/2024的强度随增强体含量增加呈先上升、后下降趋势。分析认为不同复合材料间的这种性能差异由增强体与基体强度水平和变形行为特征所决定。高强度、高模量的增强体与高强度、高形变硬化率的基体的配合是获得高强度复合材料的重要条件。      

碳纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及保温性能研究

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,无水乙醇和去离子水为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂气凝胶,再以不同含量(0,1%,3%和5%（质量分数）)短切碳纤维为增强材料,在胶凝完成后,经过表面改性,采用常压干燥工艺,制备了碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR和孔径测试等方法对制备所得复合材料的微观结构、形貌、孔径分布和导热性能进行了测试分析。结果表明,碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料为典型的非晶态结构,属于毛细凝聚特征的介孔材料,碳纤维的掺杂并没有改变SiO₂气凝胶的晶态结构;未掺杂碳纤维的SiO₂气凝胶的颗粒相互堆搭,掺入碳纤维的SiO₂气凝胶颗粒的孔隙明显减小,孔洞结构较为完整,碳纤维的掺入填充了大尺寸孔隙,有助于气凝胶孔径分布区间的收窄,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,颗粒分布最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料的导热系数呈现出先降低后升高的趋势,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,样品的导热系数最低为0.019 W/（...     

碳纤维/TiO2改性树脂复合材料的制备及力学性能

针对环氧树脂脆性大、与碳纤维形成的界面性能较差等问题,本文选用纳米TiO₂对5284环氧树脂进行改性,并以角联锁机织物为增强体制备了碳纤维/环氧树脂复合材料。使用FT-IR、旋转流变仪、表面张力仪等设备对TiO₂/环氧树脂进行表征,并研究了树脂改性对复合材料压缩与层间剪切性能的影响。研究表明：TiO₂的羟基与环氧树脂的环氧基和羟基发生了反应;经1wt.%TiO₂改性的树脂复数黏度为0.066 Pa·s,纤维与树脂间接触角为28.85°,浸润效果较好;相较于未改性复合材料,树脂改性的复合材料纵向压缩强度与模量分别提高了7.46%和11.03%,横向压缩强度与模量分别提高了6.99%和4.96%,纵向、横向的剪切强度分别提高了6.88%和4.65%。TiO₂改性环氧树脂提高了复合材料的承载能力,改善了界面结合强度。