纳米纤维素/聚酰亚胺气凝胶制备与性能研究

纳米纤维素气凝胶由于其良好的生物相容性、可再生性、可降解性以及较高的孔隙率等优异性能,在建筑隔热领域有着十分广阔的应用前景。为了更好地提升纳米纤维素气凝胶的保温隔热性能和力学性能,引入聚酰亚胺,制备了一种具有规则孔隙结构的复合纳米纤维素气凝胶。通过SEM、导热系数测试仪、红外成像仪等测试方法对其结构和性能进行表征。结果表明,当CNF∶PI的质量比为1∶1时,复合气凝胶的结构规则,孔径较小,在15～18μm左右,密度低至0.0413 g/cm³,压缩强度可达0.33 MPa,导热系数低至0.03159 W/(m·K),具有最优异的综合性能。     

甲壳素纳米纤维/碳纳米管复合凝胶膜的制备与性能EI北大核心CSCD

将甲壳素纳米纤维与碳纳米管在水性条件下混合,建立甲壳素纳米纤维均匀分散的碳纳米管混合体系;利用真空抽滤制备甲壳素纳米纤维/碳纳米管复合膜,通过20%氢氧化钠低温处理制备具有连续三维纳米网络结构的复合凝胶膜,并对比凝胶化前后样品微观结构、导电性能及电化学性能等。结果表明,凝胶化处理有助于在凝胶膜内部构建三维纳米导电网络,当甲壳素纳米纤维与碳纳米管的质量比为1∶1时,凝胶膜的导电率和质量比电容较复合膜提高了2倍;2000次循环测试后,凝胶膜的比电容量仍能保持为起始比电容量的92.5%,循环稳定性较好。     

冷冻干燥制备聚酰亚胺气凝胶微观形态的调控EI北大核心CSCD

将一定浓度的水溶性聚酰胺酸盐(PAAS)溶液先通过冷冻干燥制备PAAS气凝胶,再经热酰亚胺化得到聚丙烯酰胺(PI)气凝胶。通过调控PAAS溶液固含量、冻干溶剂组成及聚酰亚胺链结构,成功实现了对PI气凝胶微观形态的调控。研究发现,以纯水作为冻干溶剂,得到孔径为110μm左右的蜂窝状结构,随着固含量的增加,孔壁厚度增加。以叔丁醇替代部分水作为冻干剂,随着叔丁醇含量增加,孔洞尺寸先减小后增加,在水和叔丁醇共晶点(20%)附近孔洞尺寸最小。当叔丁醇质量分数为50%时,所得PI链结构刚性不同,其微观形态也不同。进一步研究链柔顺性和微观形态对气凝胶压缩性能的影响发现,气凝胶微观形态对其抗压能力起主要作用。     

复合型碳气凝胶在应变传感器中的应用进展EI北大核心CSCD

碳气凝胶是一种具有三维多尺度结构的新型轻质多孔材料,其特点是高比表面积、高孔隙率、低密度、高耐热和导电性。当前,碳气凝胶在应变传感器、超级电容器、电磁屏蔽、吸波材料、隔热防火、高效吸附等领域有广泛的应用研究。文中介绍了碳气凝胶的制备方法,包括溶剂热还原法、冷冻干燥法以及模板法;综述了几种复合型碳气凝胶在应变传感器上的应用;对复合型碳气凝胶制备应变传感器的发展方向进行了展望。     

有机气凝胶和碳气凝胶的研究与应用

有机气凝胶与碳气凝胶是国际上近年来相继研制成功的新型纳米多孔性材料。介绍了有机气凝胶与碳气凝胶的制备过程、基本性质及应用前景。     

聚酰亚胺纤维增强SiO2气凝胶的制备及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,聚酰亚胺(PI)纤维为增强相,采用溶胶-凝胶和超临界干燥工艺制备出PI纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,利用傅里叶红外光谱分析仪、N2吸附脱附仪、场发射扫描电子显微镜、万能试验机、热重分析仪及导热系数测量仪表征了气凝胶化学组成、微观结构、力学及热学性能。制备的气凝胶具有低密度、高表面积和较好的隔热性能、热稳定性及压缩性能。PI纤维含量为3%(质量分数,下同)时气凝胶密度为0. 13 g/cm3,比表面积高达997 m2/g,平均孔径为18. 2 nm。常温下导热系数为0. 029 1 W/(m·K),室温到500℃范围内质量损失5%,抗压强度为0. 21 MPa。气凝胶轻质、高比表面积及较好的热学与力学性能使其在舰船的隔热保温领域具有广阔的应用前景。     

莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料压缩回弹性能实验与建模研究EI北大核心CSCD

对莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料开展面外方向单轴压缩实验,研究不同极限应变、热暴露温度对压缩回弹行为与变形恢复能力的影响,基于微观结构形貌变化阐释内在机制,对加载和卸载阶段的变形行为建立唯像力学模型。结果表明:莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料的压缩回弹行为呈现非线性特征,极限应变越大,变形恢复能力越差;高温热暴露预处理会对压缩回弹性能产生影响,热暴露温度越高,变形恢复能力越差,基体颗粒-团簇结构的聚集、大尺寸孔洞的形成和塌陷是主要原因;所建立的唯像力学模型可以用来描述材料在压缩加载-卸载时的应力-应变曲线,拟合结果与实验数据吻合较好。     

聚酰亚胺/SiO_2纳米复合抗原子氧气凝胶的合成与性能

以3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(sBPDA)和2,2′-二甲基-4,4′-二氨基联苯胺(DMBZ)为聚合单体,八(氨基苯基)聚倍半硅氧烷(OAPS)为交联剂,SiO2纳米粒子为填料,采用超临界二氧化碳干燥工艺制备了一系列聚酰亚胺(PI)/SiO2纳米复合气凝胶(CPIA-SiO2-0~CPIA-SiO2-7)。研究表明:SiO2纳米粒子的引入对PI气凝胶的耐热性能未产生显著的影响。然而,随着SiO2纳米粒子含量的增加,PI气凝胶的孔隙率从89.6%逐渐降低至79.4%,BET表面积也随之从425.5m2/g降低至380.2m2/g,纳米泡孔孔径分布呈现出变宽的趋势。SiO2的引入显著提高了PI气凝胶的抗原子氧侵蚀能力,含量为7%(质量分数,下同)的PI/SiO2复合气凝胶CPIA-SiO2-7的原子氧侵蚀率(2.6%)仅为不含SiO2气凝胶CPIA-SiO2-0的原子氧侵蚀率(12.3%)的1/5左右。     

碳纳米纤维气凝胶的制备及其吸油性能

先用静电纺丝-液相接收技术制备蓬松的聚丙烯腈(PAN)三维纳米纤维,然后将其进行热稳定化处理得到超轻纳米纤维气凝胶(CNFAs)。CNFAs内部是碳纳米纤维交叠形成的开孔网络,发生80%应变后能回弹到原形。用聚二甲基硅氧烷(PDMS)气相沉积疏水化处理后,CNFAs的水接触角增大到145°。研究了静电纺丝纳米纤维的原始堆积密度对CNFAs的体积收缩率、密度、吸油容量以及循环吸附量的影响,结果表明：这种气凝胶的机械性能优异。纳米纤维合适的初始堆积密度为4 mg·mL^-1,制备出的CNFAs对油类污染物的吸附量可达到自重的185倍;用燃烧和挤压方法10次循环回收吸附饱和的CNFAs,其吸附容量仍保持稳定。     

极端湿热环境下隔热的超疏水聚偏氟乙烯/聚酰亚胺纳米纤维复合气凝胶

优异的隔热材料在建筑、航空航天和体育设备等领域有着广泛的应用需求.然而,在实际应用中,隔热材料在不同温度和湿度条件下,其性能往往会恶化.因此,构建在极端湿热环境下仍具有出色的隔热性能的块状材料是非常重要的.在本工作中,我们构思了一种绿色制备策略,即通过静电纺丝和冷冻干燥技术来制备超疏水且可压缩的聚偏氟乙烯/聚酰亚胺(PVDF/PI)纳米纤维复合气凝胶. PVDF纳米纤维和PI纳米纤维分别充当疏水性纤维骨架和机械支撑骨架,形成具有良好机械柔韧性的坚固的三维框架. PVDF/PI气凝胶在室温下具有出色的超疏水特性(水接触角为152°)和低导热性(31.0 m W m^-1K^-1).同时,在100%湿度(80℃)下, PVDF/PI气凝胶仅显示出48.6 m W m^-1K^-1的低热导率,其性能优于大多数商业绝热材料.因此,新型的PVDF/PI复合气凝胶有望成为高温和高湿环境中应用的优良隔热材料.     

聚酰亚胺气凝胶的制备及其性能研究

以3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)和4,4’-氨基二苯醚(ODA)为合成单体,1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAB)为交联剂,合成了聚酰亚胺溶胶,最后经CO2超临界干燥得到气凝胶。研究了溶胶配方对聚酰亚胺气凝胶密度、收缩率、孔结构、拉伸强度及热导率等性质的影响规律,制备得到低密度、小孔径、高比表面积、低热导率和较好柔韧性能的气凝胶。     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料,采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响,并对其磨损形貌及机制进行了分析.结果表明:空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料;空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大,但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大;15％空心微珠-10％碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳;随着滑动速度提高,空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降,磨损率增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升,而磨损率则随着载荷增加而增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损,在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损.     

空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料, 采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响, 并对其磨损形貌及机制进行了分析。结果表明: 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料; 空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大, 但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大; 15%空心微珠-10%碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳; 随着滑动速度提高, 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降, 磨损率增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升, 而磨损率则随着载荷增加而增大; 空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损, 在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损。     

复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,提高CF增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)力学性能。采用比表面积及孔容分析、原子力显微镜、扫描电子显微镜、热重分析仪研究了CF表面处理前后结构和形貌的变化。结果表明：CF经浓HNO₃处理后比表面积增加144.2%,CF表面沟壑加深;复合处理后有PI层包覆在 CF表面;包覆处理后CF耐热性能提高。力学性能测试表明,经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高11.34%,弹性模量提高109.2%,弯曲强度提高18.78%,冲击强度提高74.15%。     

莫来石纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶及超临界干燥技术制备了掺杂莫来石纤维的SiO2气凝胶复合材料,并对材料的热学性能和力学性能进行了测试,结果表明:SiO2气凝胶复合材料的热导率与其密度、温度和纤维添加量有关;添加莫来石纤维可以明显提高SiO2气凝胶的弹性模量和机械强度,改善材料的力学性能;莫来石纤维添加量控制在3%左右可以使SiO2气凝胶材料保持较低的热导率和较高的机械强度.     

聚氨酯/碳纳米纤维复合材料的结构和抗凝血性能

分别采用溶液共混和熔融共混的方法制备出聚氯酯／碳纳米纤维复合材料，研究了碳纳米纤维对聚氯酯的热行为和表面微观化学组成的影响，并观察和测定了血小板在复合材料表面的粘附以及血液中血红蛋白浓度、纤维蛋白原浓度的变化，分析了碳纳米纤维对聚氯酯血液相容性的影响．结果表明，引入碳纳米纤维后，聚氯酯复合材料的表面氧含量有不同程度的提高，玻璃化转变温度及熔融温度都发生了改变；血小板在复合材料表面的粘附受到明显的抑制；经血泵循环4h后，在与聚氯酯复合材料表面接触的血液中，血红蛋白和纤维蛋白原浓度的变化相对减小；复合材料的血液相容性提高．     

碳纳米管／聚酰亚胺功能复合材料的制备与性能研究

以超声分散塬位聚合的方法制备出不同碳纳米管含量的碳纳米管，聚酰亚胺功能复合材料膜。通过对复合材料膜的拉伸性能、电性能、热性能和结晶行为进行表征，得到的实验结果表明：一定量碳纳米管的加入可对聚酰亚胺薄膜同时起到增强和增韧的作用，并降但对瓦的影响不明显。随碳纳米管含量增加，聚酰亚胺薄膜的表面电阻率和体积电阻率都有明显降低，并存在一个阈值；碳纳米管可起到结晶戍核剂的作用。     

Si元素对碳纳米管增强铝基复合泡沫组织与性能的影响

针对金属基复合材料,添加合金元素是提升其综合性能的有效途径.本文通过高能球磨和填加造孔剂法,制备了添加Si元素的碳纳米管(CNTs)增强铝基(CNTs/Al-Si)复合泡沫,通过准静态压缩实验测试其压缩性能和吸能性能,进一步研究烧结温度和不同Si元素含量对CNTs/Al-Si复合泡沫微观组织、压缩性能和吸能性能的影响,...     

聚酰亚胺颗粒层间增韧碳纤维/邻苯二甲腈树脂复合材料

邻苯二甲腈树脂是一种新型的高性能热固性树脂,具有优良的力学性能和耐高温性能,而邻苯二甲腈树脂本身的脆性限制了其用作结构材料方面的应用.本文采用热塑性聚酰亚胺(PI)颗粒对邻苯二甲腈树脂复合材料进行层间增韧改性,研究改性前后复合材料的耐热性能和力学性能.研究发现,使用PI对邻苯二甲腈复合材料进行改性时,随着掺入量的增加,...