稀土Ce接枝碳纳米管-碳纤维多尺度增强体对环氧树脂基复合材料界面性能的影响

将马来酰亚胺官能化的多壁碳纳米管(CNTs)和碳纤维(CF)混合并通过CeCl₃处理,得到CNTs-CF多尺度增强体,采用FTIR、XPS、SEM对增强体的表面物理化学状态进行表征;以环氧树脂(EP)为基体,通过模压法制备CNTs-CF/EP复合材料,对其力学性能和断口形貌进行分析,探讨CNTs-CF多尺度增强体对CNTs-CF/EP复合材料界面性能的影响。结果表明:通过Ce的桥接作用,可以将改性后的CNTs化学接枝在CF表面,以同时解决CF与树脂基体间界面结合弱及CNTs不易分散的问题,有效改善了增强体与基体间的界面性能。因此CNTs-CF/EP复合材料的拉伸强度和杨氏模量较CF/EP复合材料分别提高了36.76%和71.57%;较CeCl₃改性CF(RECF)/EP复合材料分别提高了24.79%和52.17%。采用稀土Ce的化学接枝法成功制备出CNTs-CF多尺度增强体,为获得高级轻质树脂基复合材料提供了一种环境友好的新方法。      

基于拉曼光谱mapping技术研究低温循环对炭纤维增强聚酰亚胺复合薄膜界面微观力学的影响

碳纳米管选用（CNT）作为拉曼应力传感器，通过建立拉曼光谱mapping技术研究了经多次低温循环（-198～25°C,0～300次）的炭纤维增强聚酰亚胺复合薄膜（CF/CNT-PI）的界面微观应力变化。研究发现：聚酰亚胺薄膜（CNT-PI）即使经300次低温循环，树脂内部应力依然为～175 MPa，循环次数对树脂内部应力影响较小，表明该材料具有良好的耐低温性。进一步研究了炭纤维（CF）增强的CNT-PI薄膜的内应力变化，获得了炭纤维、界面、树脂基体区域的微观应力mapping分布，发现CF区域的受力大于基体部分，表明CF在该体系中起到了对应力最主要载体的作用，并发挥了良好的增强效果。在循环次数<250次时，微观应力变化不大；但当循环次数高达300次时，炭纤维及界面区域应力值分别提高了21%和12.9%，应力在材料内部的集中增大会降低材料的力学性能。本研究有效地定量了外界温度循环变化下复合材料的增强材料、基体及界面的微观应力分布，这为检测复合材料服役过程中的使用安全性提供了一种理论依据与评判手段。     

树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响

制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性增韧树脂含量,探索热塑性树脂增韧颗粒含量对复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响,结果表明,在碳纤维对增韧剂颗粒的过滤效应下,热塑性树脂增韧颗粒会在复合材料层间富集,并且随着热塑性树脂增韧剂含量增加,复合材料层间厚度增大.随热塑性树脂增韧剂含量增加,在层间树脂基体韧性及层间高韧树脂厚度增大的共同作用下,复合材料Ⅱ型层间断裂韧性逐步提升.     

复合材料中碳纤维的铺设方式对吸波性能的影响

实验采用东华大学自制的碳纤维作为吸波剂，在基体环氧树脂中平行排列，制备出了吸波复合材料。采用矢量网络分析仪在2~18GHz波段，对复合材料的吸波性能进行测试。结果表明：复合材料的吸波性能不仅与碳纤维含量有关，还与碳纤维在基体中的排列方式有关，当碳纤维含量为3．2％（质量分数）时，吸波复合材料最大反射衰减为-18．64dB，反射率〈-10dB的频率带宽为2．6GHz，同时采用电磁理论对材料的吸收机理进行了探讨。     

聚吡咯涂覆碳纤维的制备及其复合材料的力学性能研究

采用在一定程度下可控的电化学聚合法在碳纤维表面快速一步构建了聚吡咯(Ppy)共轭高分子膜，再利用真空辅助树脂传递模塑技术(VARTM)将碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)制备成复合材料。使用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪对碳纤维的表面形态和结构进行分析与表征，并通过对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)进行层间剪切强度试验和三点弯曲实验来研究其力学性能。结果表明：与未经处理的CF/EP相比，碳纤维表面具有聚吡咯涂层的CF/EP其层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量分别提升了37.6%、24.3%和37.5%。因此，通过简单高效的一步电聚合法在碳纤维表面修饰聚吡咯涂层，可有效地提高CF/EP的整体力学性能。     

碳纤维增强羟基磷灰石/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了碳纤维增强环氧树脂以及碳纤维增强羟基磷灰石(HA)/环氧树脂两种复合材料，并测试了其力学性能。结果表明，RTM工艺可以基本保证环氧基体均匀浸入碳纤维织物内部。碳纤维增强HA，环氧复合材料的冲击韧性高于碳纤维增强环氧复合材料，而弯曲强度和弯曲模量低于碳纤维增强环氧复合材料。两种复合材料的弯曲强度远高于人体皮质骨，弯曲模量与皮质骨非常接近。动态力学分析(DMA)表明加入HA后，复合材料的贮存模量和内耗降低，玻璃化转变温度升高。     

聚合物涂层对高模量碳纤维表面性能的影响

为改善碳纤维表面性能以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能,对PAN基高模量碳纤维（HMCF）表面进行聚合物涂层处理。研究了不同潜伏性固化剂含量的聚合物涂层对HMCF表面以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能的影响。IR分析表明,聚合物涂层与纤维或树脂基体发生了化学反应。扫描电镜和动态机械热分析的结果也说明,聚合物涂层能够提高...     

单纤维拔出方法表征CFRP界面强度的研究

提出了单根碳纤维从环氧树脂基体中拔出的一种简易方法，在国内首次实现了用该方法表征碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ）界面粘合性能的技术。     

工业用环氧树脂及其复合材料的闭环回收再制造

环氧树脂基碳纤维增强复合材料因其优异的力学、热学性能已广泛应用于航天航空等领域。环氧树脂由三维共价交联网络组成，难以被降解。工业中通常需高温(300～800℃)、高压(3～27 MPa)等严苛环境或有毒催化剂来破坏树脂基体，以回收复合材料废弃物中昂贵的碳纤维，这一过程往往会造成纤维性能的严重损失。本文利用环氧树脂与醇溶剂之间的动态键交换反应，将工业中常用的高性能环氧树脂降解为低聚物，降解条件温和(200℃、0 MPa)，且无需额外催化剂。通过树脂降解，回收得到结构完整的碳纤维织物，其强度保持在94%以上，可继续用于制备复合材料。将低聚物作为反应物制备新的环氧树脂，称为再制造环氧树脂。当再制造环氧树脂中低聚物的含量为20wt%时，其强度与原环氧树脂相当，而断裂伸长率提高了20%。用再制造环氧树脂制备碳纤维复合材料，其强度与原环氧基复合材料相当，同时断裂伸长率提高了50%。本文实现了工业用环氧树脂及其复合材料从制造到回收到再制造过程，即闭环回收再制造。同时，本文新提出了一种绿色、简单、有效的环氧树脂增韧方法。     

镀镍碳纤维-碳纤维-玻璃纤维/乙烯基酯树脂导电复合材料的设计制备及其电磁性能

本研究旨在设计制备兼具电和磁功能的新型导电复合材料。采用具有良好导电性的短切碳纤维（CF）与兼具磁性和导电性的短切镀镍碳纤维（Ni-CF）作为功能体,以短切玻璃纤维（GF）作为填料,以乙烯基酯树脂（VER）作为基体,设计制备电磁性能可调控的导电复合材料。分别研究了CF含量对CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响、Ni-CF长度对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响,重点研究了Ni-CF含量对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率和磁导率的影响,并初步探索了导电复合材料的电磁屏蔽性能。结果表明：（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率在0.35~36.48 Ω·cm范围内可调,磁导率在0.2~0.7内可调。CF和Ni-CF的含量和长度都会对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料电磁性能产生较大影响。制备的（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料有望应用于电磁屏蔽领域。     

氧化石墨烯有序排列对碳纤维增强环氧树脂复合材料低温性能影响

为了提高碳纤维增强环氧树脂复合材料在低温(77 K)循环条件下的微裂纹抗性,文中采用共沉淀法制备了具有良好顺磁性的四氧化三铁/氧化石墨烯(Fe_3O_4/GO),采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等手段研究了Fe_3O_4/GO在环氧树脂基体中的有序排列对环氧树脂及碳纤维增强环氧树脂复合材料低温性能的影响。结果表明,Fe_3O_4/GO的有序排列可有效提高环氧树脂基体的低温力学性能及降低环氧树脂基体的热膨胀系数,并可明显改善碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料的低温微裂纹抗性;相对于纯环氧树脂,改性环氧树脂的热膨胀系数和低温环境下的微裂纹密度分别降低了36.5%和37.5%。     

短切碳纤维/环氧树脂复合材料的介电性能研究

以短切碳纤维为填充物,环氧树脂为基体,采用涂刷法制备了碳纤维/环氧树脂基复合材料,研究了短切碳纤维的分布、含量、长度对复合材料的复介电常数的影响。碳纤维在环氧树脂基体中呈二维随机分布,随着碳纤维含量的增加,碳纤维在基体中形成导电网络的能力明显增强。采用波导法测试了复合材料在2.6～18GHz频段内的复介电常数,结果表明,在该波段,复介电常数的实部和虚部都随纤维含量的增大而增大;随纤维长度的增大先增大后减小;并随频率的增大呈现明显的频响效应。     

具有应变诊断功能的碳纤维机敏复合材料研究

分别以单向碳纤维带、正交碳纤维布、碳纤维毡为增强材料，乙烯基酯树脂（3201）、柔性树脂为基体，制备出了一类导电复合材料．研究了该类复合材料在拉伸条件下，体积电阻率-应变之间的变化规律。其中，单向碳纤维带复合材料和正交碳纤维布复合材料的体积电阻率-应变曲线存在突变，而碳纤维毡复合材料的体积电阻率-应变曲线能很好的拟合成直线。实验结果表明，碳纤维毡适合制备机敏复合材料传感部件。     

聚醚砜酮树脂基碳纤维复合材料的性能研究

以含二氮杂萘联苯型聚醚砜桐（PPESK）树脂为基体，填加短碳纤维（CE）用溶液共混共沉淀，热压模塑方法研制出PPESK基碳纤维复合材料，研究了CF处理方法，CF含量，等离子体处理材料表面及摩擦条件（如线速度）对材料的摩擦磨性能的影响，利用KYKY100B扫描电镜观察材料磨损表面，分析了PPESK树脂及其复合材料的磨损机理，摩擦磨损实验结果表明PPESK／CF与纯树脂相比，摩擦系数减小1倍，磨损率下降2个数量级，纯树脂的磨损机理主要是创削磨损和粘着磨损，而复合材料的磨损特性主要表现为粘着磨损，且具有优异的耐热性能，是一类新型无油自润滑的耐高温低摩擦材料。     

船舶用阻燃树脂基体复合材料研究进展

复合材料的阻燃性能限制了其在船舶结构中的应用，树脂基体复合材料阻燃性能的好坏主要取决于树脂本身的阻燃性能。作者分别对复合材料中常用的三类树脂基体进行了总结研究：乙烯基环氧树脂在船舶领域已得到了广泛应用，但在某些要求阻燃的场合，乙烯基环氧树脂的应用受限。工业界和学术界针对阻燃乙烯基环氧树脂开展了大量工作，通过加入含磷笼型聚倍半硅氧烷(POSS)阻燃剂，显著提高了其阻燃性能，耐热性能和力学性能也有所提高；酚醛树脂是一种具有高阻燃性能的树脂类别，采用多种浸渍工艺将其制备成玻璃纤维或碳纤维增强预浸料，经过模压或热压罐等工艺方式可制备出力学性能良好、阻燃性能优异的复合材料产品。采用发泡工艺制备玻璃纤维增强酚醛发泡复合材料，其在更加轻量化的同时，仍具有良好的力学性能和阻燃性能；邻苯二甲腈树脂同样具有优异的阻燃性能，玻璃纤维、碳纤维增强的邻苯二甲腈复合材料热释放速率满足美军MIL-STD-2031中潜艇材料测定标准，邻苯二甲腈玻璃纤维复合材料的烟密度也远低于常见树脂复合材料的。阻燃乙烯基环氧树脂、酚醛树脂和氰基树脂优异的阻燃性能和良好的力学性能使其在水面舰艇和潜艇部件上具有广阔的应用前景。     

UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用改性环氧树脂的制备及性能

用甲基丙烯酸改性环氧树脂E-51制备了UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用基体树脂,主要研究了反应时间和催化剂用量对改性环氧树脂及复合材料性能的影响。结果表明,当甲基丙烯酸与环氧树脂摩尔比为1.1∶1.0、催化剂二乙基胺用量为0.35%（质量分数）、反应温度为110℃时,改性反应6h所得改性环氧树脂与UHMWPE纤维/碳纤维的复合材料的性能较好。用FTIR、DMA、SEM对改性环氧树脂及复合材料的结构和性能进行了表征,甲基丙烯酸改性环氧树脂对UHMWPE和碳纤维具有较好的粘接性。     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维-碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料摩擦磨损性能

以超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)-碳纤维(CF)三维混杂编织体为增强体,环氧树脂(ER)为基体,通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织混杂复合材料,研究了其摩擦磨损性能了,并采用混合正压力模型对摩擦系数进行了预测。结果表明,在纤维总体积含量一定的情况下,随着CF体积含量的增加,复合材料的摩擦系数增大,而其比磨损率降低。UH_3D/ER复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,CF_3D/ER复合材料则以磨粒磨损为主,混杂复合材料的磨损机制主要取决于CF与UHMWPE纤维的相对含量 ,通过调节UHMWPE纤维和CF的体积比例可实现对复合材料摩擦磨损性能的有效调控。采用的计算模型可较好地预测UH_3D/ER的摩擦系数。     

一种氰酸酯-环氧树脂作为卫星结构件复合材料基体的评价

制备了氰酸酯树脂质量分数为75%的氰酸酯-环氧树脂（CE75）及高模碳纤维增强CE75（CF/CE75）的复合材料,研究了该树脂的工艺性,确定了其固化制度,考察了树脂的耐热性和力学性能,并在模拟空间环境条件下,考察了高模CF/CE75复合材料管件的力学性能和真空逸气性能。试验结果表明,CE75树脂具有良好的工艺性,适合湿法缠绕成型工艺。CE75树脂固化物表现出良好的耐热性,其玻璃化转变温度为195.6℃,起始热分解温度为368.6℃。高模CF/CE75复合材料抗空间环境性能优异,在真空环境下,复合材料真空逸气性能满足航天标准要求,经冷热循环（-196~130℃）200次后,管件力学性能保持率大于96%。高模CF/CE75复合材料是抗空间环境材料的理想候选材料。     

粉末涂层碳纤维制备碳/碳复合材料研究进展

综述了国内外碳/碳复合材料的主要用途和制备方法,通过比较发现粉末预涂层制备碳/碳复合材料是一种低成本、短制备周期的理想方法,它包括基体树脂和碳纤维的选择、碳纤维的表面处理及碳纤维丝束的铺展.采取层压成型制备试样,经高温炭化和石墨化制备碳/碳复合材料.     

纳米碳纤维复合材料的电阻-应变传感性能研究

制备了不同含量的纳米碳纤维，环氧树脂复合材料试样，采用三点弯曲法测试了复合材料的电阻．应变行为．结果表明，纳米碳纤维，环氧树脂复合材料具有良好的电阻．应变行为，且当纳米碳纤维含量为4％～6％（质量分数）时，电阻．应变呈线性变化，复合材料的传感性能最为优异．