短切碳纤维增强MC尼龙复合材料的制备与性能

MC尼龙是一种已得到广泛应用的重要的工程塑料,但存在尺寸稳定性较差、热稳定性不高和重载下强度欠佳等缺点。本研究采用短切碳纤维(SCF)作为改性剂,探索研究了SCF/MC尼龙复合材料的制备工艺,研究了不同的SCF含量对复合材料密度、转化率、机械性能、摩擦性能及结晶度的影响。结果表明：在0～20%SCF含量范围内,复合材料的密度及拉伸强度表现为先增大后减少;转化率和冲击强度为20%SCF复合材料最为突出;而摩擦系数、磨损量在加入SCF后呈现先减少后增加的趋势。在10%SCF含量时,材料表现出较好的摩擦性能,同时结晶温度增大到182.95℃,结晶度为35.57%。研究结果证实通过添加适当比例的SCF改性剂可以有效改善MC尼龙的性能,这为进一步开发满足某些特殊螺旋传动下的新型复合材料做了有益尝试。     

碳纤维增强尼龙6复合材料的阴离子聚合反应注射成型工艺

以己内酰胺为原料,自制己内酰胺钠(C10)、双酰化内酰胺-1,6-己二胺(C20)分别为引发剂和活化剂,首先对适用于反应注射成型技术(RIM)的尼龙6(PA6)阴离子聚合工艺进行探究。实验结果表明,提高引发剂浓度可提升聚合反应速率,转化率受影响并不明显,但分子量有所降低;而提高活化剂浓度,会导致聚合反应不完全;随着聚合温度的升高,反应速率明显加快,同时分子量增大,结晶度呈下降趋势。最终选取1.5 mol%的C10、1 mol%的C20,浸胶温度100℃、聚合温度180℃的工艺参数,利用自行研制的反应注射设备成功制备了单向碳纤维增强尼龙6 (CF/PA6)复合材料单向板,其沿纤维方向的拉伸强度可达974.2 MPa,弯曲强度达786.9 MPa。      

尼龙／碳纤维复合材料的研究进展

本文主要介绍了近期国外在碳纤维增强尼龙复合材料的加工应用及形态结构研究方面的进展，并对其技术开发动向和发展趋势进行了展望。     

碳纤维增强尼龙复合材料渗透模型的研究

建立了热塑性树脂熔体渗透浸渍纤维的理论模型,由此表征了工艺参数、熔体黏度和纤维结构对浸渍时间的影响规律.结果表明,熔融尼龙树脂复合材料的理论纤维体积率很难达到70%以上.采用原位聚合方法能使尼龙树脂熔体黏度降低几个数量级,并能提高树脂基体熔体对纤维的浸渍效率.     

短碳纤维增强注塑聚醚醚酮复合材料微观结构与力学性能研究

实验结果表明:短碳纤维增强注塑聚醚醚酮(CF/PEEK)注塑板材中存在"皮-芯"次层微结构,用金相显微镜可以表征CF取向度不同的皮层和芯层的厚度,整板材料的力学性能可以根据皮层及芯层的厚度及其强度按"混合规则"计算。DSC法及热烘箱法研究表明,碳纤维取向结构和PEEK在皮层和芯层中的结晶度差异导致了板材内存在较大的内应力。     

碳纤维和二硫化钼混杂增强尼龙复合材料的摩擦学性能研究

以注塑成型法制备MoS₂和碳纤维混杂增强尼龙1010复合材料,采用MM-200型磨损试验机考察复合材料摩擦磨损性能。研究结果表明:在干摩擦条件下,MoS₂和碳纤维混杂可显著改善尼龙复合材料摩擦学性能,较小载荷下复合材料磨损以轻微磨粒磨损和疲劳磨损为主,较高载荷下复合材料则以热疲劳断裂剥落磨损为主。摩擦过程中MoS₂和对偶铁发生摩擦化学反应,生成和对偶底材具有较强结合能力的硫化亚铁和硫酸铁等,同时部分被氧化生成MoO₃。     

碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的制备与性能表征

为制备低电阻率的尼龙66基复合材料,以碳纤维和镍粉(Ni)填充尼龙66制备碳纤维-Ni/尼龙66高导电复合材料。研究填料表面改性和含量对碳纤维-Ni/尼龙66复合材料导电性能和力学性能的影响。结果表明:KH550改性碳纤维和Ni有助于降低碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率随着碳纤维和Ni含量的增加而减小,且碳纤维和Ni填充尼龙66的导电逾渗阈值均为20wt%,此时制备的碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率为455Ω·cm,熔融温度为202.2℃。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度随着碳纤维或Ni含量的增加而先增大后减小。当Ni含量为20wt%时,碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度在碳纤维含量分别为20wt%和10wt%时达到最大值,分别为98MPa和70 MPa;当碳纤维含量为20wt%时,碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度则在Ni含量为30wt%和20wt%时达到最大值,分别为120 MPa和67 MPa。     

碳纤维增强MC 尼龙的研究

利用树脂传递模塑成型的原理, 通过阴离子聚合制得了碳纤维增强MC 尼龙。研究了不同纤维含量对复合材料性能的影响。研究结果表明, 用这种方法制得的碳纤维增强MC 尼龙的机械性能较普通MC 尼龙有较大幅度的提高, 纤维在基体中的分散性好, 同基体的粘接性也相当好。      

碳纤维-尼龙6混编织物复合材料的制备及性能

为了探究合适的碳纤维表面处理方法,改善碳纤维-尼龙6织物复合材料界面结合效果,提高复合材料的力学性能,通过混编的方式制备碳纤维-尼龙6预制件,将预制件浸泡在不同浓度的醇溶尼龙无水乙醇溶液中,最后将预制件通过热压成型,制备碳纤维织物-尼龙6复合材料。采用万能拉伸试验机、SEM、TGA、DSC、XRD分析碳纤维-尼龙6复合材料的力学性能、微观形貌、耐热性能、结晶度及晶型变化。结果表明:将预制件在浓度为1wt%的尼龙溶液处理后,并采用1℃/min的降温速率制备的碳纤维-尼龙6织物复合材料力学性能最佳,抗拉强度、弹性模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别为449.32 MPa、5.32 GPa、657.67 MPa、44.08 GPa、138.42 kJ/m2。纤维拔出后,单根碳纤维表面附着部分尼龙基体,碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。碳纤维-尼龙6织物复合材料的起始分解温度较尼龙6纤维提高了13℃,耐热性有所增强,尼龙6树脂主要以α晶型存在,结晶较为完善。      

三维编织碳纤维增强尼龙复合材料合成工艺的研究

介绍了三维编织碳纤维增强尼龙（简称C3D／PA）复合材料的发展历史，并归纳了C3D／PA复合材料几种合成工艺的利弊所在。其中：采用三维整体编织技术能够制备形状复杂的C3D／PA复合材料，但成本较高；静态浇铸法操作方便、工艺简单但不易制备大型件或形状复杂件；反应注射成型技术，由于有真空、压力的辅助，使得大型件及形状复杂的中空制件的制备成为可能，且性能优良，是制备C3D／PA复合材料较为合适的方法。并进一步提出了改进C3D／PA复合材料性能的几种可能途径。     

Properties of chopped carbon fiber reinforced carbon foam composites

A novel kind of carbon foam reinforced carbon-carbon composite with high density and mechanical properties was produced by densifying carbon foam preforms enhanced by chopped carbon fibers. The mechanical properties and densification efficiency of this composite could be improved by adding of fibers. The highest density of this composite could reach 1.5 g/cm³. The compressive strength increased by 38.9%, 66.7% and 29.4% when the additive amount of chopped fibers was 1%, 3% and 5% (wt.%) respectively. SEM observation showed that when the additive amount of fibers reached 5%, micro-cracks appeared in carbon foam preforms and resulted in the decrease in compressive strength of composite no. 4.     

超声振动对玻纤增强聚丙烯复合材料注射成型特性的影响

为了研究超声振动对纤维增强复合材料注射成型特性的影响,利用自行开发的超声辅助可视化注射成型实验装置对不同玻纤(GF)含量的GF增强聚丙烯(PP)复合材料进行了超声外场作用下的可视化实验,观测分析了超声功率对复合熔体充填流动行为的影响。此外,通过对试样不同部位的金相观察,分析了超声功率对复合材料纤维取向的影响。结果表明:超声功率会对复合材料注射成型的充填流动行为及制品的纤维取向产生影响,而复合材料纤维含量对超声振动的效果也有直接影响。在纤维含量较低时,超声振动对基体材料微观形态的作用为影响复合材料充填流动性及纤维取向的主因;在纤维含量较高时,超声振动对纤维的作用为影响复合材料充填流动性及纤维取向的主因。研究结果为复合材料超声辅助成型技术的发展提供了依据。     

有一定取向性的碳纤维增强尼龙6复合材料弹性模量的实验和理论研究

纤维增强热塑性聚合物基复合材料注塑成型后往往被认为是各向同性复合材料。然而,注塑成型后纤维会具有一定的取向性,从而使复合材料试样呈现各向异性的特点。为了合理预测此类复合材料的弹性模量,本文对碳纤维增强尼龙6复合材料注塑试样内部的纤维长度和取向分布情况进行了测试和分析,得出了纤维取向的分布规律。随后结合单向纤维增强聚合物基复合材料力学模型和层叠理论,构造出了适用于有一定取向性的纤维增强树脂基复合材料弹性模量预测理论模型,其理论结果和拉伸实验结果吻合较好,表明该预测模型的准确性比较高。      

碳纤维水泥基材料电阻的非线性研究

研究了碳纤维水泥基材料(CFRC) 非线性电阻的伏安特性,并着重讨论了不同的碳纤维掺量和温度对CFRC材料电压-电阻关系的影响.结果表明:在较小外加电压下(＜2V)CFRC材料的电压-电阻曲线会出现明显的平台区,随着电压的进一步增大,其电阻逐渐降低呈现非线性特性.相同纤维掺量的水泥基材料随温度的升高其电压-电阻曲线下降斜率基本保持不变,但初始电阻值下降;而在温度保持不变时,随碳纤维掺量的增加,电阻随电压下降的趋势逐渐减缓.     

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。     

基于微观尺度X射线断层扫描技术的短切碳纤维SMC复合材料失效分析

短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究, 提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构, 捕捉碳纤维和微裂纹的几何信息, 结合先进的图像采集和图像处理技术, 进而准确重构出短切碳纤维SMC复合材料在受力过程中的三维结构变化以及微裂纹的完整演变过程, 定量测量微裂纹的几何尺寸, 实现损伤的精准诊断, 并利用Tsai-Wu失效判据和界面开裂后的基体应力场理论等失效方法探究短切碳纤维SMC复合材料的失效机制。该方法的提出对于研究短切碳纤维SMC复合材料的失效过程以及分析相应的失效行为提供了重要依据。     

结构储电碳纤维复合材料研究进展

复合材料化是航空、航天、国防、交通等装备结构升级的重要趋势。碳纤维复合材料的力学性能优异,同时兼具良好的导电特性,可用于存储和释放电能,实现结构的承载和储/放电一体化,从而达到材料多功能化和结构轻量化。结构储电复合材料通常是采用碳纤维织物作为电极材料,采用具有结构承载和离子导电的多功能聚合物基体为固态电解质,玻璃纤维织物等作为隔膜材料。本文主要对典型结构储电复合材料进行综述,包括结构电池、结构介电电容器和结构超级电容器,详细阐述了三种结构储电复合材料的组分材料、器件工作原理及多功能特性等。通过对比三种结构储电复合材料,概括了结构储电复合材料所面临的问题和挑战,提出了结构储电复合材料的发展趋势。