超声分散制备天然橡胶/丁苯橡胶/炭黑/碳纳米管纳米复合材料

通过超声分散制备了分散均匀的碳纳米管(CNTs)/天然橡胶母料,利用母料制备了天然橡胶(NR)/丁苯橡胶(SBR)/炭黑(CB)/碳纳米管复合材料。通过比较常规搅拌、双辊混炼和超声分散三种方法对碳纳米管的分散及对复合材料性能的影响,表明超声分散能实现碳纳米管在基体中均匀分散,CNTs和CB的协同作用提高了复合材料的力学性能,当CB/CNTs之比为37/3时力学性能最高,与未加CNTs增强的体系相比,拉伸强度提高了6.4%。当CNTs含量为7phr,与未加CNTs的体系相比,压缩模量提高了20%。     

全氟辛基季胺碘化物改性碳纳米管对天然橡胶胶乳性能的影响

用水溶性的阳离子表面活性剂全氟辛基季胺碘化物FC-134对碳纳米管进行非共价键改性,并用液相法制备改性碳纳米管/天然橡胶复合材料,研究了改性碳纳米管对天然橡胶复合材料的影响。结果表明,改性碳纳米管在水介质中具有很好的稳定性。佩恩效应表明,碳纳米管经过表面修饰增强了与橡胶的相互作用,降低了碳纳米管之间的相互作用。橡胶加工分析仪的结果表明,碳纳米管均匀地分散到复合材料中。与未改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料相比,改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料硫化胶的撕裂强度提高了65%,拉伸强度提高了29%。     

耐高温二氧化硅气凝胶复合材料制备及其导热研究

以二氧化硅溶胶为前驱体,利用树脂转移模塑成型(Resin transfer molding,RTM)工艺制备了二氧化硅气凝胶复合材料.对制备的气凝胶复合材料进行了结构表征;对气凝胶复合材料的隔热性能和耐高温性能进行了试验考核,结果显示,20 mm厚材料经过900℃、1000 s的石英灯考核后背温为186℃,材料经过1100℃、1000 s的马弗炉试验后线收缩率为1.2％,该气凝胶复合材料具有优良的隔热性能和耐高温性能.研究了温度对气凝胶复合材料导热的影响,结果表明,气凝胶复合材料的导热系数随温度的升高逐渐增大,900℃导热系数为室温的5倍.研究了气体环境对气凝胶复合材料导热的影响,发现氮气环境下气凝胶复合材料的导热系数随温度的变化与空气环境基本相同.     

碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备及性能

对碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备工艺和材料性能进行了研究。碳纳米管与天然橡胶复合后,橡胶DSC曲线中结晶熔融峰变小,硫化返原现象减轻,焦烧时间略有缩短。经过分散-粘合体系处理,碳纳米管在橡胶中的分散程度及界面粘合状况改善,复合材料的整体力学性能提高,与炭黑增强样品相比,碳纳米管复合材料在回弹及动态压缩性能方面占有优势,动态模量和玻璃化转变温度高,热降解稳定性较好。      

玻璃纤维和碳纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为前驱体,玻璃纤维和碳纤维为增强相,通过溶胶-凝胶和常压干燥分别制备了玻璃纤维增强型二氧化硅气凝胶(GF/SiO₂气凝胶)和碳纤维增强型二氧化硅气凝胶(CF/SiO₂气凝胶)复合材料,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、比表面积和孔径分布测试仪、万能力学试验机、导热系数测试仪等手段对材料的结构和性能进行了测试表征,对比分析了玻璃纤维和碳纤维对SiO₂气凝胶复合材料结构与性能的影响。结果表明：玻璃纤维与SiO₂颗粒基体之间的界面结合较差,制得的GF/SiO₂气凝胶具有较差的力学性能(压缩强度=0.676MPa,应变=60%)和较高的导热系数[0.0410W/(m·K)];而碳纤维与SiO₂气凝胶颗粒具有较好的界面相互作用,制得的CF/SiO₂气凝胶具有良好的力学性能(压缩强度=1.225MPa,应变=60%)和低的导热系数[0.0342W/(m·K)]。     

碳纳米管/聚丙烯腈基复合材料的热导率研究

采用原位聚合法制备了碳纳米管/聚丙烯腈(CNT/PAN)复合材料,用MDSC的测试方法研究了复合材料的热性能,并由此推导了复合材料的热导率.应用Cheng-Vachon、Nielsen-Lewis和Okamoto-Ishida 3种导热理论模型对CNT/PAN复合材料的热导率进行估算.对比实验测试与导热理论模型的计算结果,考虑到碳纳米管在聚合物基体中的分散和取向情况,得出Nielsen-Lewis理论在低填充含量及室温条件下可以较准确地估算无规分散的CNT/PAN复合材料体系的热导率.     

聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能

通过溶胶-凝胶法制备了厚度为30nm-50nm的二氧化硅(SiO2)包覆多壁碳纳米管(SiO2-MWNTs),并与聚氨酯(PU)复合制备了PU/SiO2-MWNT复合材料。研究了SiO2-MWNTs对PU导热电绝缘性能的影响。结果表明,SiO2包覆层增强了MWNTs与PU之间的界面相互作用,促进了MWNTs在PU中的分散。由于SiO2包覆层的电绝缘作用,PU/SiO2-MWNT复合材料保持了PU的电绝缘性能。同时SiO2包覆层作为过渡层,降低了PU与MWNTs间的模量失配,减少了声子的界面散射,提高了PU/SiO2-MWNT复合材料的导热性能。当SiO2-MWNTs的质量分数为0.5%和1.0%时,PU/SiO2-MWNT复合材料的热导率分别提高了53.7%和63.8%。     

氮化硼/碳纳米管/溴化丁基橡胶复合材料的力学和导热性能研究

用机械共混法制备了氮化硼/多壁碳纳米管/溴化丁基橡胶复合材料,测试了复合材料的力学和导热性能,观察了填料在复合材料中的分散和分布情况,并对结果进行了理论分析。结果表明:填充氮化硼和多壁碳纳米管都可以有效提高溴化丁基橡胶的力学性能和导热性能。对于复合材料力学性能的提高,多壁碳纳米管起到了主要作用。对于复合材料导热性能的提高,氮化硼更容易形成导热网链,而且氮化硼和多壁碳纳米管存在协同作用。扫描电子显微镜结果表明,氮化硼和多壁碳纳米管在溴化丁基橡胶中形成了有效的填料网络。     

无机纤维毡／SiO2气凝胶隔热材料的制备及性能

以无机纤维毡为增强材料,正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶一凝胶技术制备了无机纤维毡／Si02气凝胶隔热材料。研究了无机纤维毡的类型、密度等因素对复合材料的影响。结果表明：无机纤维毡／siO2气凝胶复合材料的隔热性能优,导热系数仅略高于纯Si02气凝胶,强度则有显著提高。     

定向碳纳米管对天然橡胶复合材料性能的影响

将不同体积分数的定向碳纳米管(A-MWNT)通过溶液共混的方法填充到天然橡胶中,经过室温交联硫化,得到A-MWNT填充的天然橡胶复合材料。对比普通非定向碳纳米管(MWNT),观察了A-MWNT在天然橡胶基体中的分散情况,研究了A-MWNT对橡胶复合材料玻璃化转变温度(Tg)、高温交联放热和导热性能的影响,并进行了机理分析。研究表明:A-MWNT在与天然橡胶溶液共混过程中经超声波振荡和搅拌后会被部分打乱。但是在微区单元内是定向的,在整体上呈非定向。随着A-MWNT填充量的增加,Tg逐渐下降后又有回升之势,高温交联固化放热逐渐增大,复合材料的导热率较之同条件下MWNT填充的复合材料的导热率大,且增长速度较快,在填充分数为10%时,导热率跃增到0.735 W/(m·K),增加了222.4%。     

定向导热的石墨烯气凝胶相变复合材料的研究

有机相变材料具有较高的储热性能,但是较低的热导率限制了它的应用领域。鉴于此,本工作采用液氮冷冻法制备了石墨烯气凝胶,通过改变氧化石墨浓度来调整其结构,并用真空浸渍法将气凝胶与石蜡制备成相变复合材料,最后以实验测试与数值模拟相结合的方式研究气凝胶结构对相变复合材料热学性能的影响。结果表明：液氮冷冻法制备的气凝胶具有定向导热骨架,其优异的导热性能大幅提升了相变复合材料的热导率。同时,气凝胶以提升材料中石蜡相变焓的方式提升了材料的储热性能。该发现有望解决导热填料不能同时提升材料的导热性能和储热性能的问题,为热能工程的发展提供帮助。     

陶瓷/碳纳米管复合材料的制备、性能及韧化机理

评述和讨论了碳纳米管增强陶瓷基复合材料的制备工艺,包括碳纳米管在陶瓷基体上的分散和材料的烧结成型,添加碳纳米管后材料力学性能、导电和导热等物理性能的改善以及韧化机理,指出碳纳米管在陶瓷材料基体上的均匀分散,碳纳米管在组织中存活,碳纳米管与陶瓷基体的界面结合状态是影响碳纳米管增强陶瓷基复合材料性能提高的关键.     

快速固化碳纳米管/苎麻纤维/环氧树脂复合材料层板的制备与性能

针对植物纤维/树脂基复合材料高性能化问题,本研究以羟基化碳纳米管/无水乙醇分散液预先浸渍苎麻纤维织物,得到了碳纳米管分散均匀的碳纳米管/苎麻纤维多尺度复合织物,并进一步以快速固化环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备了碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂基复合材料层板(PRFC)。研究结果表明,相比未采用碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂复合材料(RFC),PRFC的弯曲强度提高14.7%,冲击强度提高20.9%。相比碳纳米管预先分散于环氧树脂基体中制备的碳纳米管改性苎麻纤维/环氧树脂复合材料(MRFC),PRFC的力学性能提高更显著。同时,PRFC的吸湿性能比MRFC和RFC的明显降低。     

石蜡基碳纳米管复合相变蓄冷材料的热性能研究

针对石蜡导热系数低,传热性能差的缺点,采用向其中添加碳纳米管来改善其导热性能。实验制备了碳纳米管质量分数为1%、2%和5%的石蜡基复合相变材料,通过差示扫描量热仪和热传导系数仪研究了复合材料的相变性能,导热性能和稳定性。实验结果表明,随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的导热系数逐渐增大,相变焓有所减小。质量分数为5%的石蜡基碳纳米管复合材料相变温度为4~8 ℃,相变焓为137.6~142.7 kJ/kg,比纯石蜡下降了约18%,液态导热系数为0.28 W/(m?K),比纯石蜡提高了40%,稳定性较好,可作为蓄冷材料广泛应用于蓄冷系统。     

多壁碳纳米管/三元乙丙橡胶复合材料的热电效应及其力学性能研究

以经处理过的多壁碳纳米管(MW-CNTs)为导热导电填料、三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,采用机械共混法制备了MW-CNTs/EPDM复合材料。研究了碳纳米管填料在低填充量(6%)下对复合材料体积电阻率、热导率、热稳定性及力学性能的影响,并通过扫描电镜观察分析MW-CNTs在复合材料中的分布。结果表明:处理后的MWCNTs在EPDM基质中能形成良好的聚合物填料界面,分散均匀,形成有效的导电导热网链。复合材料的体积电阻率随着MW-CNTs填充量的增加而呈数量级的递减,导热系数随之增加,热稳定性提高,填充后的复合材料具有较好的物理机械性能。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料的静电自组装制备及性能

采用静电自组装法制备了均匀分散的碳纳米管环氧树脂复合材料,并对比分析了普通碳纳米管和功能化碳纳米管对环氧树脂热学和电学性能的影响。采用透射电镜(TEM)观察到碳管和树脂乳液自组装形成"葡萄藤"状结构,扫描电镜(SEM)观察发现,碳管可在环氧树脂中均匀分散并形成网络。电、热性能研究发现,添加3%普通碳纳米管可降低环氧树脂表面电阻率7个数量级,导热系数较纯树脂提高112%,而羧基化碳纳米管表面电阻率仅降低4个数量级,导热系数仅提高86%。     

填料对聚丙烯导热复合材料导电和流变性能的影响

分别制备了炭黑、碳纳米管、炭黑/碳纳米管简单共混以及炭黑碳纳米管化学键合聚丙烯复合材料,研究了不同体系的导热、导电和流变性能。研究发现,使用炭黑/碳纳米管简单共混或化学键合掺杂的复合材料热导率分别达到0.60W/mk和0.63 W/mk,而使用炭黑或碳纳米管杂化的组分热导率仅仅为0.36 W/mk和0.45 W/mk。掺杂碳纳米管或炭黑/碳纳米管简单共混填料的复合材料体积电阻下降了6个数量级,而掺杂炭黑或炭黑/碳纳米管化学键合填料的复合材料均有较好的绝缘性。掺杂杂化组分后,复合材料均出现了剪切变稀现象,在储能模量与频率曲线上低频区出现"第二平台",但掺杂炭黑/碳纳米管化学键合样品的第二平台极微弱。微观结构发现填料在基体中分散良好,填料间形成了很好的架桥。研究结果表明,简单使用炭黑、碳纳米管掺杂对复合材料的热导率改善不佳,使用炭黑/碳纳米管简单混合虽能大幅提高热导率,但影响复合材料的绝缘性能,而将炭黑/碳纳米管化学键合后可满足制备导热绝缘复合材料的要求。     

雾化喷射压力对氧化石墨烯-SiO_2/天然橡胶复合材料性能的影响

采用自主研发的雾化溅射干燥法制备氧化石墨烯(GO)-SiO_2/天然橡胶复合材料,基于雾化法中物料液柱在高压作用下撞击高温金属壁面发生溅射爆破,实现液滴的二次分散和水分的瞬间脱除,保持填料GO-SiO_2在天然胶乳中的高分散状态。探究了雾化溅射干燥法喷射压力大小对填料GO-SiO_2分散的影响及对GO-SiO_2/天然橡胶复合材料性能的影响。实验表明,过高或过低的压力都不利于高性能GO-SiO_2/天然橡胶母胶的制备,当喷射压力为0.8MPa时,填料GO-SiO_2在天然橡胶的分散效果最好,制备的GO-SiO_2/天然橡胶复合材料的综合性能最优,其中拉伸强度为31.2MPa,撕裂强度达到89.01kN·m~(-1),断裂伸长率为670.90%,在60℃左右损耗因子更低。     

SiO2气凝胶@聚合物复合材料的制备方法及性能研究进展

SiO₂气凝胶@聚合物复合材料融合了SiO₂气凝胶纳米多孔、低热导、耐高温特性及聚合物柔韧、高强特性，可在微观尺度形成独特的有机无机互渗透结构，既克服了SiO₂气凝胶脆性大、强度低的固有缺陷，也增强了聚合物的隔热、耐高温、阻燃、疏水等功能，从而可用于需求高强、高韧、高效绝热、耐高温、阻燃、防火、超疏水等多种复合功能的应用场景，是当前气凝胶新材料领域的研究热点。本文从SiO₂气凝胶@聚合物复合材料的制备方法、组成与微观结构、物理化学性能三个角度综述了当前领域最新研究进展，涵盖了环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯等常见聚合物体系，归纳总结了“共混法”“共前驱体法”“气凝胶或聚合物原位生长法”三种典型制备途径，分别从组成与结构、力学性能、热学性能、阻燃性能、疏水性能等方面，阐述了气凝胶@聚合物复合材料的结构与性能特点，分析了制备方法及气凝胶掺量等因素对复合材料体系结构与性能的影响规律。在此基础上，梳理了SiO₂气凝胶@聚合物复合材料当前研究存在的问题及未来可能的发展方向。     

碳纳米管表面处理及其在铜基复合材料中的应用

碳纳米管因特殊结构带来的优异性能而被海内外学者广泛关注,以碳纳米管为增强相制备铜基复合材料是使铜基导体同时具有高强度和高导电性能的有效途径。然而,由于碳纳米管表面能高、表面反应活性低,碳纳米管/铜复合材料制备的过程中存在增强体分散性差和界面结合强度弱两大问题,从而阻碍了复合材料高性能的实现。在碳纳米管/铜复合材料的制备过程中,采用适当的方法对碳纳米管进行表面处理能改变碳纳米管的表面结构和反应活性,在改善碳纳米管的分散性的同时增强碳纳米管与铜基体的界面结合,从而提高碳纳米管的增强效率,保证复合材料良好的综合性能。然而,表面处理过程可能会破坏碳纳米管的结构完整性,影响碳纳米管的本征性能,进而影响其增强效果,或可能在基体中引入其他杂质,影响复合材料的导电和导热性能。因此,在进行表面处理时应综合考虑其对碳纳米管结构性能及复合材料增强作用的影响。近年来,研究者们通过优化碳纳米管表面处理工艺突破了碳纳米管/铜复合材料在制备过程的难点,在保证铜基体优异的导电、导热性能的同时,大幅提高了碳纳米管/铜复合材料的力学性能。碳纳米管表面处理工艺类型大致可分为机械球磨、化学表面改性、表面镀层和联合表面处理四类。传统的机械球磨表面处理对碳纳米管的结构破坏较大;化学表面改性又分为共价表面改性和非共价表面改性,非共价表面改性在保持碳纳米管完整的管状结构和优异性能的同时,提高了碳纳米管在溶液中的分散性,但用于复合材料制备时会给基体引入有机杂质,影响复合材料性能;共价表面改性和表面镀层是铜基复合材料制备过程中最为常用和有效的表面处理方法,其能够在提高碳纳米管在基体中的分散性能的同时改善碳纳米管表面的反应活性,从而形成碳纳米管和铜基体之间强度较高的反应结合界面,实现碳纳米管/铜复合材料高强高导的综合性能。此外,可通过综合利用各种表面处理方法,结合各表面处理工艺的优势,获得更为优异的改性效果。本文从碳纳米管表面处理工艺的基本类型以及碳纳米管表面处理对铜基复合材料结构和性能的影响两方面阐述了碳纳米管表面处理在铜基复合材料中的应用和研究进展,并对其未来的研究方向进行了展望。