反应性碳纳米管及其复合材料的制备与性能

本工作制备出了一种反应性碳纳米管/环氧稀释剂的纳米混杂增强体以及碳纳米管/环氧树脂复合材料,同时对修饰的碳纳米管进行了红外和X射线光电子能谱的表征。反应性碳纳米管与稀释剂的比例为1∶7,碳管在复合材料中的含量为0.5%(质量分数)。研究表明,这种纳米增强体对提高材料的性能及碳管在基体中的分散有很好的效果,环氧树脂的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了37.5%,40.0%和207%。同时玻璃化转变温度提高了17℃,并从活化能看出此增强体具有更高的反应活性。     

纳米SiO2/环氧树脂复合材料性能研究

采用溶液共混法制备了纳米SiO2/环氧树脂复合材料。通过冲击强度测试、SEM分析、DSC测试以及红外光谱分析、对材料的冲击性能耐热性能及其固化行为进行了探讨。实验结果表明,不同类型的纳米SiO2/环氧树脂复合材料其冲击性能都比纯环氧树脂固化物要好,并且都在纳米SiO2含量为4%时为最佳;纳米SiO2的加入也能有效提高材料的玻璃化转变温度;而且纳米SiO2的比表面积越大,其冲击性能和耐热性能越好。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

GO负载纳米Al2O3对环氧树脂耐磨性能的影响

为了研究出一种耐磨性能优异的环氧树脂基纳米复合材料,将球形纳米氧化铝经γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性后负载到氧化石墨烯表面,再将其作为填料加入到环氧树脂中,制备出球形纳米氧化铝/氧化石墨烯/环氧树脂新型纳米复合材料.利用硬度计、磨耗仪及万能试验机,分别对纳米复合材料的硬度、磨损量、弯曲性能和冲击性能进行测试.试验结果表明:该新型纳米复合材料相较于纯环氧树脂,磨损量减少了 52.5％;弯曲强度达到了 121.4 MPa,为纯环氧树脂的1.44倍;冲击强度达到了 27.4 J/m2,为纯环氧树脂的5.96倍.球形纳米氧化铝大的比表面积与表面作用力增强了片层状氧化石墨烯和环氧树脂的表面作用,进而使该新型纳米复合材料表现出了优异的耐磨性能.     

纳米SiO2/环氧树脂灌封材料的研究

以纳米SiO 2作为增强材料,制备了纳米SiO2/环氧树脂灌封材料,并研究了不同的纳米含量对灌封材料性能的影响,采用透射电镜(TEM)对纳米SiO2粒子分散情况进行了分析.结果表明,纳米SiO2均匀地分散在环氧树脂基体中,有效地改善了环氧树脂的力学性能,并且当纳米SiO2含量为3%时,纳米SiO2/环氧树脂灌封材料的力学性能最佳,其冲击强度和弯曲强度比环氧树脂分别提高98%和112%,同时电学性能也有所提高.     

纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料性能研究

先采用机械搅拌和超声分散方式在环氧树脂中分散纳米SiO2微粒,通过扫描电镜表征断面的形貌来分析纳米SiO2分散效果,再采用力学性能测试,研究纳米SiO2对环氧树脂及其玻璃纤维增强复合材料性能的影响,结果表明,超声分散效果明显优于机械搅拌分散;纳米SiO2含量对分散效果、环氧树脂及其复合材料力学性能具有显著影响;采用超声分散的1%(质量分数)纳米SiO2改性环氧树脂浇铸体的弯曲强度比未改性的提高了21.2%,其玻璃纤维增强复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了9.7%和7.9%,但层间剪切强度则降低了10.6%。     

原位聚合法制备环氧树脂/纳米SiO2灌封材料的性能研究

采用原位聚合法制备了环氧树脂/纳米SiO2灌封材料.用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、差热扫描量热法(DSC)等方法研究了材料的结构与性能.结果表明,环氧树脂/纳米SiO2灌封材料的冲击强度和弯曲强度随纳米SiO2含量而变化,当其含量为3%(质量分数)时二者出现最大值,与纯环氧树脂固化物相比冲击强度和弯曲强度分别提高了98%和112%.同时纳米SiO2的加入也使灌封材料的电性能和热性能得到改善,线膨胀系数明显降低,环氧树脂的粘度稍有增加.     

二维和零维纳米材料协同增强的高性能纳米复合材料

将二维蒙脱土和零维纳米TiO_2共同复合到环氧树脂中,成功地制备出一种高性能有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料。力学性能测试和热分析显示,该复合材料在拉伸模量、拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、缺口冲击强度、玻璃化转变温度、热分解温度上都明显优于纯环氧树脂,也优于有机蒙脱土/环氧树脂复合材料和纳米TiO_2/环氧树脂复合材料。XRD检测和透射电子显微镜观察显示,在有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料中,蒙脱土被完全剥离为纳米单片,和纳米TiO_2交错分布于环氧树脂中。选择适宜的两种维度的纳米材料复合于聚合物中,是制备新型高性能复合材料的成功思路。     

环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2复合材料的制备及性能

采用超支化聚酯与聚硅酸溶胶共混改性环氧树脂,制备了环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2三元共混体系纳米复合材料。研究了超支化聚酯/聚硅酸溶胶增韧改性环氧树脂固化体系的力学性能及热性能,通过X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)及扫描电镜(SEM)等测试手段对材料的微观相态结构与性能进行了表征。结果表明,超支化聚酯/聚硅酸的加入使纳米复合材料的力学性能和热性能得到明显提高。当纳米SiO2的含量为1%(质量分数,下同)时冲击强度比纯环氧树脂提高了10.48kJ/m2,材料的起始热分解温度也提高了27℃。     

纳米碳管/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

报道了利用催化裂解法制备的纳米碳管合成环氧树脂复合材料的技术及工艺条件。利用透射电子显微镜(TEM)对制备的复合材料进行观察表征;通过拉伸及压缩实验对纳米碳管/环氧树脂复合材料的力学性能进行了测试。实验结果表明:纳米碳管的加入可以明显地改变环氧树脂基体材料的力学性能。      

高强高模聚酰亚胺纤维/环氧树脂复合材料力学性能与破坏机制

以高强高模聚酰亚胺（PI）纤维为增强体,以航空级环氧树脂（EP）为基体,通过热熔法制备预浸料并采用热压罐成型技术制备了PI/EP复合材料层合板,对其力学性能和破坏形貌进行了分析。结果表明:高强高模PI纤维与EP具有良好的界面结合力,PI/EP复合材料的层间剪切强度为65.2 MPa,面内剪切强度为68.6 MPa;良好的界面结合状态能充分发挥PI纤维优异的力学性能,PI/EP复合材料的纵向拉伸强度达1 835 MPa,弯曲强度为834 MPa;PI/EP复合材料纵向拉伸破坏模式为散丝爆炸破坏,同时由于高强高模PI纤维还具有优异的韧性和较高的断裂伸长率,PI/EP复合材料从受力到失效断裂的时间较长;PI/EP复合材料纵向压缩破坏模式为45°折曲带破坏。高强高模PI/EP复合材料为航空航天先进复合材料增加了一个全新的选材方案。      

CF/EP composite laminates with carbon black and copper chloride for improved electrical conductivity and interlaminar fracture toughness

An experimental study was conducted to improve the electrical conductivity of continuous carbon fibre/epoxy (CF/EP) composite laminate, with simultaneous improvement in mechanical performance, by incorporating nano-scale carbon black (CB) particles and copper chloride (CC) electrolyte into the epoxy matrix. CF/EP laminates of 65 vol.% of carbon fibres were manufactured using a vacuum-assisted resin infusion (VARI) technique. The effects of CB and the synergy of CB/CC on electrical resistivity, tensile strength and elastic modulus and fracture toughness (K_IC) of the epoxy matrix were experimentally characterised, as well as the transverse tensile modulus and strength, Mode I and Mode II interlaminar fracture toughness of the CF/EP laminates. The results showed that the addition of up to 3.0 wt.% CB in the epoxy matrix, with the assistance of CC, noticeably improved the electrical conductivity of the epoxy and the CF/EP laminates, with mechanical performance also enhanced to a certain extent.     

Effects of fibre/matrix adhesion on carbon-fibre-reinforced metal laminates—I.: Residual strength

The role of interfacial adhesion between fibre and matrix on the residual strength behaviour of carbon-fibre-reinforced metal laminates (FRMLs) has been investigated. Differences in fibre/matrix adhesion were achieved by using treated and untreated carbon fibres in an epoxy resin system. Mechanical characterisation tests were conducted on bulk composite specimens to determine various properties such as interlaminar shear strength (ILSS) and transverse tension strength which clearly illustrate the difference in fibre/matrix interfacial adhesion. Scanning electron microscopy confirmed the difference in fracture surfaces, the untreated fibre composites showing interfacial failure while the treated fibre composites showed matrix failure. No clear differences were found for the mechanical properties such as tensile strength and Young's modulus of the FRMLs despite the differences in the bulk composite properties. A reduction of 7·5% in the apparent value of the ILSS was identified for the untreated fibre laminates by both three-point and five-point bend tests. Residual strength and blunt notch tests showed remarkable increases in strength for the untreated fibre specimens over the treated ones. Increases of up to 20% and 14% were found for specimens with a circular hole and saw cut, respectively. The increase in strength is attributed to the promotion of fibre/matrix splitting and large delamination zones in the untreated fibre specimens owing to the weak fibre/matrix interface.     

取向碳纳米管/环氧树脂复合薄膜制备及结构与性能表征

碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)/环氧树脂(Epoxy resin, EP)纳米复合材料中树脂含量、分布、CNT取向及其与树脂间界面结合是制备高性能纳米复合材料的关键因素。为了探究树脂分布和CNT/EP复合材料性能之间的关系,采用浮动催化化学气相沉积法制备的CNT薄膜和EP为原料,通过浸渍、牵伸、清洗和热压固化工艺制备CNT/EP复合薄膜。利用聚焦离子束结合扫描电子显微镜定性表征树脂在复合膜中的分布状态。结果表明,随着树脂含量增加,树脂在复合薄膜表面富集程度增加。在最优工艺条件下制备的纳米复合材料中CNT含量为66.14wt%, 拉伸强度和拉伸模量达到1405 MPa和46.7 GPa。      

三维编织碳复合材料的制备及其力学性能研究

采用真空辅助RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/EP)复合材料,通过对树脂的粘度特性和固化特性的分析,确定了最佳的工艺参数.金相显微镜对复合材料微观结构的观察表明树脂对纤维的浸润良好.同时,还研究了该工艺制备的C3D/EP复合材料的力学性能,结果表明随着纤维体积比的增加,复合材料的硬度、弯曲强度和冲击强度均提高,断口的扫描电镜观察表明复合材料的破坏方式是以脆性断裂为主.     

纳米TiO_2对复合固化环氧树脂胶粘剂的改性研究

通过添加具有活性的纳米TiO_2对异佛尔酮二胺(IPD)与酰胺基胺树脂作为复合固化剂的环氧胶粘剂体系进行改性,实验结果表明:随着纳米TiO_2的适量加入,环氧胶粘剂体系的物理性能得到很大改善,当纳米TiO_2的加入量达到6%(Wt)时,达到最佳值,与纯树脂体系相比,弯曲强度提高96%,弯曲模量提高38%,冲击强度提高180%.而此时的环氧复合胶粘剂体系的粘接性能也比纯树脂均有所提高,剪切强度提高39%、剥离强度提高28%,以及玻璃化温度提高6%.可见,纳米TiO_2的加入对环氧胶粘剂体系具有明显的增强作用.     

Introducing cellulose nanocrystals in sheet molding compounds (SMC)

The mechanical properties of short glass fiber/epoxy composites containing cellulose nanocrystals (CNC) made using sheet molding compound (SMC) manufacturing method as well as the rheological and thermomechanical properties of the CNC-epoxy composites were investigated as a function of the CNC content. CNC up to 1.4 wt% were dispersed in the epoxy to produce the resin for SMC production. The addition of CNC in the resin increased its viscosity and slightly reduced the heat of reaction during the polymerization without altering the curing time and temperature and the effective pot life of the resin. The incorporation of 0.9 wt% CNC in the SMC composite resulted in increases in elastic modulus and tensile strength by ∼25% and ∼30% and in flexural modulus and strength by ∼44% and ∼33% respectively. Concentrations of CNC up to 0.9 wt% in the SMC composite did not alter the impact energy.     

洋麻纤维-棉纤维混纺织物/环氧树脂复合材料力学及吸湿性能

采用碱氧一浴法对洋麻纤维(KF)进行精细化处理,并制备了不同混纺质量比的精细化处理KF-棉纤维(KF-CF)混纺织物及KF-CF/环氧树脂(EP)复合材料。通过纤维强度、细度测试和FTIR、TG、SEM研究了精细化处理对KF性能的影响,通过对KF-CF/EP复合材料力学性能分析得到最佳混纺质量比,探究了最佳混纺质量比KF-CF/EP复合材料在湿热及化学环境下的吸湿性能。结果表明:精细化处理后的KF直径降低了30.66%,拉伸模量提高了31.24%,柔软度提高了13.20%,热稳定性得到提高;当KF与CF混纺质量比为40∶60时,KF-CF/EP复合材料力学性能最优,拉伸强度为101.90 MPa,弯曲强度为189.64 MPa;在湿热环境下,时间越长,温度越高,KF-CF/EP复合材料的吸水率越高,碱性环境会导致KF-CF/EP复合材料吸水率提高。      

环氧树脂复合材料的制备及力学性能

通过配方设计,以硅烷偶联剂改性的空心玻璃微珠(HGB)为填料,端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)为增稠剂和增韧剂,环氧树脂(EP)为基体,经变温分段固化技术制备环氧树脂/端羧基丁腈橡胶/空心玻璃微珠(EP/CTBN/HGB)三元泡沫复合材料并研究其力学和流变性能。结果表明,CTBN使得复合材料由脆性断裂变为韧性断裂;CTBN劣化了复合材料模量而HGB弥补了复合材料模量;当CTBN、HGB含量分别为12%(质量分数)和30%(体积分数)时,三元复合材料的冲击、弯曲、拉伸强度及弯曲模量均优于纯EP。另外,纯环氧树脂和EP/CTBN共混物的黏度呈现出牛顿流体的流变行为,而三元共混物的黏度表现出明显的剪切变稀现象。     

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。