多壁碳纳米管的辐照处理及其对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料热性能的影响

在空气中用高频高压电子加速器辐照多壁碳纳米管(MWCNTs),采用红外光谱、能谱分析、拉曼光谱和透射电镜表征分析辐照处理对碳纳米管结构的影响;通过原位复合法制备MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料.采用场发射扫描电镜、热失重分析和动态力学分析研究辐照处理MWCNTs对环氧树脂热稳定性的影响.结果表明:电子束辐照处理使MWCNTs表面接入了少量的含氧基团,同时破坏了MWCNTs的完整结构,当辐照剂量为170 kGy时,接枝含氧基团的量最多(约为4％),且结构破坏程度较小.与原始MWCNT/EP体系相比,经电子束辐照处理后的MWCNTs在EP中分散得更均匀,并能使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度较纯EP有所提高,在EP中加入质量分数0.5％的经170kGy辐照处理后的MWCNTs,能够使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度分别提高约14℃和8℃.     

γ射线辐照对PLA/Flax复合材料结晶行为的影响

目的揭示纤维状填料的加入和辐照交联对聚乳酸结晶造成的影响,为辐照技术在高分子材料方面的理论研究和生产提供借鉴。方法主要以三烯丙基脲氰酸酯(TAIC)为交联剂,探讨γ-射线不同辐照剂量对聚乳酸/亚麻纤维复合材料结晶行为、结晶性能的影响。结果发现未辐照复合材料中形成了直径约为100μm的球晶、纤维表面有明显的横晶现象;随着辐照剂量的增加,球晶尺寸减小到50μm以下,横晶现象不明显;复合材料在高剂量辐照下,已观察不到球晶和横晶。DSC结果表明,随着辐照剂量增加,玻璃化转变温度、冷结晶温度逐渐升高,熔点和结晶度逐渐降低;辐照交联主要发生在非晶区,辐照降解造成晶区边缘损伤,晶区非晶化;WAXD结果显示,辐照改性并未改变PLA的晶型,仅使结晶度降低。结论纤维引发聚乳酸生成横晶,辐照交联阻碍聚乳酸结晶,且随着辐照剂量的增加,阻碍作用越大;辐照交联没有改变聚乳酸的晶型。着重探讨了辐照技术对聚乳酸复合材料聚集态结构的影响,对辐照技术在高分子材料的理论研究和生产中具有一定借鉴价值。     

γ辐照对玻璃布/环氧树脂层压板压缩性能的影响

玻璃纤维/环氧树脂复合材料具有高绝缘性和高力学性能,常作为支撑材料用于高能物理和核物理试验,但其力学性能在辐照环境中将发生变化。根据玻璃纤维/环氧树脂复合材料在新一代北京正负电子对撞机(BEPCII)中的应用要求,研究了玻璃纤维/环氧树脂复合材料中的玻璃布/环氧树脂层压板γ辐照前后的压缩性能。研究表明:经20kGy的γ辐照后,玻璃布/环氧树脂层压板的压缩强度由辐照前的320.21 MPa下降为315.05 MPa,下降了1.61%;经200kGy的γ辐照后,玻璃布/环氧树脂层压板的压缩强度下降为312.30 MPa,下降了2.47%。利用扫描电镜对辐照前后的试件断口进行微观形貌观察,发现辐照对玻璃布没有明显影响,但使玻璃布与环氧树脂的结合度有所降低,环氧树脂的碎片化趋于明显,红外谱图显示环氧树脂在辐照后的降解反应强于交联反应。     

原位在线监测多因素协同对玻璃纤维/环氧树脂复合材料热老化性能的影响

针对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料作为火电烟囱内衬的服役老化问题,以玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料为研究对象,用正交试验法研究温度、偶联剂含量和热流老化时间等因素对GF/EP复合材料热损伤后的质量损失率、弯曲强度和剪切性能的影响。采用金相显微图像处理法测量计算GF/EP复合材料的孔隙率,使用自主设计并搭建的原位在线监测系统对GF/EP复合材料进行测试。结果表明,不同因素对GF/EP复合材料性能的影响程度不同。偶联剂含量的增加会有限改善GF/EP复合材料的质量损失率,而温度因素对复合材料弯曲强度的影响较大,复合材料本身存在的后固化行为会影响弯曲性能的变化趋势,随温度升高弯曲强度总体下降了11.8%。GF/EP复合材料的层间剪切强度与热老化时间密切相关,16 h相比8 h热流老化后的层间剪切强度均值提高了10.2%。      

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价EI

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

含孔玻璃纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层板的拉伸损伤行为与热暴露响应

采用试验和数值方法研究了含孔玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料-铝合金层板在不同热暴露温度下的拉伸剩余强度和损伤失效模式,揭示了层间损伤、纤维损伤及基体损伤的演化过程。结果表明:随着热暴露温度升高,含孔GF/EP复合材料-铝合金层板剩余强度不断下降,拉伸破坏呈现出明显的纤维断裂与层间分层混合失效模式。热暴露温度越高或开孔直径越大,GF/EP复合材料-铝合金层板的层间分层损伤区域越小。随着载荷的增大,沿加载方向的0°纤维和基体的损伤分别呈现出类似“漏斗”形和“花瓣”状的损伤演化形式,而层间损伤区域呈现出一对相对开孔对称的三角形损伤演化形式。基于GF/EP复合材料-铝合金层板的剩余强度和损伤失效模式的数值仿真与试验结果吻合较好。      

辐照对APMOC纤维结构与性能的影响

采用γ－射线辐照技术对ＡＰＭＯＣ纤维进行改性处理，结果表明，一定辐照条件下，ＡＰＭＯＣ纤维可发生辐照交联反应。其玻璃化转变温度、分解温度升高和束丝拉伸强度升高，并通过ＳＥＭ对其拉伸断口形貌进行了分析。     

玻璃纤维/环氧树脂复合材料热解特性研究

采用热重-差热分析仪研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在空气及氮气氛围下不同升温速率的热解特性规律。结果表明,在空气气氛下,热解分为两个阶段;氮气气氛下,热解只存在一个热分解阶段,与空气气氛相比热解初始分解温度较高,热解温度范围变窄,失重速率明显变大。在两种气氛下,玻璃纤维均不参与热解。随着升温速率的增加,热解反应各阶段的起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围大小都基本保持不变。氮气气氛下使用Kissinger法、FWO法和Starink法计算出玻璃纤维环氧树脂的平均表观活化能分别为106.42、123.09和119.48kJ/mol。复合材料活化能随转化率的增加而升高,表观活化能保持在一定数值范围内且数值相近,热解反应比较稳定,具有较低A值,表明其具有较强的热稳定性。     

γ辐照对纤维素纳米纤丝膜结构及性能的影响

目的 为了平衡60Coγ 射线辐照灭菌纤维素纳米纤丝(CNFs)膜的辐照剂量与薄膜性能之间的关系,探究60Coγ 射线辐照剂量对纤维素纳米纤丝(CNFs)膜结构和性能的影响,旨在得到对CNFs膜各项性能指标影响较小的辐照剂量.方法 以蔗渣浆板为原料,采用机械研磨法制备CNFs,采用浇筑法制备CNFs膜,用5～50 kGy的 γ 射线辐照CNFs膜,对膜的表面形貌、化学结构、结晶度、热稳定性、力学性能及阻隔性能等进行测定.结果 随着辐照剂量的增加,CNFs的纤丝状开始变得粗细不均,说明辐照致使CNFs发生了氧化降解;此外,经辐照处理的CNFs膜的拉伸强度下降,而弹性模量增强,当辐照剂量为5 kGy时,样品膜的拉伸强度仅仅降低了1.8％,而弹性模量增加了15.1％,此时CNFs膜的力学性能最优异;阻隔性实验结果表明,辐照对CNFs膜的阻隔性没有显著性影响,但经10 kGyγ 射线辐照处理的CNFs膜的氧气透过量和水蒸气透过量相较于未辐照处理的样品膜依次下降了约6.2％和4.1％,此时,样品膜阻隔性能最佳;此外,γ辐照会使CNFs膜的亲水性下降,结晶度增大,热稳定性降低.结论 适量的60Coγ 射线辐照可以使CNFs膜的刚性有一定程度的增加,且薄膜的其他各项性能受影响较小,60Coγ 射线辐照的CNFs膜在包装中具有一定的应用前景.     

环氧树脂/DOPS衍生物复合材料的阻燃性能及热降解行为

聚合物材料的阻燃性能与其热降解行为密切相关,研究热降解行为对理解其阻燃机理具有重要意义。在分析环氧树脂/DOPS衍生物(EP/MAH-DOPS)的阻燃性能和热稳定性的基础上,研究其热降解行为,并分析其残炭形貌,最后探讨其阻燃机理。实验结果表明：当阻燃剂含量为7.5%(质量分数)时,EP/MAH-DOPS的极限氧指数(LOI)值为29.3%,达到UL-94 V-0级,与纯EP相比,其热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了43.83%和7.43%;其初始分解温度(T_5%,333.81℃)低于纯EP(376.84℃),600℃的残炭量提高到22.12%。MAH-DOPS的加入促进了EP提前分解和成炭,从而进一步降低了EP的活化能。热重-红外(TG-FTIR)联用分析结果表明,阻燃剂MAH-DOPS主要通过热解产生磷氧自由基实现气相阻燃。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,EP/MAH-DOPS能够形成更加完整、致密的炭层。从阻燃机理看,阻燃剂MAH-DOPS通过自由基猝灭和成炭分别在气相和凝聚相发挥阻燃作用,但以气相阻燃为主。     

γ辐照对GFRP拉-拉疲劳性能的影响

玻璃纤维增强树脂基复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)由于其良好的电绝缘性和力学性能,被作为北京正负电子对撞机束流管支撑法兰的制作材料。北京电子对撞机运行时,将对束流管及其支撑法兰产生大量γ和中子辐射。研究发现,玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料长期处于γ辐射环境中,其力学性能会发生变迁。本文对由20kGy、100kGy、200kGy剂量γ辐照前后的GFRP试件进行拉-拉疲劳实验研究,发现γ辐照对低周疲劳阶段的疲劳寿命影响较为明显,而对于高周疲劳阶段疲劳寿命影响不大。基于Hwang和Han提出的假设,建立了拉-拉疲劳双参数疲劳寿命模型,并验证该疲劳寿命模型的准确性。利用扫描电镜对试件进行观察,发现辐照后环氧树脂基体出现碎片,环氧树脂与增强玻璃纤维的黏结界面受到破坏,但辐照对玻璃纤维影响程度较小。红外光谱图显示环氧树脂在辐照过程中降解反应较交联反应占优势。     

碳纤维γ射线辐照处理对其复合材料界面性能的影响

采用γ射线辐照方法对碳纤维（ＣＦ）进行改性,研究了辐照对ＣＦ增强复合材料层间剪切强度（ＩＬＳＳ）、ＣＦ复丝拉伸强度的影响,并使用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）、扭辫分析、微脱粘测试等分析方法,对ＣＦ的表面化学组成和复合材料界面粘合强度进行了表征。结果表明,辐照使ＣＦ表面与环氧涂层发生了化学反应,复合材料界面粘合强度提高,ＩＬＳＳ增大,ＣＦ本体拉伸强度未发生变化。     

γ辐照剂量和预压量对硅泡沫材料性能的影响

硅橡胶泡沫材料的减震吸能特性与其使用环境和使用状态密切相关,而目前有关辐照环境条件对材料性能的影响研究却很少。鉴此,本研究通过扫描电镜(SEM)观察和力学性能测试,研究了预压量和辐照剂量对硅橡胶泡沫材料性能的影响,并通过辐照前后材料应力-应变曲线中应力平台段宽度和平台应力大小的分析比较,进一步研究了辐照对材料减震吸能特性的影响及其作用机制。研究结果表明:辐照剂量为100kGy、预压量低于30%时硅橡胶泡沫材料性能和应力-应变曲线中应力平台段宽度的变化并不明显。而随着辐照剂量的增加,应力平台段的宽度逐渐减小,材料减震性能下降。从材料的宏观性能和微观结构来看,低辐照剂量下硅橡胶泡沫材料辐照损伤中交联效应占据优势,交联密度的增加使得材料硬度和强度的提高以及断裂伸长率的降低。而辐照剂量超过500kGy后,泡沫材料辐照损伤中降解效应占据优势,进而导致材料硬度和强度的降低以及断裂伸长率的提高。该研究为辐照前后材料性能评估提供了理论依据和手段。     

γ辐照及热退火对光热折变玻璃光学性能的影响

对光热折变(Photo-thermal-refractive, PTR)玻璃在总剂量分别为0.35、1、10及100 kGy的γ射线下辐照,并进行热退火处理,采用吸收光谱、光致发光光谱及EPR电子顺磁共振谱研究了光热折变玻璃在γ射线辐照下的辐照机理。研究结果表明,γ辐照后的PTR玻璃在可见波段的吸收主要由银原子Ag⁰、银分子簇Ag₂、银分子簇Ag₃、银纳米颗粒Ag_m⁰及非桥氧空穴中心H_C1及HC₂引起;在不同剂量γ射线辐照下,玻璃基质中的变价离子(Ag⁺、Ce³⁺)价态先发生变化,同时玻璃基质中的非桥氧键发生电离,形成了非桥氧空穴型缺陷中心HC₁、HC₂。进一步增加辐照剂量,产生了银的分子簇Ag₂和Ag₃;同时玻璃基质中非桥氧空穴中心HC₂的浓度增大,导致在639 nm附近的吸收增强...     

聚硅氧烷改性环氧树脂对玻璃纤维/酚醛复合材料高温残余强度的影响

ASTM 3059-18标准将高温残余力学性能纳入树脂基复合材料阻燃指标,突破了复合材料传统化学阻燃概念,标志着结构阻燃概念得到了设计方的重视。本文将自制的聚硅氧烷改性环氧树脂(EP-Si)与酚醛树脂(PF)共混,并辅以无机粉料和玻璃纤维增强体,通过力学性能、热失重(TGA)、锥形量热(CCT)和扫描电镜(SEM)等测试方法,研究了EP-Si和无机粉料对玻璃纤维/酚醛复合材料高温残余强度的影响。实验结果表明：当EP-Si用量为40wt%,复合材料的常温及高温残余弯曲强度分别为384.4 MPa、53.3 MPa,相比PF复合材料提高了78.7%、85.1%;辅以适当比例无机粉料,高温残余弯曲强度最高可达85.1 MPa,相比PF复合材料提升了195.5%。高温处理后含硅PF复合材料厚度膨胀而PF复合材料厚度收缩;含硅PF复合材料的热解残留率更高,表层氧化降解更快,但内层生成CO含量低于PF复合材料;含硅树脂基体的无机热解产物保护了内层树脂和纤维,原位热解无机产物分布更均匀、与无机粉料相容性好及可能存在的共烧结作用进一步隔离了氧气侵入,提高了结构完整性和高温残余强度。     

浸泡腐蚀对玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料弯曲性能的影响

制备了不同纤维质量分数的玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料。通过三点弯曲试验研究了纤维质量分数对复合泡沫材料力学性能的影响。将复合泡沫材料试件置于蒸馏水和海水中浸泡,研究了浸泡腐蚀对试件弯曲性能的影响,并结合扫描电镜照片分析其原因。研究表明:纤维质量分数越高,玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料的吸湿率越大,且在蒸馏水中的吸湿率较海水中的更大。试件的弯曲强度随纤维质量分数增加而增大,当纤维质量分数为10%时达到最大,比未添加纤维的试件增强了51%,之后则随纤维质量分数增加逐渐降低。浸泡腐蚀降低了试件的弯曲性能,其中海水浸泡后的试件弯曲性能最低。玻璃纤维-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料弯曲强度降低的直接原因是浸泡腐蚀使得部分玻璃微珠和玻璃纤维与环氧树脂基体间的界面层受到破坏。     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。