碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响

用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。      

碳纤维改性环氧树脂基复合材料的制备及性能研究

以环氧树脂E51为基础材料,碳纤维为增强材料,制备出了不同碳纤维掺杂量(0,3%,6%,9%(质量分数))的改性环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维掺杂量对环氧树脂基复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性和导热性能的影响。结果表明,适量碳纤维的掺杂提高了环氧树脂基复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能。随着碳纤维掺杂量的增加,改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均先增大后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均达到了最大值,分别为48.5 MPa, 1.86%,85.6 MPa和3.09 GPa。随着碳纤维掺杂量的增加,复合材料的分解温度和残留量先升高后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的分解温度和残留量达到最大,分别为453.7℃和4.9%。复合材料的导热系数随碳纤维掺杂量的增加而增大,当碳纤维的掺杂量<6%时,导热系数增长速率较快。综合分析可知,碳纤维的最佳掺杂量为6%。     

混杂比对碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响

利用层内混杂的方式制备碳/芳纶纤维混杂纬编双轴向多层衬纱织物,通过对材料进行拉伸、三点弯曲等实验研究该织物增强复合材料的力学性能及混杂比对其力学性能的影响。结果表明,按照一定的混杂比加入芳纶纤维后复合材料的拉伸性能提高,表现出积极的混杂效应。由于延伸性好的芳纶纤维的加入,使复合材料的拉伸断裂伸长率明显提高,材料破坏模式出现了完全脆性断裂模式(C12材料破坏形式)和“扫帚”形纤维断裂模式(C8A4,C6A6材料破坏形式)。此外,按照一定的混杂比加入芳纶纤维也有效改善了碳纤维增强复合材料的破坏韧性,碳/芳纶纤维混杂MBWK织物增强复合材料的弯曲强度和弯曲模量随混杂比的提高而呈下降趋势,当复合材料中芳纶含量从42%(体积分数,下同)(C6A6)到59.2%(C4A8)的变化过程中,弯曲强度和弯曲模量的降低率较高。0°试样在混杂比为59.2%(C4A8)时,弯曲挠度最大,达到7.49 mm,远高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料。所有90°混杂复合材料试样的弯曲挠度均高于纯芳纶纤维或纯碳纤维增强的复合材料,表现出积极的混杂效应。     

马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物和6K碳纤维混合填充对聚酰胺66性能的影响研究

以6K碳纤维作为主要增强材料,加入相容剂马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物(POE-g-MAH)制备聚酰胺66增强增韧复合材料,对复合材料的摩擦学性能和力学性能进行了表征。通过对比相容剂加入前后材料的摩擦系数、磨损体积以及摩擦界面温度来研究POE-g-MAH的加入对复合材料摩擦学性能的影响;另一方面,POE-g-MAH的加入改善了复合材料的力学性能(对比15%碳纤维情况下):未添加时材料的拉伸强度为47.88MPa,缺口冲击强度为7.47kJ/m2。添加后材料拉伸强度为94.80MPa,其缺口冲击强度可达到9.56kJ/m2。其拉伸强度提高了98%,缺口冲击强度提高了28%。     

苎麻布/聚丙烯复合材料的力学性能

利用聚丙烯及苎麻布作原料、马来酸酐接枝聚丙烯 (MAPP) 作界面增容剂, 采用模压工艺, 在175℃, 5、10、15及20 MPa四种压力下成型复合材料, 研究了MAPP质量分数、苎麻布质量分数及成型压力对复合材料力学性能的影响。复合材料的拉伸强度和弯曲强度在MAPP加入量为 3 %和 5 %时分别达最大值 46.72 MPa和 68. 43 MPa , 较无MAPP的复合材料的强度值分别提高 50. 95 %和 61. 81 %; 拉伸模量及弯曲模量因使用MAPP而增加, 但拉伸断裂伸长率却会下降。随着苎麻布质量分数增加, 复合材料拉伸强度、 拉伸模量、弯曲模量均逐渐增加; 苎麻布质量分数10 %、20 %的复合材料在较低的压力 (5、10 MPa) 下成型时 , 其拉伸强度和弯曲强度值相对更高, 当苎麻布质量分数超过20 %后, 成型压力对力学性能的影响无明显的规律。      

玻璃与碳纤维混杂增强复合材料3D打印与实验

本研究基于热塑性材料熔融沉积成型工艺,研制了双喷头连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构增材制造平台,制备了不同混杂比的纤维增强热塑性复合材料结构试件,分析了不同结构试件的弯曲力学性能与失效模式,探索了嵌入碳纤维智能层的混杂纤维增强热塑性复合材料的力阻行为。结果表明：比较纯热塑性材料结构件,玻璃纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了115.99%,碳纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了198.76%;玻璃纤维与碳纤维混杂增强复合材料结构件具有负弯曲强度混杂效应和正弯曲模量混杂效应。可根据碳纤维电阻相对变化率对混杂增强复合材料结构的应变与断裂破坏状态进行实时自感知。研究结果为连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构件的高质高效制造与智能化提供了新工艺与新思路。     

玄武岩增强硼酚醛树脂基复合材料工艺性能研究

利用正交试验方法,讨论冷却方式、成型压力、增强纤维百分含量、成型温度对玄武岩增强硼酚醛树脂基复合材料拉伸强度和弯曲强度的影响.结果表明:复合材料中增强纤维百分含量对其力学性能影响最大,成型压力增大有利于复合材料力学性能的改善,成型温度对基体材料的结构有较大影响,当成型温度较高时,复合材料具有较大的弯曲强度,延长冷却时间有利于复合材料力学性能的提高.     

玄武岩-碳纳米纤维增强聚合物复合材料的制备及力学性能研究

以玄武岩纤维(BF)和纳米碳纤维(CNF)为增强相制备了玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)复合材料和玄武岩-碳纳米纤维增强聚合物(BF-CNFRP)复合材料。利用万能试验机、扫描电子显微镜研究了复合材料的拉伸、弯曲、冲击等力学性能和断口形貌。结果表明,加入0.5%(质量分数)CNF的BF-CNFRP复合材料,在拉伸实验中具有更强的拉伸强度,拉伸强度增加了约20%;在弯曲试验中具有更好的残余抗折强度和弯曲性能,当温度高于50℃时,抗弯强度提高了13%～15%;在冲击试验中表现出更好的能量吸收和变形性能,抗冲击强度提高了8%～17%。对复合材料断裂界面进行SEM观察,探讨了BFRP和BF-CNFRP复合材料界面处的作用机理,为BF-CNFRP复合材料力学性能的提高提供了理论支持。     

碳纤维增强树脂基复合材料模拟海洋环境长期老化及失效行为

选取两种先进轻质复合材料:碳纤维增强酚醛树脂复合材料(CF/S-157)与碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/TDE-85),开展模拟海洋环境实验室盐雾老化、湿热老化和盐水浸泡环境长达9600 h加速试验.基于各种力学性能(拉伸强度、弯曲强度、压缩强度及层间剪切强度)开展材料老化行为规律研究,利用傅立叶变换衰减全反射红外...     

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。     

表面处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用空气氧化法和硝酸氧化法对碳纤维进行表面处理,研究了碳纤维(CF)增强热塑性聚酰亚胺(TPI)复合材料的力学性能。采用Boehm滴定方法测定了经过硝酸处理后CF表面酸性官能团数量。结果表明:CF表面酸性官能团的数量随着浓硝酸处理时间的增加而增加;浓硝酸处理效果比空气氧化好,当浓硝酸处理CF的时间为20 min时,CF/TPI复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高10 %和14 %,XPS表明此时CF表面活性官能团比未处理增加35.89 %。AFM表明,浓硝酸对CF表面刻蚀沟明显;SEM表明,CF与TPI基体之间形成良好的界面,CF起到了增强效果。      

氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热性能及微观形貌

采用湿法预浸技术和模压工艺制备了氧化石墨烯(GO)改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了 GO在室温干态及湿热处理后对CF/EP复合材料动态热力学性能和层间剪切性能的影响,并通过微观形貌分析了复合材料的改性机制.结果表明,当GO添加量分别为0.5％和0.8％时,GO-CF/EP复合材料的玻璃化转变温度(Tg...     

UHMWPE纤维增强LDPE复合材料的界面形态研究

为实现聚乙烯单聚合物复合材料(PE SPC)的嵌件注射成型,研究基体与增强体间的界面非常关键.本文采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强低密度聚乙烯(LDPE)基体,对纤维和基体进行了差示扫描量热仪测试,在偏光显微镜下模拟了基体与纤维的复合过程,研究不同因素对复合材料界面结晶形态的影响.根据DSC确定了UHMWPE和LDPE复合的温度范围在110.98~147.14℃;合适的温度和剪切作用都有利于界面横晶的产生,从而使基体和纤维产生更好的粘结,提高复合材料的力学性能;温度比剪切的影响更大,注射温度设置在125~135℃可在保证纤维与基体复合的情况下不破坏纤维的增强作用;纤维丝之间会相互影响界面结晶形态,部分界面有横晶产生,说明在实际注射成型过程中纤维束或纤维布的结构对基体渗透和界面形成有较大影响.     

Mechanical and thermal properties of carbon fiber/polypropylene composite filled with nano-clay

The effect of organoclay on the mechanical and thermal properties of woven carbon fiber (CF)/compatibilized polypropylene (PPc) composites is investigated. Polypropylene–organoclay hybrids nanocomposites were prepared using a maleic anhydride-modified PP oligomer (PP-g-MA) as a compatibilizer. Different weight percentages of Nanomer® I-30E nanoclay were dispersed in PP/PP-g-MA (PPc) using a melt mixing method. The PPc/organoclay nanocomposite was then used to manufacture plain woven CF/PPc nanocomposites using molding compression process. CF/PPc/organoclay composites were characterized by different techniques, namely; dynamic mechanical analysis (DMA), fracture toughness and scanning electron microscope. The results revealed that at filler content 3% of organoclay, initiation and propagation interlaminar fracture toughness in mode I were improved significantly by 64% and 67% respectively, which could be explained by SEM at given weight as well; SEM images showed that in front of the tip, fibers pull out during initiation delamination accounting for fracture toughness improvement. Dynamic mechanical analysis showed enhancement in thermomechanical properties. With addition 3 wt.% of organoclay, the glass transition temperature increased by about 6 °C compared to neat CF/PPc composite indicating better heat resistance with addition of organoclay.     

Enhanced mechanical properties of multiscale carbon fiber/epoxy composites by fiber surface treatment with graphene oxide/polyhedral oligomeric silsesquioxane

Graphene oxide (GO) and polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) grafted carbon fiber (CF) was demonstrated to reinforce the mechanical properties of fiber composites. Such a fiber composite was prepared by grafting POSS onto the CF surface using GO as the linkage. The presence of GO linkage and POSS could significantly enhance both the area and wettability of fiber surface, leading to an increase in the interfacial strength between fibers and resin. Compared with the desized CF composites, the grafted CF composites fabricated by compression molding method exhibited 53.05% enhancement in the interlaminar shear strength. The changed surface morphology, surface composition and surface energy were supposed to be related with the interfacial performance of unidirectional composites, as revealed by scanning electron microscopy, atomic force microscope, dynamic contact angle test and X-ray photoelectron microscopy charaterizations.     

Effects of hybrid carbon fillers of polymer composite bipolar plates on the performance of direct methanol fuel cells

The effects of carbon filler type on the properties and performance of composite bipolar plates fabricated by compression molding of carbon fillers such as graphite, carbon black (CB), multi-walled carbon nanotube (MWNT), carbon fiber (CF) and powder type epoxy have been investigated. The electrical conductivity and flexural properties of the composites are increased by increasing the content of fibrous conducting fillers, e.g. MWNT and CF. On the contrary, incorporation of particulate fillers such as CB and graphite plays a significant role in enhancing the electrical conductivity but has a negative effect on the flexural properties of the composites. The current–voltage curve of the fuel cell indicates that the performance of the fuel cell is improved upon selection of an optimum amount of carbon filler in the composite bipolar plates.     

超薄预浸料对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能的影响

为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能,采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法,将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板,分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明,随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm,CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小,厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm,导电性能提高了约5倍;随着温度升高,CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降,厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板;在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性,表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力,从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。      

氧化处理对MCMB为基体的C/C复合材料性能的影响

以自烧结性中间相沥青炭微球(MCMB)为基体,以沥青基磨碎炭纤维为增强体,采用简单的氧化处理、混合、热压成型、炭化等工艺一步制备C/C复合材料。研究了MCMB氧化处理深度对C/C复合材料的密度、失重、体积收缩率、弯曲强度及断面形态的影响。结果表明:C/C复合材料的密度和体积收缩率均较无炭纤维添加的炭块有所下降,当添加的炭纤维氧化程度足够深时,炭材料的抗弯强度得到明显提高;随着MCMB氧化时间的延长,C/C复合材料的断面逐渐变得平整;经250℃氧化60 min的MCMB与硝酸90℃氧化10h的炭纤维混合,热压成型后1000℃炭化1h得到的C/C复合材料的密度可达1.64 g/cm3,抗弯强度可达72.0 MPa。与现行的制备C/C复合材料的方法相比,本技术具有工艺简单、制备成本低廉等特点,是一种具有很大发展潜力的制备高性能C/C复合材料的新方法。      

In Vitro Characterizations of PLLA/β-TCP Porous Matrix Materials and RMSC-PLLA-β-TCP Composite Scaffolds

To develop a novel degradable poly (L-lactic acid)/β-tricalcium phosphate (PLLA/β-TCP) bioactive materials for bone tissueengineering, β-TCP powder was produced by a new wet process. Porous scaffolds were prepared by three steps, i.e. solventcasting, compression molding and leaching stage. Factors influencing the compressive strength and the degradation behaviorof the porous scaffold, e.g. weight fraction of pore forming agent-sodium chloride (NaCl), weight ratio of PLLA: β-TCP,the particle size of β-TCP and the porosity, were discussed in details. Rat marrow stromal cells (RMSC) were incorporatedinto the composite by tissue engineering approach. Biological and osteogenesis potential of the composite scaffold weredetermined with MTT assay, alkaline phosphatase (ALP) activity and bone osteocalcin (OCN) content evaluation. Resultsshow that PLLA/β-TCP bioactive porous scaffold has good mechanical and pore structure with adjustable compressive strengthneeded for surgery. RMSCs seeding on porous PLLA/     

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。