碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

纳米碳管/环氧树脂纳米复合材料的研究

采用熔融混合法合成了不同纳米碳管含量的纳米碳管/环氧树脂复合材料,测试了弯曲性能、冲击强度,并利用扫描电镜(TEM)对产物进行了表征,同时,针对纳米碳管对环氧树脂电学性能的影响做了初步研究。结果表明,当纳米碳管含量为0.05%时,纳米碳管/环氧树脂复合材料的冲击强度、弯曲强度最高,弯曲强度提高100%,弯曲模量提高41%,冲击强度提高4倍,纳米碳管在环氧树脂基体中呈单根分散,纳米碳管使环氧树脂的体积电阻下降,导电性增加。     

多壁碳纳米管/聚醚砜环氧树脂复合材料的制备及力学性能

环氧树脂具有优异的热性能及力学性能,但本身脆性较大。为制备低成本、高性能的环氧树脂体系,使用聚醚砜（PES）和多壁碳纳米管（MWCNT）对环氧树脂进行增韧,制备了不同PES含量的PES-环氧树脂共混物,讨论了PES含量对环氧树脂力学性能的影响;采用熔融法,并配合使用机械搅拌、高剪切分散和超声分散制备了MWCNT/PES-环氧树脂复合材料,测试了其拉伸性能及断裂韧性,用SEM观察了MWCNT在树脂中的分散状态以及拉伸试样的断口形貌。结果表明：MWCNT的加入能够提高PES-环氧树脂体系的综合力学性能,且当MWCNT含量为0.7wt%时,树脂体系的综合力学性能最好;低PES含量下,小于1.0wt%的MWCNT的加入使材料力学性能超过用20.0wt%PES改性的环氧树脂;PES与MWCNT对环氧树脂具有协同增韧作用。     

石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

通过对氧化石墨热膨胀还原并用超声分散制备了石墨烯,并对所得产物进行分析表征。用超声分散和模具浇注成型法制备了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。研究了石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了石墨烯对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着石墨烯含量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度及模量先增加后减小;当石墨烯的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值60.9MPa,比纯环氧树脂提高了16.88%;当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸模量达到最大值2833.3MPa,比纯环氧树脂提高了48.29%。     

多壁巴基纸/环氧复合材料拉伸性能的影响因素

采用抽滤法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)纸(又称巴基纸), 研究了巴基纸增强不同环氧基体复合材料(巴基纸复合材料)的拉伸性能及其断口形貌, 分析了MWCNT含量、 树脂基体拉伸性能以及巴基纸与树脂的界面黏附作用对复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MWCNT质量分数小于39.1%范围内, 增加碳纳米管含量, 可显著提高巴基纸/环氧复合材料的拉伸性能; 巴基纸/环氧复合材料的拉伸强度和模量与树脂基体的性能密切相关, 其拉伸破坏形式受基体的脆韧性影响显著; 相比较而言, 巴基纸与树脂间的黏附功对巴基纸/环氧复合材料拉伸性能的影响不明显。     

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。     

多壁碳纳米管/环氧树脂聚合物热电和力学性能实验研究EI

通过比较多壁碳纳米管在不同溶剂中的分散性,优选出(N,N-DMF)表面活性剂和甲醇的混合液,来超声分散碳纳米管,制备成碳纳米管增强的环氧树脂基聚合物.电学和摩擦性能测试表明,随碳纳米管含量的增加,复合材料的体积电阻率呈几何量级的降低,摩擦系数近线性降低.常温下力学性能测试表明,随着碳纳米管含量的增加,其弹性模量先增后降.在50℃时,对于碳纳米管含量≤1%(质量分数,下同)的复合材料,经历了可逆的粘弹性阶段后进入了塑性变形,且温度对复合材料的弹性模量和拉伸强度影响较大;而对于碳纳米管含量＞1%的复合材料,其力学性能反而发生退化.     

多壁碳纳米管/环氧树脂聚合物热电和力学性能实验研究

通过比较多壁碳纳米管在不同溶剂中的分散性,优选出(N,N-DMF)表面活性剂和甲醇的混合液,来超声分散碳纳米管,制备成碳纳米管增强的环氧树脂基聚合物.电学和摩擦性能测试表明,随碳纳米管含量的增加,复合材料的体积电阻率呈几何量级的降低,摩擦系数近线性降低.常温下力学性能测试表明,随着碳纳米管含量的增加,其弹性模量先增后降.在50℃时,对于碳纳米管含量≤1%(质量分数,下同)的复合材料,经历了可逆的粘弹性阶段后进入了塑性变形,且温度对复合材料的弹性模量和拉伸强度影响较大;而对于碳纳米管含量＞1%的复合材料,其力学性能反而发生退化.     

聚环状对苯二甲酸丁二醇酯/碳纳米管复合材料的制备及反应动力学研究

采用原位聚合法制得聚环状对苯二甲酸丁二醇酯/多壁碳纳米管(pCBT/MWCNT)纳米复合材料,研究了复合体系的流变行为。研究结果表明:酸化后的MWCNT变短,分散性能明显变好,在MWCNT酸化时间为3h,用量为0.5%条件下,制得的pCBT/MWCNT纳米复合材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲模量达到最大,分别为57.1MPa、1345.3MPa和2754.7MPa,弯曲强度达到93.3MPa,具有较好的力学性能。     

包裹氧化石墨烯的PMMA微球改性环氧树脂研究

自制聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球和氧化石墨烯(GO),将GO包裹在PMMA微球上,用包裹了GO的PMMA微球改性环氧树脂,包裹在PMMA微球上的GO更容易在环氧树脂中分散,能显著提高环氧树脂的导热性;利用包裹GO的PMMA微球制备的环氧树脂复合材料拉伸强度和拉伸模量在GO质量分数为0.5%时具有最大值,弯曲强度和弯曲模量随GO含量的增加而减小。     

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%。     

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流（AC）电场诱导法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度（黏度）等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明：MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^-12 S/cm增加到1.3×10^-8 S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。     

纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料的力学性能

为研究纳米改性对复合材料力学性能的影响,以纳米黏土改性环氧树脂与固化剂混合胶液为基体,以三维正交机织玻璃纤维织物为增强体,利用真空辅助树脂传递模压工艺（Vacuum assisted resin transfer molding,VARTM）,制备纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料。分别测试不同质量分数（1wt%、2wt%、3wt%、4wt%）纳米黏土改性复合材料沿0°和90°方向的弯曲和拉伸性能。结果表明:当纳米黏土质量分数为1wt%时,复合材料弯曲强度最大,沿0°和90°方向的弯曲强度分别增大了约7.21%和13.71%,弯曲模量分别增大了约5.69%和16.64%。当纳米黏土质量分数为3wt%时,复合材料拉伸强度最大,沿0°和90°方向的拉伸强度分别增大了约24.96%和27.93%,拉伸模量分别增加了约21.35%和13.26%。这是由于纳米黏土呈纳米尺度以片层状分散于环氧树脂中,增加了两相间的接触面积,提高纤维/树脂界面的结合力,进而增强了复合材料的力学性能。      

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。      

CIP/GF/CF/EP吸波复合材料的制备及力学性能

为制备兼具力学性能和电磁吸收性能的结构型吸波材料,采用真空辅助成型工艺设计制备一种以羰基铁粉(CIP)为吸收剂,玻璃纤维(GF)为透波层,碳纤维(CF)为反射层,环氧树脂(EP)为基体的吸波复合材料。研究了不同质量比CIP/EP对吸波复合材料力学性能和微波吸收性能的影响。通过FTIR和DSC分析可知CIP未与EP发生化学反应。SEM结果表明CIP能够在EP树脂基体中均匀分散,不趋向于纤维表面。力学测试分析结果显示:当CIP/EP质量比达到30%时,CIP/GF/CF/EP复合材料的力学性能最佳,拉伸强度为347.56MPa,拉伸模量为25.99GPa,较纯GF/CF/EP复合材料提升了4.3%和5.7%;弯曲强度为339.6MPa,弯曲模量为23.7GPa,较纯GF/CF/EP复合材料提升了18.2%和71.2%。矢量网络分析可知复合吸波板的吸波性能随CIP含量的增加而增加,且吸波损耗反射峰值朝低频段移动。     

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。     

木粉含量对木粉-淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

以杨木粉、玉米淀粉和聚乳酸(PLA)为原料,甘油为相容剂,利用熔融挤出法制备了木粉-淀粉/PLA复合材料。研究了木粉含量对复合材料界面相容性、热性能、力学性能、流变性能以及吸水率的影响。结果表明:随着木粉含量的增加,PLA与木粉之间的界面相容性下降,木粉-淀粉/PLA复合材料的热稳定性下降,储能模量、损耗模量和复数黏度逐渐增加;随着木粉含量的增加,木粉-淀粉/PLA复合材料的拉伸强度和弯曲强度呈现先增大后减小的趋势,当木粉含量为18wt%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度均达到最大值,最大值分别为40.65 MPa和60.91 MPa;随木粉含量的增加,复合材料的断裂伸长率由9.64%减小到5.97%,而吸水率由5.38%增大到13.43%。     

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

聚乙烯醇纤维增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究

以聚乳酸(PLA)和高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维为原料，通过熔融共混热压成型工艺制备了不同PVA纤维含量的PLA/PVA复合材料，研究了复合材料的相形态、玻璃化转变、结晶和熔融行为以及力学性能。结果表明：低含量的PVA纤维能均匀地分散在PLA基体中，当纤维质量分数达到20%时，纤维发生团聚。差示扫描量热仪测试结果表明PVA纤维在PLA结晶过程中起到了成核作用。随PVA纤维含量增加，PLA的结晶度增加。此外，动态力学行为表明PVA纤维含量的增加有助于提高复合材料储能模量和刚性。复合材料的拉伸和弯曲模量随PVA纤维含量的增加而增加，当PVA纤维质量分数为20%时，拉伸和弯曲模量达到最大，与纯PLA相比，复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高了43.5%和38.6%。但是，PVA纤维的加入并没有使复合材料的拉伸和弯曲强度得到较大改善。     

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%。