单根沥青基炭纤维热导率的温度特性研究

采用"T"形法测量了温度100K～400K范围内单根沥青基炭纤维的热导率.结果表明,在300K以下,由于边界散射的影响,炭纤维热导率随着温度升高而增大,350K左右渐趋于饱和,对应热导率约为800W/(in·K),400K附近热导率又增大至920W/(in·K).在不改变接触点的前提下,通过测量同一根纤维小同长度对应的热导率,估计了炭纤维与热线节点处的接触热阻,并讨论了不同温度下辐射对热导率测量的影响,最后得到热导率的测量不确定度在±13%以内.     

静电纺PVDF亚微米纤维的直径调控与热辐射性能

采用静电纺丝技术,通过调节电压、供液速率和电场间距3个工艺参数,制备出的4组直径1μm的电纺PVDF亚微米纤维,实验表征和测试了纤维的微观形貌和热辐射性能。结果表明,4组纤维中平均直径的最小为449nm,且直径分布较窄;在常温300K温度下,当纤维直径从499nm增大到774.8nm时,PVDF纤维膜的辐射热导率从0.095×10-3 W/(m·K)降低至0.037×10-3 W/(m·K),研究结果可用于改善PVDF纤维膜的保温性能优化。     

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

一种碳纤维预浸料维修补片的固化工艺与性能

碳纤维预浸料作为外场胶结维修补片的主要材料，其固化工艺将直接影响补片的微观结构和力学性能。针对一种碳纤维预浸料进行差示扫描量热测试，研究预浸料的固化反应特征温度和固化动力学参数，并对不同固化工艺的维修补片进行微观形貌分析和拉伸性能测试。结果表明，不同固化保温时间得到的试样样条拉伸性能有明显差别，且拉伸强度和弹性模量随固化保温时间的增加而增大，充分的固化使得试件性能变得更为均匀，但拉伸破坏应变保持不变。保温时间越长，随着固化度的增加，树脂和碳纤结合地更加良好，因此复合材料的拉伸性能更好。该碳纤维预浸料在温度436.4K条件下固化，并保温120min制作的维修补片具有最佳拉伸力学性能。     

压力浸渗制备石墨/铝复合材料及其热学性能

采用压力浸渗法制备了石墨/铝复合材料,研究了不同体积分数鳞片石墨对复合材料热学性能和组织的影响。结果表明,加入石墨片明显提高复合材料水平热导率,同时降低复合材料热膨胀系数和密度。当复合材料中石墨体积分数从23.9%增加到73.4%,复合材料水平热导率从234 W/(m·K)提高到402 W/(m·K),同时热膨胀系数降低至5×10-6/K,兼顾高热导率和低热膨胀系数的特点。     

碳纤维表面涂层对碳纤维增强锂铝硅玻璃陶瓷复合材料热导率的影响

通过溶胶浸渍的方法在碳纤维表面涂覆锂硅溶胶,在高温热处理后,在碳纤维表面形成了二阶和四阶石墨插层化合物。采用涂层处理后碳纤维制备碳纤维增强锂铝硅(Cf/LAS)玻璃陶瓷复合材料。结果表明,碳纤维表面石墨插层化合物的形成,显著提高了Cf/LAS复合材料的热传导能力,提高热压烧结温度有利于热导率的提高。碳纤维表面无涂层处理的Cf/LAS复合材料的热导率在1.1~1.3W/(m·K)之间,碳纤维表面经过涂层处理后,Cf/LAS复合材料的热导率从1.3W/(m·K)提高到2.2W/(m·K),提高了70%。     

亚微米纤维多孔材料热辐射性能的实验与理论

采用静电纺丝技术制备出几种不同直径的亚微米纤维多孔材料(纤维直径分别为0.52μm,0.63μm和0.65μm),通过傅里叶变换红外光谱测试了各材料的红外透过率;根据实验测试数据,基于Mie散射理论、Subtractive Kramers-Kronig(SKK)关系式和Beer定律,计算了亚微米纤维多孔材料的复折射率和辐射热导率,研究了纤维直径对材料衰减系数和辐射热导率的影响,并以最小辐射热导率为目标对纤维直径进行了优化。结果表明,在300K温度下,对于纤维体积分数为0.03的多孔材料,直径为2.0μm时辐射热导率最小(0.292 m W/(m·K)),较0.52~0.65μm(实验条件)的辐射热导率降低了约25%。     

碳纤维织物增强铜基复合材料的显微结构及其热物理性能

采用无压浸渗法制备碳纤维织物增强铜基复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析显微结构和相组成,并测定热导率及热膨胀系数。研究结果表明:碳纤维在铜合金基体中分布均匀,润湿良好,微观组织无明显空洞缺陷。碳与铜两相之间形成ZrC层,随着Zr含量增加,复合材料的ZrC界面层厚度增大,热导率增加,热膨胀系数降低。当Zr的质量分数为25%,复合材料水平方向和垂直方向的热导率达到最高值分别为153和102W/m·K;当Zr的质量分数为30%,复合材料水平方向和垂直方向热膨胀系数达到最低值,分别为5.9×10~(-6)和13.1×10~(-6)/K。     

玻璃纤维的预处理及含量对硅质隔热材料性能的影响

以玻璃纤维、气相法白炭黑、TiO_2及结合剂为原料,采用干法成型工艺制备了玻璃纤维增强硅质隔热复合材料,系统研究了玻璃纤维预处理技术及其含量对材料导热性能及力学性能的影响,并且观察了其微观形貌。结果表明,纤维表面预处理可有效提高其在基体中的分散性,改善其与基体的界面粘结性;纤维最佳含量为20%;在200℃、500℃和900℃时其热导率分别仅为0.029W/(m·K)、0.033 W/(m·K)和0.043W/(m·K),耐压强度为1.38MPa;与未添加纤维的硅质隔热材料相比,热导率降低21%～28%,耐压强度提高了116%。     

一种碳纤维/环氧预浸料的微波固化特性及其层合板的微波固化工艺研究

采用差示扫描量热法(DSC)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)研究一种碳纤维/环氧预浸料在微波辐射下的固化特性,并对碳纤维/环氧预浸料层合板的微波固化-真空袋成型工艺中存在的真空袋易过热破损的问题进行研究。结果表明:与热固化相比,微波固化能够明显缩短固化时间,而且不会改变最终固化产物的分子结构;碳纤维/环氧预浸料的尺寸大小对其微波固化行为有一定的影响;通过控制微波功率,可以有效地解决在碳纤维/环氧复合材料微波固化过程中存在的真空袋过热破损的问题,且微波固化可获得固化时间控制在60min左右、固化度达95%以上的碳纤维/环氧复合材料层合板,微波固化时间比传统热固化(固化时间大于2h)缩短了一半以上。     

The thermal conductivity of glass-fibre and carbon-fibre/epoxy composites from 2 to 80 k

The thermal conductivity of one type of glass-fibre/epoxy and three types of carbon-fibre/epoxy composites has been measured from 2 to 80 K in directions parallel and perpendicular to the fibres for various volume concentrations of fibre. In the liquid helium region the conductivity of the carbon fibre composites is in general lower than that of epoxy alone. The conductivity of the fibres themselves has also been measured. The results on composites in the parallel direction are in good agreement with a volume average theory at all temperatures for glass, and above 10 K for carbon fibre, but below 10 K it would appear that account should be taken of the reduction in the phonon mean free path in the epoxy due to the presence of the fibres. In the perpendicular direction, allowance must be made for the acoustic mismatch between fibre and matrix and here the theory does not agree so well with the experimental results.     

热态流变对中间相基炭材料导热性能的影响

以中间相沥青为原料,在变径模具中通过热态高压流变剪切促进分子有序排列制备了中间相有序块体导热炭材料。采用XRD、SEM和偏光显微镜表征了流变收缩比(1∶1、2∶1、2.5∶1和3∶1)对中间相有序排列块体炭材料微观织构及导热性能的影响。结果表明:中间相沥青在高压流变剪切的作用下实现了中间相炭微球之间的融并和有序生长,最终形成了微观有序、类纤维结构特征的块体炭材料。流变收缩比的提高,促进了中间相炭微球之间的融并生长,从而有利于获得更为完美的石墨结构。流变剪切不仅促进了中间相炭微球之间的有序融并在轴向形成了类纤维组织结构,而且能够促进径向不同层面之间中间相炭微球有序融并所形成细棒状纤维结构,正是该结构的存在改善增加了样品的导热系数。当流变收缩比由1∶1增加到3∶1时,样品轴向导热系数由96.88 W/(m.K)增大至131.02 W/(m.K),径向导热系数由140.85 W/(m.K)增大至160.46 W/(m.K)。流变收缩比的提高缩小了样品两维方向上导热特性的差异。     

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。      

空心玻璃微球含量对环氧复合泡沫塑料性能的影响

以空心玻璃微球（HGM）填充环氧树脂制备了密度为0.56~0.91 g/cm3的HGM/环氧复合泡沫塑料。研究了HGM含量对复合泡沫塑料黏度、力学性能、动态力学性能及隔热性能的影响。结果表明:表面偶联处理后增加了HGM的表面亲油性,改善了其与基体树脂间的相容性和界面性能,有利于HGM/环氧复合泡沫塑料性能的提高;体系黏度与HGM含量呈正相关,与温度呈负相关;随着HGM含量的增加,HGM/环氧复合泡沫塑料的压缩强度、弯曲强度和拉伸强度均有一定程度的降低,但是比强度变化不大,材料得到很大程度的轻质化;HGM的引入使得HGM/环氧复合泡沫塑料玻璃化转变温度向低温方向偏移,储能模量呈现先减小后增加的趋势,导热系数由纯环氧树脂的0.203 W/（m·K）减小到HGM含量为40wt%时的0.126 W/（m·K）。HGM/环氧复合泡沫塑料阻尼性能和隔热性能均有所提高。      

利用稳态法测量聚合物薄膜纵向热导系数

在一维稳态热传导模型的基础上,设计了一套用于测量聚合物薄膜纵向热导系数的实验装置,并利用Comsol软件对该测量装置进行数值模拟并优化设计。同时利用本文设计的实验装置,测量得到了不同温度下聚酰亚胺(PI)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜以及混合纤维素酯(MCE)膜的热导系数。在35℃~60℃的温度范围内热导系数测量值分别维持在0.21 W/(m.K),0.26 W/(m.K),0.13 W/(m.K)左右,标准不确定度在9.5%以下。测量结果与参考值相符,验证了实验装置的测试精度。     

High temperature electrical and thermal properties of the bulk carbon nanotube prepared by SPS

Bulk multi-walled carbon nanotube was prepared by spark plasma sintering at 1700 °C under a pressure of 50 MPa in vacuum. The density of the bulk sample reaches 72% of the theoretical density of the carbon nanotube, 2 g/cm³. The high temperature thermal conductivity and electrical conductivity of the bulk material were measured in the directions perpendicular and parallel to the pressure direction. Both the thermal conductivity and electrical conductivity show apparent anisotropy. The thermoelectric power has close values in the two different directions and takes positive values in the whole measured temperature range (360–840 K).     

碳纤维/环氧树脂预浸带铺放应力场及制品微观结构的模拟与实验

碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料在铺放成型时,由于树脂基体与碳纤维之间的热膨胀系数存在差异以及成型时热-力参数作用下由于纤维的变形而导致纤维与基体接触处产生应力集中等原因,在制品材料中会产生热残余应力。针对碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的实际结构特点,利用ABAQUS有限元软件建立含有界面的碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的细观代表性体积单元(Representative volume element, RVE)有限元模型,采用实验研究和有限元仿真分析的方法,研究在温度-压力参数作用下预浸带铺放制品残余应力的分布规律及影响机理。首先,建立预浸带铺放时的温度和压力模型,研究不同温度和压力参数条件下碳纤维/环氧树脂预浸带铺放制品残余应力的分布情况。其次,采用耦合降温法模拟碳纤维/环氧树脂预浸带残余应力随纤维体积含量、铺放压力以及铺放温度的变化规律,并采用扫描电镜对不同工艺参数条件下预浸带铺放制品的微观结构进行分析。通过对模拟结果进行分析比较得到各因素对制品残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对预浸带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究。      

预浸料先进拉挤成型的固化传热过程数值模拟

对M21C碳纤维/环氧树脂复合材料预浸料在先进拉挤成型过程中的温度与固化度曲线进行了研究。使用DSC测得M21C预浸料在升温与恒温状态下的固化反应动力学方程,用于树脂固化反应的计算。基于有限元软件,结合有限差分法与体积控制法编写脚本解决热传导与树脂固化反应的计算,从而得到温度与固化度曲线,并在先进拉挤生产中测得实际的温度与固化度曲线,结果表明计算与实测曲线基本吻合,因此验证了算法的可行性。改变先进拉挤的工艺参数（加热温度区间、拉挤速度）再进行模拟计算,通过计算结果优化工艺参数,得到帽形梁先进拉挤三区间加热的理想工艺参数:模具加热温度区间为160-180-200℃;拉挤速度为1 cm/60 s。