C/C多孔体对C/C-SiC复合材料制备及性能的影响

以准三维针刺碳纤维预制体,经化学气相渗透(CVI)法制备了4种密度的C/C多孔体,利用先驱体浸渍裂解法(PIP)制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体对C/C-SiC复合材料制备和最终性能的影响。结果表明:C/C多孔体密度越低,最终得到的C/C-SiC复合材料开孔隙率及SiC含量较高。SiC的存在使C/C-SiC材料具有较高的弯曲强度,纤维和基体界面也是影响弯曲强度的关键因素,其中密度为1.35g/cm3的C/C多孔体所制备的C/C-SiC复合材料纤维和基体之间形成较好的结合界面,其弯曲强度最大。同时,SiC含量增加可显著提高C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。     

C/SiC复合材料的制备及性能研究

本文对聚碳硅烷化学转化法制备碳纤维增强碳化硅复合材料的生产工艺进行了研究,探讨了工艺参数对材料性能的影响.研究结果表明,聚碳硅烷分子量是影响材料性能的重要参数,纤维和基体间热膨胀系数的不匹配可通过向基体内加少量二氧化锆进行改善.材料的力学和热学性能测试结果表明,C/SiC复合材料具有较好的综合性能,其断裂韧性比未增强的单一陶瓷提高较多.利用电镜分析了弯曲试样的断口形貌.     

石墨烯/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

以对苯二胺(PDA)和联苯四甲酸二酐(BPDA)为单体,合成了聚酰亚胺前驱体——聚酰胺酸溶液。采用溶液共混法将氧化石墨烯与聚酰胺酸复合,经制膜和热酰亚胺化反应制备了石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜。用红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的结构和形态进行了分析。发现被还原的氧化石墨烯已经充分剥离并均匀分散在聚酰亚胺基体中,且与基体树脂结合紧密。力学性能测试表明,石墨烯的加入明显改善了聚酰亚胺的拉伸强度,当石墨烯含量为2%时,复合材料的拉伸强度提高了53%。热失重分析发现,复合薄膜的热稳定性也得到明显改善,相对于纯的聚酰亚胺,添加2%石墨烯的复合材料其热降解温度提高了10℃。     

AlN-CNTs/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

为了研究氮化铝(AlN)和碳纳米管(CNTs)对聚酰亚胺(PI)的导热、热学、力学性能的协同效应,采用湿法球磨和热压成型法制备了AlN/PI和CNTs-AlN/PI复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料进行了物相分析和断面形貌表征,分别考察了AlN及其与CNTs协同对PI复合材料的导热、热学、力学性能的影响。结果表明,AlN和CNTs在PI基体中分散均匀且接触界面良好,AlN的加入可以显著地提高复合材料的导热性能,且对复合材料的热稳定性和力学性能有一定的提高;固定AlN的含量为10%,加入少量的CNTs可以提高复合材料的导热性能,但对复合材料的力学性能有一定的负面影响。     

聚酰亚胺气凝胶的制备及其性能研究

以3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)和4,4’-氨基二苯醚(ODA)为合成单体,1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAB)为交联剂,合成了聚酰亚胺溶胶,最后经CO2超临界干燥得到气凝胶。研究了溶胶配方对聚酰亚胺气凝胶密度、收缩率、孔结构、拉伸强度及热导率等性质的影响规律,制备得到低密度、小孔径、高比表面积、低热导率和较好柔韧性能的气凝胶。     

C/C 复合材料增强体结构对性能影响的研究

研究了四种C/C 复合材料增强体(1K 碳布、3K 碳布、1K 碳布+ 碳纸、1K 碳布+ 特殊碳毡) 结构对弯曲性能的影响。结果表明: 用这四种增强体制备的C/C 复合材料表现出明显的假塑性, 弯曲断口的宏观形貌呈“之”字形, 其总体力学性能良好, 但也具有较大差异。本文作者结合材料的微观形貌对这些特点的成因进行了分析。      

ZrB2/C复合材料的性能及微观结构研究

采用热压工艺制备了ZrB2／C复合材料，考察了ZrB2掺杂量对材料抗弯强度、热导率、电阻率的影响以及微观结构的变化．结果表明：随ZrB2含量增加，材料抗弯强度和热导率不断升高，在掺杂量为10％时，抗弯强度达到最大值131MPa，热导率达到161W／m．K的最大值，此后，抗弯强度和热导率随掺杂量增加而降低．然而，材料的电阻率随ZrB。含量的增加不断下降．微观结构分析表明，随着ZrB2掺杂量增加，材料的石墨化度和微晶尺寸增大，晶面层间距减小．材料的微观结构强烈地影响着材料的力学、导电、导热等宏观性能．     

热处理温度对高导热3D C/C复合材料性能的影响

通过化学气相渗透和前驱体浸渍裂解复合工艺对三向碳纤维织物进行致密化,获得密度为1.95 g/cm3的高导热3D C/C复合材料.利用SEM,XRD,导热系数测试,线膨胀系数测试和三点弯曲实验,研究2350,2550,2850℃不同热处理温度对3D C/C复合材料微观形貌、结构、导热系数、线膨胀系数和弯曲性能的影响.结果表明:随着热处理温度的升高,中间相沥青基碳纤维石墨片层结构更加明显,均匀包裹在碳纤维周围的热解碳片层排列的有序度提高,且片层之间排列更加致密;3D C/C复合材料的石墨化度和导热系数提高;在测试温度250～1400℃区间,线膨胀系数随着测试温度的升高略微增大,不同热处理温度后的3D C/C复合材料线膨胀系数均在-1×10-6～2×10-6℃-1,表现出良好的"零膨胀性".此外,当热处理温度升高,3D C/C复合材料的碳纤维与基体的结合减弱,导致材料的弯曲强度和弯曲模量降低,2850℃高温热处理后的材料弯曲断裂面出现大量长纤维拔出,总体来说,3种不同热处理温度后的断裂均表现出"假塑性"断裂特征.     

高强高模聚酰亚胺纤维/改性氰酸酯树脂复合材料制备及性能

以4,5-环氧己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯（TDE-85）、苯基缩水甘油醚（PGE）、壬基酚（NP）作为改性剂改性双酚A氰酸酯（BCE）得到改性氰酸酯树脂（TPNCE）,通过湿法缠绕制备预浸料,并采用热压罐成型工艺制备S30M型高强高模聚酰亚胺纤维/TPNCE（PI/TPNCE）复合材料,对TPNCE树脂及PI/TPNCE复合材料的介电、力学等性能进行了分析。结果表明,TPNCE树脂冲击强度达到14.2 kJ/m2,比BCE提高近一倍,固化温度下降了约43℃,与PI纤维界面结合较好,且保持较低的介电常数和介电损耗;PI/TPNCE复合材料0°拉伸强度达到1 485 MPa,弯曲强度达到758 MPa,压缩强度达到322 MPa,7~18 GHz范围内介电常数保持在3.15左右,介电损耗因子在0.005~0.0075之间,玻璃化转变温度为197℃,密度为1.28 g/cm3。本研究实现了高强高模PI纤维与氰酸酯树脂复合的重要突破,为轻质高强结构-功能一体化复合材料的设计和选材提供了新思路。      

石墨和炭纤维分别改性热塑性聚酰亚胺复合材料的导热行为

采用石墨、 炭纤维填充改善热塑性聚酰亚胺(TPI)材料的导热性能, 研究了填料物性对材料力学性能和导热行为的影响。在此基础上, 用Nielsen理论模型和有限元方法模拟了复合材料的导热行为, 进一步探讨了填料形状对材料导热系数的影响。研究表明: 炭纤维、 石墨填充TPI均能提高复合材料的导热性能; 用Nielsen理论模型预测石墨、 炭纤维填充TPI材料导热系数与实验值存在一定偏差; 采用有限元法模拟二维复合材料稳态导热行为, 能有效地预测复合材料的导热系数。基于材料内部热流分布模拟分析发现, 填料自身导热性能对复合材料导热行为的影响不明显; 与圆形填料相比, 方形填料改善材料导热性能效果显著。      

短切石英纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

采用湿法混合工艺制备了短切石英纤维增强的PMR 型聚酰亚胺复合材料模塑粉, 使用热模压一次成型技术制备了聚酰亚胺树脂基复合材料, 对复合材料的性能进行了系统研究。研究结果表明: 短切石英纤维增强的复合材料具有优异的热性能和良好的力学性能, 纤维含量对复合材料玻璃化转变温度和热失重温度影响不大,对材料的力学性能影响显著。复合材料具有优异的介电性能, 在1 kHz～18 GHz 宽频范围内具有稳定的介电常数和介电损耗。      

Properties of new polyimide foams and polyimide foam filled honeycomb composites

New polyimide foams and polyimide foam filled honeycombs are currently being developed at NASA, its licensee Sordal Inc. (USA) and Newmet (UK) under the trade name Solrex®. These materials are foreseen for Space, Aerospace, Maritime & Medicine applications. In this paper selected properties of these new materials with different densities are described. The investigated key properties are compression strength, thermal conductivity and moisture gain. The dependence of these properties on density, temperature and thermal cycling is discussed. Limits of the used characterisation methods are discussed. Possible applications are defined.     

原位氨基化氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料的制备及性能

以1,4-双（4-氨基-2-三氟甲基苯氧基）苯（6FAPB）和3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐（ODPA）为合成聚酰亚胺（PI）的单体,首先采用原位氨基化方法使氧化石墨烯（GO）与6FAPB反应转变为原位氨基化GO,再与ODPA和剩余的6FAPB发生聚合反应得到原位氨基化GO/聚酰胺酸（PAA）溶液。涂膜后,经热酰亚胺化制备出GO质量分数分别为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt%的原位氨基化GO/PI复合材料膜。利用FTIR、XPS、XRD、UV-vis、TGA、TMA、SEM、拉伸性能测试及接触角测试对原位氨基化GO/PI复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,原位氨基化使GO以化学键与PI大分子链连接,有利于GO在复合材料基体中的稳定和均匀分散。XRD结果表明,所得到的原位氨基化GO/PI复合材料膜均为无定型结构。随GO质量分数增加,原位氨基化GO/PI复合材料薄膜的光学透明性急剧降低,但力学性能和热稳定性有一定提高。当GO的质量分数为1.0wt%时,原位氨基化GO/PI复合材料的拉伸强度由64 MPa增加到83 MPa,杨氏模量由1.67 GPa提高到2.10 GPa,10%热失重温度由593℃增加到597℃,玻璃化转变温度变化不大。由于热酰亚胺化后GO表面的大部分含氧官能团消失,原位氨基化GO/PI复合材料膜的吸水率由0.86%降低至0.58%,水接触角由72.5°增加到77.8°。     

碳纳米管／聚酰亚胺功能复合材料的制备与性能研究

以超声分散塬位聚合的方法制备出不同碳纳米管含量的碳纳米管，聚酰亚胺功能复合材料膜。通过对复合材料膜的拉伸性能、电性能、热性能和结晶行为进行表征，得到的实验结果表明：一定量碳纳米管的加入可对聚酰亚胺薄膜同时起到增强和增韧的作用，并降但对瓦的影响不明显。随碳纳米管含量增加，聚酰亚胺薄膜的表面电阻率和体积电阻率都有明显降低，并存在一个阈值；碳纳米管可起到结晶戍核剂的作用。     

镀Ti金刚石/Al复合材料的热性能

通过盐浴镀方法实现金刚石表面镀Ti,并采用模压铸造方法制备镀Ti金刚石/Al复合材料。研究镀层对复合材料微观结构和热性能的影响。结果表明金刚石表面镀Ti改善了复合材料的界面结合,降低界面热阻,从而提高了复合材料的热性能,包括降低热膨胀系数,提高复合材料的热导率。采用850℃盐浴镀Ti,镀覆时间180min得到的镀Ti金刚石/Al复合材料热导率高达488W/(m.K),在温度范围50～300℃之间,其平均热膨胀系数为9×10-6/K。     

Electrical and thermal properties of polyimide/silica nanocomposite

The electrical and thermal properties of thin films of polyimide/silica nanocomposites prepared via sol–gel process were studied as a function of nanosilica particles content, temperature and applied field frequency. It was found that the dielectric constant and dielectric loss of the nanocomposites decrease with both the frequency and the nanosilica content, while increase with temperature. The AC-conductivity measured in frequency range 200?kHz–1.5?MHz decreases with the filler concentration and increases with increasing temperature. For the (25?wt%) nanocomposite, it was found that the AC-conductivity increases with temperature, and the Cole–Cole plots showed that the calculated activation energy and relaxation time decrease with temperature. The observed thermal conductivity increases gently with temperature. The empirical universal law was used to fit the observed electrical data under the measuring conditions.     

3D针刺C/SiC-TaC复合材料的热膨胀性能

采用液相加压浸渗法将TaC渗入到三维针刺毡中, 并结合反应熔体渗透法(RMI)制得C/SiC-TaC复合材料。采用热膨胀仪测量了热处理前后复合材料从室温到1400 ℃温度范围内的热膨胀系数(CTE), 发现C/SiC-TaC的CTE数值较C/SiC的高。从材料内部热应力的变化、 制备方法及添加物和基体的性能方面定性地分析了CTE的变化机制。研究表明, C/SiC-TaC复合材料的膨胀性能在各个温度段的变化机制不同, 低温段(1100 ℃以下)CTE的不断上升主要由90°无纬布、 TaC和SiC基体贡献, 该阶段的起伏波动主要由复合材料的结构应力和孔隙分布不均及残余Si产生; 高温段(1100 ℃以上)的热膨胀性能主要由0°无纬布和界面热应力决定。热处理降低了复合材料在1100 ℃以下的CTE, 也改变了高温段的变化规律。