Plasma Modifications to the Interface in Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Matrices

Radio frequency glow discharge oxygen plasma was used to modify the surfaces of PAN-based and mesophase pitch-based carbon fibers. Surface chemical changes to the fibers were monitored by X-ray photoelectron spectroscopy and by fiber wetting studies evaluated in terms of dispersive-polar components of surface energy and acid-base contribution to the work of adhesion. Physical changes to these fibers were monitored by scanning electron microscopy. Stress transferability of these fibers was evaluated by the embedded single fiber test in poly(methyl methacrylate), poly(ethyl methacrylate), poly(methacrylonitrile) and poly(vinyl chloride) as these matrices offered varying degrees of dispersive-polar and acid-base character. Experimentally determined critical aspect ratios were compared to the theoretical work of adhesion determined by dispersive-polar interactions and with the Lewis acid-base nature of the matrices.     

Plasma Modifications to the Interface in Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Matrices

Radio frequency glow discharge oxygen plasma was used to modify the surfaces of PAN-based and mesophase pitch-based carbon fibers. Surface chemical changes to the fibers were monitored by X-ray photoelectron spectroscopy and by fiber wetting studies evaluated in terms of dispersive-polar components of surface energy and acid-base contribution to the work of adhesion. Physical changes to these fibers were monitored by scanning electron microscopy. Stress transferability of these fibers was evaluated by the embedded single fiber test in poly(methyl methacrylate), poly(ethyl methacrylate), poly(methacrylonitrile) and poly(vinyl chloride) as these matrices offered varying degrees of dispersive-polar and acid-base character. Experimentally determined critical aspect ratios were compared to the theoretical work of adhesion determined by dispersive-polar interactions and with the Lewis acid-base nature of the matrices.     

碳纤维增强聚合物水泥注浆材料力学性能及其微观机理

针对松散破碎巷道控制问题,普通水泥注浆存在诸多缺陷,且水泥颗粒不能注入半径小于0.2 mm的孔隙或者裂隙中。本文采用碳纤维、聚合物以及超细水泥制备试块,通过单轴压缩试验及巴西劈裂试验确定注浆材料的最佳配合比。试验结果表明,当碳纤维掺量为水泥掺量的1.0%(质量分数)时,水泥砂浆试块性能最佳。采用电子扫描显微镜(SEM)确定试块微观结构,结合聚合物成膜的Ohama模型和Konietzko模型,分析其微观结构形成过程及碳纤维失效模式,揭示碳纤维增强聚合物水泥注浆材料微观增强机理。本文为降低深部破碎煤岩巷道维护成本,实现深部开采可持续发展提供了技术支撑。     

碳纤维增强材料新应用

航空用Tenax(R)碳纤维增强塑料 大多数航空结构历来是用热固性碳纤维预浸料制造,即用热固性树脂浸渍的碳纤维单向带或织物.而预浸料现用的航空级环氧树脂体系在使用前需要在低温(-18℃)下储存和运输.为了降低制品成本,提高生产率和控制对环境的影响,必须寻找新的材料和制造工艺.碳纤维增强热塑性塑料(CFRTP)就是一种能够省去热压罐投资,减少制造时间并可以在室温下储存的解决方案.为此,总部位于日本的碳纤维制造商东邦特耐克丝公司多年来积极研发这种复合材料.     

多尺度纤维增强水泥基材料的研究进展

随着现代工程技术的不断进步,超高层、超深井、大跨度等复杂恶劣环境对水泥基材料提出了更高的要求,鉴于水泥基材料是一种具有多尺度结构特征的复合材料,因此使用多尺度纤维是增强水泥基材料性能的有效途径.本文在综述国内外水泥基材料多尺度特征研究进展的基础上,介绍了水泥基材料的多尺度模型发展概况,指出了目前的研究中各个尺度模型之间的联系不够紧密的不足;总结了水泥基材料内部裂纹由微观至宏观的多尺度扩展、破坏过程;论述了单一纤维和多尺度纤维增强水泥基材料的研究现状,提出了目前应加强对多尺度纤维的增强机理的研究、开发性价比更高的纤维体系等建议.最后对多尺度纤维增强水泥基材料的研究方向进行了展望.     

长纤维增强聚丙烯制备过程中纤维的断裂和分散

在长纤维增强热塑性塑料在线配混技术基础上,研究了长纤维在深螺槽挤出过程中断裂和分散的情况。研究发现,随着纤维含量的增加,基体黏度的增大,纤维直径的减小,纤维长度和分散度逐渐下降。随着螺杆转速的提高,加料速率的减小,螺槽深度的变浅,纤维断裂严重,而纤维分散度得以改善。纤维在挤出过程中发生随机断裂,设备-纤维之间的相互作用是纤维断裂的主要因素。     

尼龙纤维增强水泥砂浆性能的试验研究

本文分析了尼龙纤维的不同体积掺量(0.05％,0.1％,0.2％,0.3％)及不同纤维长度(6 mm,12 mm,15 mm,19 mm)对水泥砂浆的抗折强度、抗压强度、韧性(折压比)及干缩性能的影响.结果表明,尼龙纤维的掺入能有效提高砂浆的抗折强度、折压比及降低同龄期下的自由干缩率,但抗压强度变化不很明显,甚至有一定程度的降低.     

Carbon Fiber Reinforced CMC for High-Performance Structures

The demands in space technology originally played the decisive role in the development of carbon fiber reinforced ceramic matrix composites (CMC). Within the last few years, the properties and the manufacturing methods were consistently improved, so that now the industry in general can share in the profits of this new class of composite materials. The liquid silicon infiltration (LSI) process is regarded as one of the most promising processes for industrial products, especially if the aspect of cost is considered. An overview of the design, manufacture, properties, and applications of C/C-SiC ceramics, produced with the LSI process, is given in this paper.     

碳纤维增强液晶高聚物复合材料的研究

研究了碳纤维(CF)增强热致性液晶聚合物(TLCP)制备高性能复合材料;探讨了不同纤维含量、不同纤维类型对复合材料力学性能、微观结构的影响;扫描电镜(SEM)结果证实了液晶聚合物在加工过程中自取向,形成了微纤结构,具有自增强作用,使复合材料表现出非常高的力学性能。     

混凝土与碳纤维混凝土材料的电阻率变化研究

制备了素混凝土及纤维含量不同的碳纤维混凝土材料,并对其在循环电压加载下的电阻率进行了测试。分析表明,电场对材料的电阻率有很大的影响,随着电压加/卸载循环次数的增加,素混凝土的电阻率逐渐升高,直至内部的水化再次达到平衡时,电阻率保持不变;在同一次循环中,卸载时的电阻率高于加载时的电阻率。加入碳纤维后,混凝土的电阻率变化幅度变小,电场对电阻率的影响变弱,并且阐述了引起这种变化的原因。     

玻璃纤维增强碱式硫酸镁水泥耐久性研究

为探寻玻璃纤维增强碱式硫酸镁水泥的耐久性,本文研究了纤维铺设位置以及矿物掺合料对其在加速老化试验条件下弯曲强度的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)技术手段,分析了经历7 d加速老化试验后不同情况下水泥基体与玻璃纤维的粘结情况以及玻璃纤维的侵蚀情况.结果表明,纤维铺设于底部的试样强度要高于纤维铺设于中部的试件,老化7d后前者强度仍略高于后者.对比未掺矿物掺合料的试样,矿物掺合料的掺入可以显著改善材料的耐久性.其中,掺入矿渣的试样气硬条件下强度虽高,但加速老化后强度保留率较低,老化7d时仅为51.33％;而掺入硅灰的试样加速老化后强度损失较低,耐久性良好.经过7 d的加速老化后,掺入硅灰的水泥基体与玻璃纤维仍牢牢的粘结在一起,掺入矿渣的水泥基体与纤维的粘结较差,而未掺矿物掺合料的水泥基体已几乎完全失去与纤维的粘结.无论是否掺加矿物掺合料,当加速老化试验进行到7d时,纤维表面均未有受到侵蚀的迹象.     

炭黑在沥青基短切碳纤维补强天然橡胶中的作用

研究炭黑及沥青基短切碳纤维表面臭氧改性对碳纤维填充天然橡胶(NR)硫化胶物理性能的影响。结果表明:臭氧改性后,碳纤维的涂覆层基本去除且表面粗糙度明显增加;碳纤维/NR复合材料拉伸断面中碳纤维表面光滑且与NR发生明显脱粘,复合材料物理性能较低;填充30份炭黑N330后,碳纤维/NR复合材料物理性能显著提高,炭黑/短纤维/NR复合材料和炭黑/臭氧改性碳纤维/NR复合材料的拉伸强度分别达到18.6和26.9 MPa,较碳纤维单独填充时分别提高了431%和627%;碳纤维与炭黑具有类似的微观结构,炭黑在碳纤维补强NR时起到桥梁作用,从而大大增强了两者间的界面强度。     

钢纤维增强水泥基复合材料增韧机理研究

钢纤维可有效阻碍水泥基材料中微裂缝的产生和发展,提高其抗裂能力。基于Eshebly等效夹杂理论和最大周向应力准则,获得了平面应力条件下无限大薄板中裂缝与钢纤维相互作用的应力强度因子(SIF)解,推导了掺入纤维后的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂裂缝尖端最大应力表达式。根据掺入钢纤维前后裂缝尖端最大应力比,分析了钢纤维方向、位置和弹性模量对增韧效果的影响。结果表明,钢纤维通过改变裂缝尖端应变场,影响应力强度因子,从而降低尖端最大应力。当钢纤维方向与裂缝方向垂直时,裂缝尖端最大应力比最小,定向后钢纤维的增韧效果最明显。钢纤维的增韧效果主要受纤维方向影响,而受纤维弹性模量的影响小。     

中国纤维增强水泥复合材料的新进展

20世纪的40多年间石棉水泥(AC)是中国唯一的FRC品种.近20年来先后研发成功多种非石棉的纤维强水泥(FRC),主要有抗碱玻璃纤维增强低碱度水泥(GRLC)、维纶纤维增强水泥(vRC)、纤维素纤维增强硅酸钙以及高压挤制FRC条板等.这些新型FRC制品不仅在材性上与AC制品相近甚或优于AC制品,而且应用范围正在日益扩大.     

纤维增强材料对菱镁水泥制品的影响

近几年,以菱镁水泥为主材的制品得到越来越多的应用,而菱镁水泥硬化体是一种气硬性脆性材料,有耐冲击性能差等缺点。本文通过制品中添加纤维来增强材料强度,试验发现,短切玻璃纤维和长切玻璃纤维共同复合能够对菱镁制品的抗折强度和抗压强度较大提高。     

提高碳纤维分散性及碳纤维纸强度的研究

研究了碳纤维长度、分散剂种类、分散质量分数对碳纤维在水中分散性能的影响及添加粘合纤维提高碳纤维纸强度的方法。结果表明:添加分散剂能有效改善碳纤维的分散性,以APAM和PU分散剂复配使用为最佳;碳纤维越长或分散质量分数越高越难分散,适宜的碳纤维长度为2～6 mm;用木浆或热熔纤维作粘合纤维能有效提高碳纤维纸的强度。     

炭纤维增强中间相炭微球制备炭/炭复合材料

以中间相炭微球为炭源,沥青基磨切炭纤维为同质增强相,采用冷模压成型和气氛低温烧结制备出高性能炭/炭复合材料。研究了炭纤维表面处理对界面结合强度的作用机制和改善效果,分析了不同球磨时间下原始粉料的微观形貌。结果表明：炭纤维的添加有利于坯体各向均匀收缩,降低了总体积收缩率,使得复合材料密度下降;同时大幅度提升了复合材料的机械强度;添加10%（质量分数）炭纤维时弯曲强度最高,达到123.5MPa。     

碳纤维增强BT-HA复合材料的制备与性能

目前,人工骨由于力学性能不佳在应用上受到极大的限制,因此,如何在保证人工骨具有压电性能和生物性能的前提下提高其力学性能成为了研究热点。本文以钛酸钡-羟基磷灰石(BT-HA)复合材料为基体,质量分数为5%的碳纤维(C_f)作为增强体,利用传统固相烧结法制备了C_f/BT-HA复合材料,目的是在保证电学性能不变的前提下提高复合材料的力学性能。结果表明,BT-HA复合材料中加入C_f后,电学性能基本保持不变,力学性能得到了很大的提升。样品具有较好的铁电性,压电常数d₃₃为37 pC/N,居里温度为170 ℃,高于人工骨的使用温度。抗弯强度达到121.7 MPa,硬度达到3.56 GPa,均增大到未加C_f样品的3倍,断裂韧性增加了1倍,达到1.21 MPa·m^1/2。C_f/BT-HA复合材料没有细胞毒性且骨诱导性良好,有望应用于骨替代材料领域。     

连续纤维增强PEEK预浸带制备中的纤维分散

熔融浸渍工艺制备连续纤维增强PEEK预浸带 ,要求纤维束必须预分散以获得浸渍效果较好的预浸带。本文利用纤维分散装置使纤维分散 ,发现纤维束的总包覆角为 2 70°、纤维张力为 2 5N时 ,纤维可被较好地分散 ;过高的总包覆角和纤维张力容易使纤维磨损程度加剧。