碳纳米管及炭纤维协同强韧双马来酰亚胺树脂复合材料

采用氨基化碳纳米管(CNTs)强韧双马来酰亚胺树脂(BMI)基体树脂,制备碳纳米管/炭纤维(CNT/CF)协同增强BMI的三相复合材料。结果表明,乙二胺以共价键的形式接枝到了MWCNTs表面,MWCNTs-NH2表面的N元素质量分数达3.53%;质量分数为0.5%MWCNTs-NH2的三相复合材料的弯曲模量、弯曲强度及冲击强度分别为43.85 GPa、1 160.62 MPa和28.50 kJ/m2,与CF/BMI复合材料相比,分别提高了49.56%、17.41%和19.65%。     

碳纳米管功能化改性聚偏氟乙烯介电复合材料的结构及性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体材料,再分别以酸化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)和未酸化多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,通过熔融法制备了不同填料含量的MWCNTs-COOH/PVDF及MWCNTs/PVDF介电复合材料。分别采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉伸性能测试、电性能测试、差示扫描量热分析(DSC)等方法系统研究了填料含量和碳纳米管酸化前后对复合材料的热性能、力学性能和电性能的影响。XRD测试表明,填料MWCNTs-COOH和MWCNTs的加入促进了PVDF中β晶的生成。力学性能分析表明,MWCNTs-COOH和PVDF形成的界面结合力更强,复合材料的力学强度更高,当MWCNTs-COOH的质量分数为12%时,复合材料的拉伸强度可达64.6 MPa,较纯PVDF提高了24%。介电性能分析表明:未酸化的多壁碳纳米管更容易在PVDF基中构成局部导电网络,促进电子位移极化,提高复合材料的介电常数,并在MWCNTs的质量分数为12%时达到渗流阈值,介电常数达到了286,是纯PVDF的36倍。DSC测试表明,随着填料的增加,介电复合材料的结晶温度、熔融温度和结晶度都相较于纯PVDF得到了提高。     

快速固化碳纳米管/苎麻纤维/环氧树脂复合材料层板的制备与性能

针对植物纤维/树脂基复合材料高性能化问题,本研究以羟基化碳纳米管/无水乙醇分散液预先浸渍苎麻纤维织物,得到了碳纳米管分散均匀的碳纳米管/苎麻纤维多尺度复合织物,并进一步以快速固化环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备了碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂基复合材料层板(PRFC)。研究结果表明,相比未采用碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂复合材料(RFC),PRFC的弯曲强度提高14.7%,冲击强度提高20.9%。相比碳纳米管预先分散于环氧树脂基体中制备的碳纳米管改性苎麻纤维/环氧树脂复合材料(MRFC),PRFC的力学性能提高更显著。同时,PRFC的吸湿性能比MRFC和RFC的明显降低。     

碳纳米管表面改性对碳纳米管/尼龙66复合材料机械性能影响的研究

采用熔融共混法,在尼龙66基体中分别加入不同改性的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备MWCNTs/尼龙66复合材料。考察MWCNTs改性方法对MWCNTs结构,以及不同改性MWCNTs对复合材料形貌和机械性能的影响。研究发现:通过酸化-氨化过程,在MWCNTs表面引入了酰胺基团;FESEM显示,胺化碳纳米管(D-MWCNTs)分散均匀于尼龙66基体中;随着D-MWCNTs的引入,与纯尼龙66相比,D-MWCNTs/尼龙66复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别增加了12.7%和24.3%;储能模量,在玻璃化区域(-40℃)和橡胶区域(120℃),分别较纯尼龙66提高了133.1%和73.3%。这些研究结果证明,MWCNTs的均匀分散,有利于提高聚合物复合材料的机械性能。     

碳纳米管改性弹性体对聚甲醛的增韧作用及取向行为

制备了聚甲醛(POM)/碳纳米管(CNTs)/弹性体(TPU)三元共混复合材料。考察了碳纳米管改性弹性体对聚甲醛的增韧效果及取向行为。结果表明,碳纳米管可有效地增强增韧弹性体,在1%(质量分数,下同)的碳纳米管存在下,TPU拉伸强度由54.6 MPa提高到66.0 MPa,提高21%左右,断裂伸长率由684%提高到801%,提高约17%。与未改性弹性体相比,CNTs改性弹性体对聚甲醛的增韧效果更显著。加入20%的固相力化学法改性TPU弹性体,碳纳米管含量仅为0.1%,断裂伸长率达到180%,同未改性体系相比,提高到近3倍。     

不同官能化碳纳米管对MWCNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

为研究加入不同官能化碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响,通过对羧基化多壁碳纳米管(MWCNTsCOOH)进行化学处理,得到表面接枝乙二胺的碳纳米管(MWCNTs-EDA)。分别将MWCNTs-COOH和MWCNTs-EDA分散在环氧树脂中,通过热熔法制备环氧树脂中含有碳纳米管的T700碳纤维预浸料,并热压成准各向同性复合材料层合板。结果表明:MWCNTs-EDA在环氧树脂中的分散性优于MWCNTs-COOH,MWCNTsEDA本身具有固化反应活性,加入后对基体的交联密度影响较小。与MWCNTs-COOH相比,MWCNTs-EDA可以有效改善环氧树脂及碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs-EDA含量为1.0wt%时,MWCNTs-碳纤维/环氧树脂准各向同性复合材料层合板的压缩性能、弯曲性能和冲击后压缩强度分别提高了14.7%、40.9%和20.6%。     

含芴聚芳醚酮对BMI树脂增韧改性的研究

采用将含芴聚芳醚酮(PFEK)溶解于3,3’-二烯丙基双酚A,低温下加入4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺进行熔融共聚,再高温固化的方式,制备了含芴聚芳醚酮增韧的双马来酰亚胺树脂。结果表明:PFEK树脂的加入对复合材料的固化行为没有影响,PFEK树脂的加入量在7.5%~10.0%之间复合材料发生相反转,复合材料具有相分离结构;当PFEK的加入量为10.0%时,复合材料的弯曲强度和抗冲击强度由无PFEK树脂时的110.2MPa与9.0kJ/m2提高到148.7MPa与14.6kJ/m2,PFEK树脂的加入提高了复合材料的耐温性能。     

氧化石墨烯/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备及性能

通过溶剂超声剥离法制备氧化石墨烯/双马来酰亚胺(BMI)树脂纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)对纳米复合材料进行表征,并对其力学性能进行研究。结果表明,在N,N-二甲基甲酰胺中超声能有效地将异氰酸苯酯改性的氧化石墨剥离成氧化石墨烯薄片;这种纳米复合材料比BMI树脂具有更好的力学性能和耐热性能,当氧化石墨烯含量为基体树脂的1%时,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为87.7 MPa、142.1MPa、15.9 kJ/m2,当氧化石墨烯含量为1.25%时,其1000℃时的残炭率达41.3%。     

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。     

SiC粒子改性聚氨酯/环氧树脂复合材料性能研究

利用聚氨酯预聚体对环氧树脂(EP)进行改性制备聚氨酯/环氧树脂复合材料,再加入碳化硅(SiC)粒子作为无机填料对复合材料改性。结果表明:改性后的复合材料力学、耐磨、防腐等性能均得到了提高,当SiC粒子的加入量为复合材料的6%时,复合材料的冲击强度为24.28kJ/m2,拉伸强度为66.19MPa,均达到最大值,磨损量为0.083g,提高了耐磨性能,耐酸碱腐蚀性能达到最佳。     

原位预浸工艺制备碳纳米管/双马树脂复合薄膜

采用原位预浸工艺制备碳纳米管(CNT)/双马树脂(BMI)复合薄膜.通过高温催化喷射裂解法生长CNT宏观体,并将其和树脂溶液在滚筒上进行原位复合,初步得到预浸复合体,随后对其进行多层叠加、脱除溶剂、热压固化等操作,得到CNT/BMI复合薄膜.研究了CNT的取向性和质量分数对复合薄膜力学性能的影响.通过偏振拉曼、SEM、TGA等进行表征.当CNT的质量分数为59.8%时,复合薄膜拉伸强度达到1.02 GPa,断裂伸长率为8.59%,复合材料的韧性达到48.9 J/cm~3.     

纳米SiO2改性竹纤维/乙烯基树脂复合材料界面相容性

以乙烯基树脂(VE)为基体,竹纤维(BF)为增强材料,通过偶联剂KH602对纳米SiO₂进行改性处理,并利用改性后纳米SiO₂分别对竹纤维和树脂进行改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征,结果表明:改性纳米SiO₂成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中,改性纳米SiO₂在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO₂改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO₂改性树脂)复合材料中分散更为均匀;采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析,考察改性纳米SiO₂的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明:BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m,与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外,还初步探讨了改性纳米SiO₂的界面增强机制。      

全氟辛基季胺碘化物改性碳纳米管对天然橡胶胶乳性能的影响

用水溶性的阳离子表面活性剂全氟辛基季胺碘化物FC-134对碳纳米管进行非共价键改性,并用液相法制备改性碳纳米管/天然橡胶复合材料,研究了改性碳纳米管对天然橡胶复合材料的影响。结果表明,改性碳纳米管在水介质中具有很好的稳定性。佩恩效应表明,碳纳米管经过表面修饰增强了与橡胶的相互作用,降低了碳纳米管之间的相互作用。橡胶加工分析仪的结果表明,碳纳米管均匀地分散到复合材料中。与未改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料相比,改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料硫化胶的撕裂强度提高了65%,拉伸强度提高了29%。     

低温固化双马来酰亚胺树脂基体研究Ⅱ.扩链BMI/DP共聚体系

采用二元胺扩链改性,以提高前文[1]研究的低温固化共聚型BMI树脂的韧性.研究了扩链BMI树脂的配方、反应性、工艺性及其浇铸体和复合材料的性能.结果表明,改性BMI树脂的固化温度降到了150℃,韧性得到提高,复合材料性能优异.浇铸体弯曲强度119MPa,热变形温度272℃;玻璃纤维复合材料弯曲强度2034MPa,短梁剪切强度91.8MPa.     

纳米Si_3N_4/双马来酰亚胺/氰酸酯树脂复合材料的性能

双马来酰亚胺树脂预聚体改性的氰酸酯树脂(BMI/CE)具有良好的机械性能和热性能,是一种多功能复合材料树脂基体。本文研究了纳米Si3N4的含量对BMI/CE复合材料力学性能和摩擦学性能的影响,并通过扫描电镜和透射电镜分析了复合材料的增韧机理、磨损机理以及纳米Si3N4在基体中的分散性。结果表明:纳米Si3N4可显著改善复合材料的力学性能和摩擦学性能。当纳米Si3N4含量为3.0wt%时,复合材料的力学性能和摩擦学性能最好。相对于BMI/CE树脂基体,复合材料的冲击强度提高了36.0%,弯曲强度提高了21.8%,摩擦系数降低了25.0%,磨损率降低了77.9%。纳米Si3N4粒子可较好地分散在树脂基体中,起到均匀分散应力的作用,从而增强材料的韧性;BMI/CE树脂为塑性变形和粘着磨损,而纳米Si3N4含量为3.0wt%时复合材料为粘着磨损。     

含硅芳炔树脂的改性及复合材料性能

合成了苯乙炔全封端含硅芳炔树脂(FEC-PSA)和含炔丙氧基苯并口恶嗪(P-appe),通过与含硅芳炔树脂(PSA)混合得到了4种不同共混质量比的改性含硅芳炔树脂,用模压成型制备了单向T800碳纤维增强改性含硅芳炔树脂复合材料。利用红外光谱、核磁共振氢谱、差示扫描量热分析和热重分析等方法对改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构和性能进行了研究。结果表明,共混树脂的黏度随温度的升高和加入P-appe质量分数增加而明显下降。当P-appe质量分数为30%时,共混树脂固化物5%热失重温度(T_(d5))为531℃,800℃残留率为85%;共混树脂浇铸体的弯曲强度为41.5 MPa,冲击强度达5.5 kJ/m~2;改性PSA树脂经T800碳纤维增强,其复合材料的弯曲强度和弯曲模量在常温下为1557 MPa和153 GPa,层间剪切强度为66 MPa。     

聚醚砜对连续碳纤维/聚醚醚酮复合材料性能的影响

以聚醚砜(PES)作为第三组分及活化PES作为连续碳纤维(CCF)的表面改性剂制备CCF/聚醚醚酮(PEEK)复合材料,重点研究CCF/PEEK复合材料的制备工艺方法对其性能的影响。结果表明:PES作为第三组分制备的CCF/PEEK复合材料,当填充16wt%的CCF时,复合材料表面电阻降低到107~109 Ω,出现导电逾渗状态,此时摩擦系数降到最低(0.2430)。活化PES作为表面改性剂制备的CCF/PEEK复合材料,当填充30wt%的CCF时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别提高到236.2 MPa、345.1 MPa、12.3 kJ/m2,相比无PES改性的CCF30/PEEK复合材料分别提高了13.69%,21.70%,36.97%,其中PES起到显著的均匀分散CCF与界面粘结作用。摩擦学研究结果表明,复合材料的摩擦性能不仅取决于润滑材料CCF在基体中的分布还取决于CCF与基体的界面作用力。      

短切玻纤增强PEKK与BDM/DABPA共混体系固化反应动力学及断裂韧性

利用二烯丙基双酚A(DABPA)对二苯甲烷型双马来酰亚胺(BDM)树脂进行扩链,采用短切玻纤增强聚醚酮酮(PEKK-GF)对BDM/DABPA树脂进行改性。利用差示扫描量热法(DSC)研究了PEKK-GF改性BDM/DABPA树脂固化动力学,确定了改性树脂的固化工艺,并计算出了改性树脂的部分动力学参数。改性树脂的力学性能通过万能拉力机进行测试,结果表明当BDM/DABPA体系中加入10%(质量分数)的PEKK-GF时,改性树脂固化物的冲击强度比原来体系提高了69%,临界应力强度因子(KIC)和临界应变能释放率(GIC)值分别为1.22 MPa·m0.5和295J/m~2,分别提高了21%和59%;拉伸强度从85.21 MPa增加到96.39 MPa,拉伸模量从4.198GPa增加到4.531GPa;弯曲强度从133.0 MPa增加到140.4 MPa,弯曲模量从4.080GPa增加到4.251GPa。采用动态热机械分析法(DMA)对改性树脂体系耐热性进行研究,结果表明,当BDM/DABPA树脂中加入10%(质量分数)的PEKK-GF时,改性树脂固化物的玻璃化温度提高了16.5℃,达到263.5℃。该改性树脂综合性能优异,在耐高温预浸料基体树脂及胶黏剂等领域具有很好的应用前景。     

聚丙烯/聚乙二醇改性蒙脱土纳米复合材料的力学和流变性能

通过熔融插层法制备了聚丙烯/蒙脱土(PP/MMT)纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)和透射电镜表征了PP/MMT纳米复合材料的插层结构。XRD结果表明,经过聚乙二醇(PEG)处理的蒙脱土层间距增大;透射电镜(TEM)照片显示,蒙脱土在PP基体中达到纳米级分散,且分散均匀。PP/MMT纳米复合材料力学性能得到较大提高。加入5份改性MMT时,复合材料的缺口冲击强度和断裂伸长率分别从纯PP的3.93kJ/m2、74.46%提高到9.95kJ/m2、220.66%。动态流变性能测试结果表明,MMT的加入降低了PP的复数黏度(η*)、储能模量(G′)和耗能模量(G″)。     

马来酸酐接枝氧化石墨烯并改性双马树脂复合材料的微观结构及力学性能

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并用马来酸酐(MAH)接枝改性制得MAH接枝氧化石墨烯(MAH-GO)。以二烯丙基双酚A (BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂,4,4’-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体合成MBMI-BBA-BBE (MBAE)树脂基体;并以MAH-GO为增强体通过原位聚合制得MAH-GO/MBAE复合材料,表征MAH-GO的微观结构及其对复合材料力学性能的影响。结果表明:MAH成功接枝在GO表面,片层结构清晰,且表面出现褶皱,采用化学滴定法测定接枝率约为11.32%。MAH-GO/MBAE复合材料的微观形貌结果表明,当适量的MAH-GO加入体系中后,MAH-GO/MBAE复合材料断裂纹呈“树枝状”无规则发散,为典型的韧性断裂。当MAH-GO添加量为0.5wt%时,MAH-GO在基体中分散均匀,MAH-GO/MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为15.88 kJ/m2和142.13 MPa,比基体树脂分别提高了67.68%和43.61%,力学性能得到明显改善。