羽毛球拍用碳纤维的表面改性与性能研究

为了对碳纤维进行表面接枝改性处理以增强碳纤维与环氧树脂间的结合力,提升碳纤维的综合力学性能并应用于羽毛球拍中。以亚临界水作为反应介质将三聚氰胺接枝到羽毛球拍用碳纤维表面,研究了反应时间对接枝改性碳纤维的表面形貌、接触角/表面能、单丝拉伸强度、界面剪切强度和冲击韧性的影响。结果表明,上浆处理后碳纤维表面不会有上浆剂残留,但是碳纤维纵向仍然可见加工沟槽,当三聚氰胺接枝改性时间延长至25min及以上时,碳纤维纵向沟槽有所变浅,且由于三聚氰胺在碳纤维上的聚集使得碳纤维表面粗糙度增大,局部可见块状聚集。经过三聚氰胺介质改性的碳纤维的接触角都小于接枝改性前、表面能都大于接枝改性前,随着接枝反应时间的延长,改性碳纤维的接触角不断减小。三聚氰胺接枝改性处理后碳纤维的单丝拉伸强度相较于接枝改性前有不同程度的降低,且随着反应时间的延长,单丝拉伸强度呈现先减小后增大的特征。随着三聚氰胺接枝改性时间的延长,CF-W-t的界面剪切强度、裂纹形成功、拓展功和冲击功呈现逐渐增加的趋势。将三聚氰胺接枝到羽毛球拍用碳纤维表面可以增强碳纤维的综合力学性能。     

接枝改性对LNG储罐用碳纤维及复合材料界面性能的影响

对LNG储罐用碳纤维进行接枝改性处理,对比分析了氧化处理碳纤维和三聚氰胺接枝改性碳纤维与未改性碳纤维的表面结构、表面形貌、浸润性、拉伸性能和界面剪切性能。结果表明,对碳纤维进行氧化和接枝改性后,碳纤维表面成功接枝三聚氰胺,并以OC-NH、C-N和C=N化学键形式存在,当三聚氰胺接枝改性25min及以上时,碳纤维表面的纵向沟槽深度有不同程度减小。三聚氰胺接枝改性处理后,不同反应时间下三聚氰胺接枝改性后的碳纤维在水中和在二碘甲烷中的接触角有不同程度降低、表面能都有不同程度提高、单丝拉伸强度会有不同程度减小,且随着反应时间延长,在水中和在二碘甲烷中的接触角逐渐减小、表面能逐渐增大,单丝拉伸强度先减小后增大,反应时间为35min时改性碳纤维的单丝拉伸强度为3.75GPa。三聚氰胺接枝改性处理后,三聚氰胺接枝改性碳纤维复合材料的界面剪切强度会得到不同程度提高,且随着三聚氰胺接枝改性时间的延长,三聚氰胺接枝改性碳纤维复合材料的界面剪切强度逐渐增大。     

乒乓球拍用碳纤维复合材料的改性与性能研究

在乒乓球拍用碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行了不同含量纳米微晶纤维素涂覆的改性处理,研究了纳米微晶纤维素含量对复合材料表面形貌、单丝拉伸强度、剪切强度和弯曲性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,硅烷化改性处理并不会对纳米微晶纤维素的形貌和尺寸产生显著改变;去除上浆剂后的碳纤维抗拉强度约为3.44GPa,剪切强度约为48.3MPa,碳纤维的弯曲强度和弯曲模量分别为418.3MPa和20.1GPa,随着AMEO-NCC含量增加,AMEO-NCC涂覆的碳纤维的单丝抗拉强度、剪切强度、弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小的特征,在AMEO-NCC含量为质量分数0.3%时取得单丝抗拉强度最大值,且都高于去除上浆剂后的碳纤维。     

乒乓球桌碳纤维复合材料的力学和耐磨性能研究

通过物理方法对碳纤维进行了包覆处理,并研究了碳纤维含量对兵乓球桌碳纤维复合材料力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,经过改性处理后的A1、A2、A3和A4的结晶温度都相较于PEEK有不同程度减小,但是熔融温度都高于PEEK,B组试样的结晶温度和结晶度都会随着碳纤维增大而小。A组试样中m-ZnO含量为5%时具有最大的拉伸强度和弯曲强度,B组试样中w-SCF含量为20%时具有最大的拉伸强度和弯曲强度。经过改性后的A1、A2、A3和A4的摩擦系数都相较于PEEK试样有不同程度减小,A3试样的摩擦系数最小; B组试样的摩擦系数会随着w-SCF含量的增加而呈现先减小而后增加的趋势,B3试样的摩擦系数最小,添加w-SCF的复合材料的摩擦系数都要低于未添加w-SCF的复合材料。经过改性处理的A组试样的磨损率都明显低于PEEK试样,B组复合材料的磨损率会随着w-SCF含量的增加而呈现先减小而后增大,B3试样具有最小的磨损率。     

丙烯酰胺接枝聚丙烯多孔膜及其水解后的性能

采用丙烯酰胺接枝法对聚丙烯(PP)多孔膜表面进行亲水化改性,考察了硝酸浓度、接枝时间以及水解时间对膜结构和性能的影响。随硝酸浓度增加,接枝度先增后降,膜表面的水接触角先减小后增大;随接枝时间延长,接枝度先增加后几乎不变,水接触角先减小后趋于恒定;随水解时间延长,接枝度几乎不变,而水接触角先减小后趋于恒定。优选的亲水化改性条件下,PP多孔膜的接枝度为1 147μg/cm2,水接触角由124°降至47°。过膜压差为0.5MPa时,聚酰亚胺/PP纳滤复合膜的纯水通量和对1 g/L的Na2SO4溶液的截留率分别可达11.89 L/(m2·h)和92.86%。     

体育器械用碳纤维复合新材料的制备与性能研究

将多巴胺改性的碳纳米管接枝到碳纤维表面并进入到含聚四氟乙烯的环氧树脂溶液中,固化成型后形成碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了体育器械用CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料的表面形貌和耐磨性能。结果表明,CNT-PDA-碳纤维布的红外光谱图中除含有比原始碳纤维布相同的3418cm~(-1)处的更强邻苯二酚的-OH伸缩振动峰、1608cm~(-1)处更强的C=C吸收峰外,CNT-PDA-碳纤维布在1265cm~(-1)和1046cm~(-1)处还分别发现了苯基弯曲振动峰和C-N伸缩振动峰;聚四氟乙烯含量为30%的CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料具有最佳的疏水特性,且随着在氨基硅油中浸泡时间的增加,CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料的表面接触角呈现先增加而后减小的趋势,在浸泡时间为30min时取得最大值153.7°±1.8°,此时,CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料具有良好的耐磨性能,并且摩擦磨损后仍然具有较好的疏水性能。     

乒乓球拍用复合材料的成形工艺与性能研究

研究了成型温度和成型压力对兵乓球拍用碳纤维复合材料弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,随着成型温度和成型压力的增大,碳纤维复合材料的弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小特征,在成型温度为380℃、成型压力为4.7MPa时取得弯曲强度和弯曲模量最大值。随着成型温度和成型压力的增大,碳纤维复合材料的拉伸强度呈现先增加而后减小特征,在成型温度为380℃、成型压力为4.7MPa时取得拉伸强度最大值,为1.71GPa。碳纤维复合材料适宜的成型工艺为:成型温度380℃、成型压力4.7MPa。     

聚丙烯纤维/表面改性黄麻纤维复合膜的制备及性能

以聚丙烯(PP)纤维为基体,经碱、偶联剂表面改性处理后的黄麻纤维为第二组分,采用非织造-模压工艺制备了PP纤维/表面改性黄麻纤维复合膜,探讨了经表面改性处理后的黄麻纤维含量对复合膜的力学性能、吸水性能以及复合膜的断面形貌的影响。结果表明:随着黄麻纤维含量的增加,复合膜的拉伸强度呈先增大后减小趋势,但变化不明显,当黄麻纤维质量分数为10%时,拉伸强度达到最大为60.5MPa,复合膜的拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量也呈先增大后减小趋势,当黄麻纤维质量分数为30%时,复合膜力学性能最优,其拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别为6.4 GPa,80.7MPa,5.0 GPa;复合膜的吸水率(W)随黄麻纤维含量的增加而增大,当黄麻纤维质量分数为40%时,复合膜的W最大为6.6%;当复合膜中黄麻纤维质量分数小于等于30%时,PP纤维与黄麻纤维之间界面粘合良好,黄麻纤维与PP纤维紧密相连,相互交叉形成网状结构。     

碳纤维增强酚醛树脂/石墨双极板复合材料性能及其界面结合

以碳纤维、酚醛树脂以及石墨为原料通过热模压成型得到一种质子交换膜燃料电池双极板材料。研究了碳纤维的处理方式、含量以及长度对复合材料导电性能与弯曲强度的影响,以及复合材料的界面结合。结果表明经过液相处理10 h的碳纤维能有效引进羟基等官能团,改善材料间的界面结合,增强效果较为明显;复合材料的性能随碳纤维含量的增加,出现先增大后减小的趋势;随着碳纤维长度的增大,复合材料性能出现最大值时的碳纤维含量有下降的趋势;利用经过液相处理10 h,含量为3%、长度为10~15 mm碳纤维对复合材料进行增强时,复合材料的弯曲强度与电导率最佳,其值分别为63.6 MPa1、75.4 S/cm。     

碳纤维增强PE-UHMW/木粉复合材料的力学性能

为了改善超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)的加工性能,提高其力学性能,以木粉和碳纤维为填料,制备了高填充量碳纤维增强PE-UHMW/木粉复合材料。研究了碳纤维含量对PE-UHMW/木粉复合材料弯曲性能、拉伸性能及动态热机械性能的影响。研究结果表明,加入碳纤维可提高PE-UHMW/木粉复合材料的弯曲强度及拉伸强度。拉伸强度和弯曲强度都随着碳纤维的含量的增加呈现出先增加后减小的趋势。当碳纤维质量分数为3%时,弯曲强度达到最大值,为25.2 MPa,比未加碳纤维时提高了46.5%。当碳纤维质量分数为2%时,弯曲强度达到最大值,为38.4 MPa,比未加碳纤维时提高了27.1%。随着碳纤维含量的增加,复合材料的储能模量显著提高。碳纤维的加入使复合材料的损耗因子峰值增大。     

碳纤维上浆剂的制备及增强聚酰胺6复合材料

采用己内酰胺(CPL)得到两端为羧基的改性聚酰胺6低聚物(LPA6),将其与环氧树脂反应制得环氧树脂乳液。通过在碳纤维表面沉积施胶剂后,提高了碳纤维表面的极性和表面能。测试结果显示,碳纤维的接触角较未上浆减小19%,碳纤维复合材料拉伸强度较未上浆提高17.7%,拉伸应变较未上浆提高了16.7%,无缺口冲击强度较未上浆提高了21%,缺口冲击强度较未上浆提高了16%。     

含碳纳米管上浆剂上浆改性碳纤维及其界面研究

碳纤维(CF)是一种高强度、高模量的高性能纤维,被广泛应用于复合材料中,但是纤维表面的活性官能团含量低,与基体之间的界面结合性能较差。本文利用含氨基化碳纳米管(NH_2-CNTs)上浆剂对光威GQ4922/12K型碳纤维表面进行改性,改善碳纤维与环氧树脂之间的界面结合性能。通过傅里叶红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱、接触角和微脱粘对改性后的纤维表面组成、表面形貌、表面自由能和界面剪切强度进行分析,发现NH_2-CNTs可成功接枝到碳纤维表面,改性后纤维表面的氧(氮)元素含量增加,与水接触角从67.1°降低到50.5°,表面自由能从32.2 mN/m增加到了41.1 mN/m;界面剪切强度在氨基化碳纳米管质量浓度为0.6%时达到最大,相比未改性纤维从62.3 MPa提高到76.8 MPa,提高了23.3%。结果表明通过在上浆剂中引入氨基化碳纳米管,可以增加碳纤维表面活性,提高碳纤维与基体树脂的界面结合性能。     

新型网球球拍用碳纤维复合材料的制备与性能研究

采用浸涂法制备了新型网球球拍用S-E-碳纤维布/环氧树脂复合材料,对比分析了原始碳纤维布、E-碳纤维布和S-E碳纤维布的化学组成和表面形貌,研究了可溶性聚四氟乙烯含量对新型网球球拍用S-E-碳纤维布/环氧树脂复合材料表面接触角和耐磨性能的影响,并对新型网球球拍用S-E-碳纤维布/环氧树脂复合材料的耐酸碱性能进行了研究。结果表明,随着可溶性聚四氟乙烯含量的增加,原始碳纤维布/环氧树脂复合材料和新型网球球拍用S-E碳纤维布/环氧树脂复合材料的表面接触角都呈现出先增加而后减小的特征,在可溶性聚四氟乙烯含量为45%时取得表面接触角最大值;随着摩擦磨损周次的增加,新型网球球拍用S-E碳纤维布/环氧树脂复合材料的磨损量和表面接触角都呈现逐渐减小的趋势;新型网球球拍用S-E碳纤维布/环氧树脂复合材料在不同pH值溶液中都具有良好的耐化学腐蚀性能。     

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。     

武术器械用碳纤维的表面改性与性能研究

采用表面涂层法对武术器械用碳纤维进行了表面改性处理,对比分析了原始碳纤维、表面涂覆ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层的碳纤维的表面形貌、物相组成和界面剪切强度,并分析了涂层层数对涂覆Y-ZrO_2涂层的碳纤维的表面形貌和界面剪切强度的影响。结果表明,ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层可以在碳纤维表面均匀涂覆,ZrO_2粉主要物相为m-ZrO_2和t-ZrO_2,Y-ZrO_2粉的主要物相为t-ZrO_2;随着温度的升高,碳纤维、碳纤维表面ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层都会发生不同程度的质量损失,但是Y-ZrO_2涂层的失重速率最小;在Y-ZrO_2涂层层数为4时,Y-ZrO_2涂层在碳纤维表面可以均匀完全涂覆且不会在碳纤维间产生Y-ZrO_2涂层剩余;随着Y-ZrO_2涂层层数的增加,界面剪切强度呈现先增加而后减小的特征,在Y-ZrO_2涂层层数为4时取得最大值。     

健身器械用碳纤维复合材料成型与性能研究

研究了模压温度、模压压力和模压时间对健身器械用碳纤维/聚碳酸酯复合材料宏观形貌、0°和45°方向拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明,随着模压温度的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料的拉伸强度和冲击功呈现先增加而后减小的特征,在模压温度为240℃时取得最大值;随着模压压力的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,当模压压力为6MPa,碳纤维/聚碳酸酯复合材料具有最佳拉伸强度和冲击韧性结合。随着模压时间的延长,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,在模压时间为10min时取得最大值。碳纤维/聚碳酸酯复合材料的适宜的模压成型工艺参数为:模压温度240℃、模压压力6MPa、模压时间10min。     

短切碳纤维对聚苯腈/碳纤维复合材料性能的影响

利用碳纤维（CF）增强聚苯腈（PN）树脂制备一系列PN/CF复合材料,利用万能试验机和动态热机械分析仪（DMA）,研究短CF含量、长度与偶联剂种类对PN树脂力学性能的影响。结果表明,采用苯基三乙氧基硅烷作为偶联剂时力学性能和热稳定性达到最佳水平,相较于未经偶联剂改性PN/CF复合材料的储能模量提高了22.2%,热失重5%温度（Td5%）提高了33.1%;随着CF掺杂量的增加,材料力学性能呈现先增大后减小趋势,在0.3%（质量分数,下同）时获得了最优异力学性能,相较于PN树脂,其弯曲强度提高了38.4%,弯曲模量提升了97.7%;CF长度为6 mm时材料的弯曲强度和储能模量优于CF长度为3 mm时的材料。     

一种集成电路电容适用的碳纤维改性复材制备及性能

为了提升集成电路电容用复合材料的综合性能,对比分析了碳纤维(CF)、Ni(OH)₂改性碳纤维CF-Ni(OH)₂和聚多巴胺改性碳纤维CF-PNi的表面形貌、化学结构、润湿性能和力学性能。结果表明,原始CF表面存在深度不一的加工沟槽、粗糙度较大,当经过Ni(OH)₂和聚多巴胺改性处理后,碳纤维表面沟槽基本消失,表面粗糙度减小。改性CF相较CF与树脂(EP)的接触角都有不同程度减小,与树脂接触角从大至小顺序依次为：CF、CF-Ni(OH)₂、CF-PNi;当采用Ni(OH)₂对CF进行改性后,CF-Ni(OH)₂/EP的弯曲强度Fs、弯曲模量Fm、层间剪切强度ILSS和横向拉伸强度Hl相较CF有明显提升,采用聚多巴胺进一步对CF-Ni(OH)₂进行改性处理后,CF-PNi/EP的Fs、Fm和Hl会相较CF-Ni(OH)₂/EP进一步提升,而ILSS变化幅度不大。     

家具设计中碳纤维复合材料的注塑成型与性能研究

为了提升家具设计中碳纤维复合材料的拉伸性能和弯曲性能。采用传统注塑（多浇口进胶）工艺和新型SVG（顺序阀浇口）工艺制备了碳纤维复合材料,考察了碳纤维质量分数和注塑成型工艺参数（熔体温度、模具温度、注射压力、注射速率）对碳纤维复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响。结果表明,采用新型SVG工艺可以消除传统注塑成型工艺下的熔接痕缺陷和气穴缺陷;随着碳纤维质量从0增加至25%,不同熔体温度、模具温度、注射压力和注射速率下碳纤维复合材料的弯曲模量先增大后减小,在碳纤维质量分数为20%时取得较好综合性能;随着碳纤维质量分数的增加,熔接痕处试样和非熔接痕处试样的拉伸强度和弯曲模量都表现为先增大后减小,在碳纤维质量分数为20%时取得最大值,且在相同碳纤维质量分数下,非熔接痕处试样的拉伸强度和弯曲模量都明显大于熔接痕处试样。     

不同膨胀体积改性膨胀石墨及其填充PA66性能

采用化学氧化法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨(EG),通过聚丙烯酸酯对不同膨胀体积的EG进行包覆改性,利用改性后的EG制备改性EG/聚酰胺66(PA66)复合材料,研究了不同膨胀体积的改性EG对复合材料力学性能和导热性能的影响。结果表明,EG经丙烯酸酯改性后,EG的表面粗糙度和活性基团明显增加;复合材料弹性模量和弯曲强度均随改性EG膨胀体积的增加而增加,与未膨胀石墨相比,分别提升了36.1%、25.8%;拉伸强度、断裂伸长率和热导率随膨胀体积的增加呈先增加后减小的趋势。拉伸强度在EG膨胀体积为40 mL/g时达到最大值,为75.6 MPa;热导率在膨胀体积为20 mL/g时最佳,为2.56 W/(m·k),与未膨胀石墨相比,拉伸强度和热导率分别提升了33.3%和30.1%。