气相生长碳纤维在水泥基材料中的分散性研究

以脱油沥青(DOA)为原料,采用化学气相沉积法(CVD)制备出气相生长碳纤维(VGCFs).利用硬化试件电阻测试法和硬化试件断面形貌法.测试了VGCFs增强水泥的电阻率、变异系数和断面扫描电镜形貌,考察了3种不同制备工艺下VGCFs在增强水泥复合材料中的分散性.结果表明,先将分散剂、消泡荆、VGCFs在水中预分散再加入超细矿粉和水泥的搅拌工艺分散效果最好,干混法与湿混法较差.采用合理的制备工艺(预分散法),当VGCFs掺量为0.2%(体积分数)时可制得纤维均匀分散、电阻率小、变异系数小的VGCFs增强水泥.     

石墨烯掺杂气相生长碳纤维中间相沥青基复合材料的性能研究

以鳞片石墨为原料采用Hummers法制备氧化石墨烯。以石墨烯掺杂的气相生长碳纤维(VGCF)、中间相沥青(MP)为原料,经低温热模压、炭化、石墨化处理制备高强度、高密度的石墨烯掺杂气相生长碳纤维中间相沥青基复合材料。采用扫描电子显微镜来观察样品的微观形貌;通过强力机、四探针测试仪等表征复合材料的性能。结果表明,随着石墨烯掺杂量的增加,复合材料的抗弯强度及导电性能先增大后减小。当石墨烯掺杂比例为9.09%时,炭化后复合材料的密度为1.646g/cm~3,抗弯强度为85.7MPa,电阻率为1.27×10~(-5)Ω·m。     

纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。     

原位生长的气相生长碳纤维增强C/C复合材料的制备及其弯曲性能

以丙烯为碳源, FeCl₃·6H₂O为催化剂, 采用化学气相沉积法(CVD)在碳毡和不同密度的C/C复合材料上原位气相生长碳纤维(VGCFs) , 并以含原位生长VGCFs的碳毡和不同密度的C/C复合材料为基体制备VGCFs-C/C复合材料。研究了反应压力、基体密度对VGCFs生长情况的影响, 借助扫描电镜(SEM)、光学显微镜观察原位生长VGCFs的形貌及基体原位生长VGCFs后热解炭形貌的变化, 并对比研究了C/C复合材料和VGCFs-C/C复合材料的弯曲性能。研究结果表明, 反应压力为3700 Pa, 基体密度低的情况更有利于VGCFs的生长; 原位生长的VGCFs改变了纤维表面热解炭的沉积形貌, 使得热解炭和碳纤维的结合面之间形成具有铆钉作用的球状结构, 增强了界面结合力, 从而提高了原位生长的高VGCFs含量样品的弯曲强度。     

碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究

将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×10^4μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m^2可输出5~6μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70℃左右,1 m^2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10^-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。     

气相生长碳纤维/中间相沥青碳碳复合材料制备及性能研究

以中间相沥青(MP)为基体,气相生长碳纤维(VGCF)为增强体,通过低温热模压成型,炭化、石墨化制备了不同VGCF含量的VGCF/MP碳碳复合材料。对样品的形貌进行表征并对不同VGCF含量制得的碳碳复合材料的各项性能进行测试,探究材料微观结构与其抗弯强度、电阻率和导热系数之间的关系。结果表明:随着VGCF含量的增加,复合材料的导电性能和抗弯强度先增大后减小,当VGCF含量为50%(wt,质量分数)时,密度高达1.6g/cm3,弯曲模量达到12.0GPa,抗弯强度为77.5MPa,电阻率最低为0.59×10-5Ω·m,导热系数最大为113.87W/(m·℃)。     

磷酸盐水泥碳纤维复合材料的导电性能研究

以高掺量粉煤灰磷酸盐水泥为基体,短切碳纤维为功能材料,制备出了磷酸盐水泥碳纤维复合材料(PCFC),同时制备了碳纤维硅酸盐基复合材料(CFRC),并利用压力试验机、交流电桥和SEM对二者的基本力学性能、导电性能及内部碳纤维分布进行了对比研究。此外还考察了碳纤维掺量、龄期对PCFC导电性能的影响。结果表明,PCFC相比CFRC在同等碳纤维掺量的情况下力学增强效果更好、导电性能更为优越;机理分析表明PCFC中存在二次"渗流"现象,而CFRC试体中则没有。SEM照片显示碳纤维掺量较高时,PCFC中的碳纤维分散得更好;龄期实验结果表明,当碳纤维掺量超过1.4%时,龄期对PCFC的导电性影响较小,具有良好的导电稳定性。     

短切PAN基碳纤维水泥基复合材料的制备及性能研究

以硅酸盐水泥P.O 42.5为基础材料、短切PAN基碳纤维为增强相制备了分散均匀的碳纤维水泥基复合材料,研究了不同掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))短切PAN基碳纤维的水泥基复合材料的物相结构、微观形貌、力学性能、耐磨性能和抗碳化性能。结果表明,短切PAN基碳纤维的掺杂加速了水化反应的进行,没有产生新的水化产物,碳纤维在水泥基复合材料中呈三维错落分布,构成网格结构,提高了水化产物之间的结合强度,提高了水泥基复合材料的致密性,从而提高了水泥基复合材料的力学性能、耐磨性能和抗碳化性能。随着短切PAN基碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料7和28 d的抗压强度和抗折强度均表现出先增大后降低的趋势,而质量损失率和碳化深度则表现出先降低后升高的趋势。当短切PAN基碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,质量损失率达到最小值0.34%,养护7和28 d后,抗压强度达到了最大值69.3和86.4 MPa,抗折强度也达到了最大值11.1和14.1 MPa,而碳化深度达到最低值0.35和2.53 mm。综合分析可知,短切PAN基碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

稀土气相掺杂BaTiO3基PTC陶瓷的制备与电性能

采用稀土气相掺杂的方法制备了La,Pr,Gd改性的BaTiO3 基PTC陶瓷,通过室温电阻率和温-阻效应的测试及SEM分析,对其PTC特性进行了研究.结果表明:BaTiO3基PTC陶瓷经稀土气相掺杂后,室温电阻率明显下降,在不同粉料配方基础上制备的4组BaTiO3基PTC陶瓷,经La,Pr,Gd气相掺杂后,其室温电阻率分别下降为2.5×105、70.0、220.0、40.0、3.5×104、50.0、9.6、5.0 Ω·m以及1.3×104、98.5、2.3×104、32.4 Ω·m.而稀土液相掺杂的BaTiO3 基PTC陶瓷的室温电阻率均在104Ω·m以上.稀土气相掺杂BaTiO3 基PTC陶瓷的温-阻效应与稀土液相掺杂结果截然不同,产生了明显的NTCR效应.     

掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料的导电及压阻特性

利用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料(CCCW)的碳纤维石墨水泥基复合材料试样(40 mm×40 mm×40 mm)的导电特性及其在循环荷载作用下的压阻特性,分析讨论了碳纤维石墨水泥砂浆的体积电阻率及压阻特性随石墨掺量的变化规律。碳纤维和CCCW的掺量分别为水泥质量的1%和4%;石墨掺量分别为水泥质量的0%、10%、20%、30%、40%和50%。结果表明,添加CCCW的碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻率随石墨掺量的增加迅速下降,并存在渗滤现象,渗滤阈值为20%左右。在循环荷载作用下,不同石墨掺量试样的电阻和应力存在一定的对应关系。石墨掺量为水泥质量的20%～30%时,碳纤维石墨水泥砂浆试样的体积电阻率与压应力呈现良好的可重复性,电阻值在应力加载时几乎呈线性下降,而卸载时增加。     

三元氯醋树脂/环氧基导电油墨的制备及性能

为提高环氧导电油墨的柔韧性,采用三元氯醋树脂（E15/45M）对环氧树脂E51增韧改性,并以2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MI）为固化剂,银包铜粉为导电填料,制备柔性导电油墨。结果表明:导电油墨的体积电阻率随导电填料的用量增加而降低。随2E4MI用量的增加,导电油墨的体积电阻率呈现先降低后增加的趋势,2E4MI与E51的最佳质量比为1∶5。进一步探讨发现导电油墨的最佳固化温度和时间分别为105 ℃和2.5 h。E15/45M不仅可以提高导电油墨的柔韧性,还可以有效降低体积电阻率。随着E15/45M用量增加,E15/45M/E51-2E4MI胶膜的玻璃化转变温度从91.5 ℃降低至58.0 ℃,导电油墨的体积电阻率从27.5×10-4 Ω·cm降低至9.50×10-4 Ω·cm。E51-2E4MI与E15/45M的质量比为50∶50,导电填料用量为70wt%时,导电油墨体积电阻率达到9.57×10-4 Ω·cm,附着力等级为0,涂层反复折叠20次后电阻变化率小于80%。因此采用E15/45M增韧环氧树脂既可以提高导电油墨的柔韧性又可以改善其导电性。      

表面改性离子交换化学镀制备表面覆镍聚酰亚胺纤维

以高强度的聚酰亚胺（PI）纤维为基纤,采用表面改性离子交换和化学镀相结合的方法,成功制备了高强度、高导电性和热稳定性好的聚酰亚胺-Ni （PI-Ni）复合导电纤维,采用SEM观察纤维的微观形貌,通过XRD和EDS表征了镀层组成及相态结构,测试了纤维的力学性能、导电性、界面黏结性能及热性能。结果表明,PI-Ni纤维表面平整光滑,完整致密,镀层为非晶态Ni-P合金。PI-Ni束丝拉伸强度约为1.2 GPa,电阻率为1.76×10^-4 Ω·cm,5%热失重温度为611℃,耐热性能优异,是一种高性能的有机导电纤维。     

Cu/ABS复合导电梯度功能材料的制备和性能

借助HAAKE转矩流变仪,采用熔融共混法制备了一系列Cu粉含量不同的Cu/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)复合材料,采用多层叠压法制备了内部Cu粉含量逐渐变化的板状Cu/ABS复合导电梯度功能材料,并对其结构和性能进行了表征。结果表明,所制备导电梯度功能材料的性能与均质复合材料存在很大差异。电性能测试结果显示,随着Cu粉含量沿板材厚度方向的梯度增加,其导电性能发生逾渗转变,体积电阻率从一侧的1016Ω.cm降低到另一侧的105Ω.cm。弯曲性能测试表明,富含ABS树脂的一侧表现出较高的弯曲强度,仅比纯ABS的弯曲强度低6%;而富含填料的另一侧则表现出较高的模量,比纯ABS高约20%。实验证明,将导电复合材料做成梯度结构可以兼顾材料的导电性能和力学性能。     

高温导热绝缘涂料

以环氧改性有机硅树脂为基体, 氮化硅、 氧化铝混合填料为导热粒子制备了导热绝缘涂料。研究了涂料力学性能、 热导率、 电绝缘性、 热稳定性等性能。结果表明: 在填料质量分数40％及较佳的氧化铝与氮化硅质量比时, 涂层拉伸强度为8.02MPa, 断裂延伸率为1.27％, 附着力达到572.2N · cm-2, 热导率高达1.25W · (m · K)-1, 介电常数5.7, 体、 表电阻率分别为3×1013Ω · cm与4.3×1013Ω, 可长期在200℃下使用。与不使用导热填料的环氧改性有机硅树脂涂层相比具有较高的传热能力。      

填充碳纳米管各向同性导电胶的性能

制备了以碳纳米管(CNTs) 和镀银碳纳米管(SCCNTs) 为导电填料的各向同性导电胶, 研究了它们的电学性能、力学性能及抗老化性能, 并与传统的以微米量级的银粒子作为导电填料的导电胶的性能进行比较。研究发现: CNTs 作为导电填料时, 在填料体积分数为31 %时出现体积电阻率的最低值2. 4 ×10-3Ω·cm; 在填料体积分数为23 %时导电胶表现出最好的抗剪切性能。在填料体积分数同为28 %时, 填充SCCNTs 导电胶具有最低的体积电阻率2. 2 ×10-4Ω·cm; 填充CNTs 和SCCNTs 显示出比填充微米量级银粒子导电胶高的抗剪切强度(19. 6 MPa) 。在85 ℃、RH 85 %环境下经过1000h 老化测试结果表明: 填充SCCNTs 或CNTs 导电胶体积电阻率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %; 而填充微米量级银粒子导电胶在老化后体积电阻率的变化和抗剪切强度的变化分别达到350 %和120 %。      

静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂/聚酰亚胺锂离子电池隔膜复合材料的电化学性能

以3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐和4,4-二氨基二苯醚为原料合成聚酰胺酸（PAA）纺丝液,通过高压静电纺丝和热亚胺化制备聚酰亚胺（PI）纤维膜,然后将聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO₃Li）以高压静电纺丝和加热加压的方式覆盖在PI纤维膜表面,制备EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料。通过FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、接触角测试仪和IM6型电化学工作站对EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料的性能进行测试与表征。结果表明：EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料具有较清晰的三维网状结构,与PI隔膜相比,纤维间粘连现象明显增加,在降低孔隙率同时,吸液率和拉伸强度分别提高至521%和12.83 MPa,并表现出较好的热收缩稳定性、高温闭孔性能和电化学性能。其中电化学稳定窗口从5.5 V提高至5.8 V,界面阻抗从360 Ω降低至315 Ω,离子电导率从2.416×10^-3 S/cm提高至3.672×10^-3 S/cm。     

填充银纳米线各向同性导电胶的性能

以Ti (OC₄H₉)₄ 水解形成的溶胶体系为模板, 以AgNO₃ 为银纳米线的前驱体, 低温下合成长径比为50～60 的银纳米线, 采用TEM 和XRD 对所制得的银纳米线进行表征。以银纳米线作为导电胶的导电填料, 成功制备了一种高电导率的各向同性导电胶。导电胶的电学性能和力学性能测试表明: 这种导电胶在导电填料含量为56 wt %时的电导率比填充75 wt %微米银粒子的导电胶高约6 倍(体积电阻率为1. 2 ×10-4Ω·cm) 。由于填料含量的降低, 该导电胶的抗剪切强度(以Al 为基板时的抗剪切强度为17. 6 MPa) 相比于填充75 wt %微米银粒子和75 wt %纳米银粒子导电胶均有不同程度的提高。      

镀镍碳纤维-碳纤维-玻璃纤维/乙烯基酯树脂导电复合材料的设计制备及其电磁性能

本研究旨在设计制备兼具电和磁功能的新型导电复合材料。采用具有良好导电性的短切碳纤维（CF）与兼具磁性和导电性的短切镀镍碳纤维（Ni-CF）作为功能体,以短切玻璃纤维（GF）作为填料,以乙烯基酯树脂（VER）作为基体,设计制备电磁性能可调控的导电复合材料。分别研究了CF含量对CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响、Ni-CF长度对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响,重点研究了Ni-CF含量对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率和磁导率的影响,并初步探索了导电复合材料的电磁屏蔽性能。结果表明：（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率在0.35~36.48 Ω·cm范围内可调,磁导率在0.2~0.7内可调。CF和Ni-CF的含量和长度都会对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料电磁性能产生较大影响。制备的（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料有望应用于电磁屏蔽领域。