3D打印连续碳纤维增强热塑性复合材料弯曲性能研究

以聚乳酸(PLA)为热塑性基体材料、连续碳纤维(CF)为增强材料,设计了可打印连续碳纤维增强热塑性复合材料(CCFRP)的新型打印头,探究打印层高和相对挤出率对连续碳纤维增强聚乳酸复合材料(PLA/CF)弯曲性能及弯曲破坏形式的影响。结果表明:当打印层高为0.8 mm、相对挤出率为0.5时,PLA/CF复合材料的弯曲性能最佳,弯曲强度和弯曲模量分别达到127.09 MPa和5.55 GPa,比纯PLA分别提高了82.1%和144.4%;另外,材料的主要弯曲破坏形式为塑性变形、层离以及CF与PLA脱离。     

低密度高导热CF/EP复合材料的制备及性能

将碳纳米管(CNT)和空心玻璃微珠(HGS)添加到环氧树脂(EP)中,利用模压工艺制备碳纤维(CF)/EP复合材料。结果表明：同时添加CNT和HGS可以有效降低CF/EP复合材料的密度,改善复合材料的力学性能,提高复合材料的导热性能,且当CNT和HGS质量比为1∶4时,复合材料综合性能最优,与不添加CNT和HGS的CF/EP复合材料相比,该复合材料的密度下降了8.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了22.0%和30.1%,拉伸强度提高了8.9%,导热系数提高了87.1%。     

碳纳米管/碳纤维混杂多尺度增强体研究现状

碳纳米管(CNTs)优异的力学性能使其成为复合材料的理想增强材料,将CNTs引入到碳纤维(CF)表面制备CNTs/CF纳、微米复合增强体,可同时改善复合材料的界面剪切强度和冲击强度,从而获得具有优异综合性能的复合材料。本文综述了CNTs/CF混杂多尺度增强体的制备方法及其复合材料的性能。     

PLA/Lyocell纤维复合材料结构与性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,新型纤维素纤维Lyocell纤维为增强材料,通过熔融共混及注塑成型制备了PLA/Lyocell纤维可生物降解复合材料,并采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试、差示扫描量热法(DSC)和维卡软化温度测试等手段,探讨了Lyocell纤维含量对复合材料结构和性能的影响。结果表明:随着Lyocell纤维含量的增加,PLA/Lyocell纤维复合材料的结晶度、弯曲模量和维卡软化温度均随之提高,而拉伸强度和冲击强度则呈现先上升后下降的趋势。其中当Lyocell纤维含量达到6%时,其在复合材料中的分布较为均匀,所对应复合材料的力学性能相对较好,其拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲模量比纯PLA分别提高了15.3%、12.3%和13.0%。     

聚乳酸/碳纤维复合材料的3D打印线丝制备及其性能研究

本研究用高混机充分混合碳纤维(CF)和聚乳酸(PLA),再通过单螺杆挤出机制备出聚乳酸/碳纤维(PLA/CF)复合材料线丝,并成功地制备3D打印试样。通过测试PLA/CF复合材料线丝的力学性能,热性能,断面形态,发现PLA/CF复合材料线丝的耐热性高于纯PLA线丝,并且CF含量为1%的复合材料线丝的断裂强度可达70 MPa,高于纯PLA线丝的断裂强度,证明CF对PLA本体有增强效果。但随CF含量增加,断裂强度却有一定程度的下降,这可能是高含量CF的分散和复合材料的界面等因素影响的结果。     

3D打印碳纤维增强PLA试件的力学性能分析

以300目短切碳纤维(CF)和聚乳酸(PLA)为实验原料,分别配制CF质量分数为5%、10%、15%和20%的CF/PLA混合料,再经双螺杆挤出机挤出造粒后得到CF/PLA复合材料。分别以纯PLA和不同组分的CF/PLA复合材料为实验材料,在粒料3D打印机上制备抗拉伸、压缩、弯曲和冲击试样,并做力学性能测试。实验结果表明,随着CF含量的增加,材料最大拉伸强度呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的平均拉伸强度最大,为48.45 MPa。材料的平均弯曲和压缩强度随CF含量的增加均呈先减小后增大再减小的趋势,且无CF填充时,二者的强度值最大,分别为114.77 MPa和103.94 MPa。材料的抗冲击强度随着CF含量的增大呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的抗冲击强度最大,为14.49 kJ/m~2。     

CF/CNTs多尺度混杂填充PA6复合材料性能研究

以碳纤维/碳纳米管(CF/CNTs)多尺度混杂填充聚酰胺6(PA6)复合材料为研究对象,采用不同的方法处理CNTs,并考察了对应复合材料的力学性能、导电性能和导热性能。结果表明:CNTs经过表面化学镀镍处理后,明显改善了CF与基体界面间的结合强度和相容性。表面镀镍处理的碳纳米管(CNTs-Ni)吸附在CF表面,不仅可促进CF与基体间形成"钉扎效应",从而提高了复合材料的力学性能,还在CF与PA6基体间形成了导热桥路和导电网络,使材料的电阻率和界面热阻有所下降;CF和CNTs混杂填充基体树脂对复合材料的力学性能、导热性能及导电性能有着良好的协同增效作用;CNTs-Ni可明显改善CF增强复合材料的导热性能和导电性能。     

3D打印制备PLA/MWCNT复合材料及其性能研究

聚乳酸作为基体材料,通过研磨共混法制备了多壁碳纳米管(MWCNT)/聚乳酸(PLA)复合粒料,应用3D打印技术打印了PLA/MWCNT复合材料样条。通过对复合材料导电性能测试,结果表明随着MWCNT掺杂量的增加,复合材料的电导率数值呈指数型增长,当MWCNT含量达6%时,电导率为10~(-2) S/cm。力学性能测试得到在MWCNT含量为6%时,样条的拉伸强度达63.7 MPa,比纯的PLA材料提升37.6%;弯曲强度为126.7 MPa,提高了16.9%。扫描电子显微镜(SEM)观察发现MWCNT在PLA基体中较为分散,PLA/MWCNT复合样条断面呈现多孔蜂窝状。样品热分解温度高达390.2℃,耐热效果明显提升。     

纤维增强CFP/PPS复合材料的制备与性能表征

以碳纤维(CF)和碳纤维粉末(CFP)为导电基体,制备出导电聚苯硫醚(PPS)复合材料。研究了复合材料的形貌、导电及力学性能。结果表明,CFP能很好地分散在PPS复合材料内部,复合材料的表面电阻可达到103Ω。同纯PPS复合材料相比,导电性能增加了四个数量级;一定范围内的CFP可以提高PPS复合材料的拉伸强度和冲击强度;CFP含量过多时,复合材料内部因发生团聚而力学性能下降。     

PEEK抗静电复合材料的研究

制备了聚醚醚酮/炭黑(PEEK/CB)、聚醚醚酮/碳纤维(PEEK/CF)抗静电复合材料。结果表明,在PEEK/CB复合体系中,炭黑渗滤区含量为3%⁵%,较低的炭黑含量确保了复合材料优异的力学性能;在PEEK/CF复合体系中,碳纤维渗滤区含量为15%5%,较低的炭黑含量确保了复合材料优异的力学性能;在PEEK/CF复合体系中,碳纤维渗滤区含量为15%²0%;扫描电镜(SEM)结果证明:炭黑在PEEK基体中达到纳米级分散,形成空间导电网络结构,这种结构提高了复合材料的抗静电性能。     

基于双转子连续混炼挤出机的PPS/CF复合材料制备及性能研究

采用双转子连续混炼挤出机并通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)增强聚苯硫醚(PPS)复合材料，并对其微观形貌、动态力学性能、力学性能和导电性能进行了研究，且对相关的影响因素进行了分析。结果表明，适当降低挤出机转子转速、提高CF含量可以改善PPS/CF复合材料的力学性能和导电性能；当转子转速为200r/min时，采用含量为20 % (质量分数，下同)的CF制得的PPS/CF复合材料的冲击强度达到49.94 J/m，体积电阻率达到60.65 Ω·cm，均优于纯PPS。     

碳纳米管/碳纤维增强聚苯硫醚复合材料研究

研究了采用碳纤维(CF)和碳纳米管(CNTs)增强聚苯硫醚(PPS)的力学性能和导电性能。实验分别采用CF和CNTs为添加剂,通过球磨混合后在平板硫化机上进行模压成型,制备出CF/PPS、CNTs/PPS和CNTs/CFPPS/复合材料。采用万能试验机测试复合材料的拉伸性能;采用数字式四探针测试仪测试材料的电导率。实验研究了CF和CNTs含量对其复合材料的导电性能和力学性能的影响,并进一步研究同时添加CF和CNTs对复合材料增强作用。通过分析复合材料的导电性能和力学性能,分别得出CF含量为20%、CNTs含量为15%时复合材料的力学性能和导电性能较理想。采用CF和CNTs同时增强PPS时,当CF添加16%、CNTs添加4%时,CNTs/CF/PPS复合材料性能较好。此外,对CF和CNTs增强机制进行初步讨论。     

高导电、低逾渗PLA/CNTs导电复合材料的结构设计及性能研究

通过溶液吸附?熔融法制备了具有低逾渗高导电性能的左旋聚乳酸/右旋聚乳酸/碳纳米管(PLA/PDLA/CNTs)复合材料。在PLA/CNTs复合材料内部通过添加PDLA以提高复合材料的结晶性能,起到良好的体积排斥作用,促进了CNTs的分散,对PLA/PDLA/CNTs复合材料的导电网络结构进行有效调控;随着PDLA含量的增加,PLA/PDLA/CNTs复合材料的导电性能表现出了先增加后降低的趋势,当PDLA的含量仅为0.2%时,PLA/0.2%PDLA/0.6%CNTs的电导率从10^-6 S/m提升到了10^-4 S/m,提高了2个数量级,并且复合材料的导电逾渗值从0.58%(PLA/CNTs)降低到0.45%(PLA/PDLA/0.6%CNTs)。此外,CNTs和PDLA的引入可以有效的提高复合材料的结晶性能和复数黏度,相比于纯PLA,PLA/0.5%PDLA/0.6%CNTs的开始结晶温度(T_o)和最大峰结晶温度(T_p)分别提高了30.6℃和20.8℃。通过力学性能数据分析发现,在CNTs和PDLA...     

PE-HD/CF/HGB三元复合材料的制备及力学性能

以高密度聚乙烯(PE-HD)为基体、碳纤维(CF)为增强材料,采用双辊塑炼工艺制备了PE-HD/CF复合材料,力学性能测试结果表明该复合材料的拉伸和弯曲性能随CF含量的增加而增大,但缺口冲击强度逐渐下降。在该复合材料基础上添加空心玻璃微珠(HGB)制得PE-HD/CF/HGB三元复合材料,力学性能测试结果表明当HGB用量为10份且CF用量为15份时,三元复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度均达到最大,分别为46.98 MPa,45.69 MPa和8.17 kJ/m2,较未加HGB的PE-HD/CF复合材料分别提高了7.19%,4.17%和10.4%。扫描电子显微镜结果表明,HGB主要通过其变形和破坏来吸收冲击能量,从而提高复合材料的韧性。     

钒电池集流板用导电塑料的研制

采用高速搅拌混合的方式制备了高密度聚乙烯/超高分子量聚乙烯/石墨/碳纤维(HDPE/UHMwPE/GP/CF)复合材料,分析了复合材料的导电性能及微观相态结构,并对复合材料的物理机械性能及加工成型性能进行了研究.结果表明:HDPE和UHMWPE发生相分离,UHMWPE占据非导电相,使得导电相HDPE中的导电填料的浓度相对提高,从而有效提高了复合材料的导电性能;HDPE与UHMWPE的质量比为1/3时,复合材料的导电性能最佳;导电填料质量分数为65%时,复合材料的体积电阻达到0.1 Ω·cm,缺口冲击强度为5.2 kJ/m2,材料的成型性良好,具有最优的综合性能,符合钒电池(VRB)集流板的使用要求.     

生物可降解聚乳酸的无卤阻燃与增韧改性研究

选用次磷酸铝(AHP)与聚乳酸(PLA)熔融挤出共混制备无卤阻燃PLA复合材料,采用氮系阻燃剂(MCA)与次磷酸铝进行复配,并通过添加增韧剂乙烯-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(EMA-GMA)改善阻燃PLA的冲击性能。研究结果表明,随着磷系阻燃剂AHP用量的增加,聚乳酸的阻燃性能提高;当AHP添加量为20%时,阻燃PLA复合材料的氧指数为29.0%,UL94测试达到V-0级,AHP与MCA有一定的阻燃协同作用。随增韧剂EMA-GMA用量的增大,阻燃聚乳酸复合材料的韧性较未改性的阻燃聚乳酸材料有明显增加。当EMA-GMA质量分数为15%时,改性聚乳酸复合材料的断裂伸长率比PLA阻燃复合材料提高5倍;缺口冲击强度增加了54.8%,无缺口冲击强度增加了230%。     

CNT基木塑复合材料的力学性能、电磁屏蔽性能

采用碳纤维(CF)和碳纳米管(CNT)通过模压工艺制备出具有电磁屏蔽功能的丙烯酸酯木塑复合材料。借助材料试验机、动态热机械分析仪、微欧计和电磁屏蔽测量仪等详细研究CNT质量分数对丙烯酸酯木塑复合材料弯曲性能、动态力学性能、电阻率和电磁屏蔽效能的影响。结果表明,添加质量分数为2%的CNT,使得复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量分别增加了10%和16%。复合材料的储能模量也在CNT质量分数为2%时达到最大值,之后储能模量随着CNT的增加而逐渐下降,损耗因子在CNT质量分数多于2%时也逐渐增加。复合材料的吸水率和导电性能随着CNT含量的增加而增加。同时复合材料的电磁屏蔽效能也随着CNT含量增加而递增。在30~1 500 MHz范围内,电磁屏蔽效能从27 d B增加到40 d B。结果证明,当CNT质量分数在2%时,丙烯酸酯木塑复合材料具有较佳的力学性能和较好的电磁屏蔽效能(30 d B),能满足商业要求。     

聚乳酸增韧改性研究

采用熔融共混法,将聚乳酸(PLA)分别与丁二醇-己二酸-对苯二甲酸共聚物(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)共混制备生物降解复合材料,并模压成型。研究了3种复合材料的拉伸性能、冲击性能及断面微观形貌。结果表明:PBAT、PBS和PPC均能提高PLA的断裂伸长率和冲击强度;与PBS和PPC相比,PBAT与PLA的相容性更好;随着PBAT含量的增加,增韧PLA材料的冲击强度逐渐上升,但PBAT与PLA的相容性逐渐变差。     

环氧大豆油对TPS/PLA复合材料性能的影响

制备了热塑性淀粉(TPS)/聚乳酸(PLA)生物降解复合材料,探讨了环氧大豆油(ESO)对复合材料断面形貌、热流率、生物降解性能以及物理性能的影响。结果表明:ESO的添加能够促进TPS塑化,提高TPS/PLA体系相容性能,使复合材料拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度明显提高。其中,拉伸强度、冲击强度随ESO含量的增加先升高后降低,而断裂伸长率则单纯与ESO含量呈正相关关系。在ESO含量为6份时,复合材料拉伸强度从23.9 MPa提高到24.3 MPa,在ESO含量为8份时,复合材料冲击强度从5.9 kJ/m~2提高到7.2 kJ/m~2,在ESO含量为10份时,复合材料断裂伸长率从32%提高到98%。并且ESO含量的增加还能提高复合材料生物降解速率,在ESO含量为10份时,复合材料完全降解时间由240 d降至210 d,在ESO含量为4～6份时,复合材料具有良好的耐热、耐水和耐油性能。     

PLA/PBS生物降解复合材料制备与性能研究

利用可降解性高分子聚乳酸(PLA)及聚丁二酸丁二醇酯(PBS)制备PLA/PBS生物降解复合材料。通过添加紫外线吸收剂和受阻胺类光稳定剂,以模拟自然光源方法对材料进行加速室外老化测试,分析户外照明条件下复合纤维的使用寿命。研究了材料复合比例及双螺杆混炼工艺参数对PLA/PBS/Additives复合材料性能的影响,并探讨复合材料的耐候性、热性能及力学性能。结果表明,与纯PLA相比较,复合材料的弯曲强度仅降低了6.04%,而拉伸强度冲击强度分别提高了18.51%及32.73%,且经过960 h的紫外线加速老化试验,其拉伸强度保持率为95.72%,比纯PLA高45.56%。延伸率保持率为90.14%,比纯PLA高33.95%。其次,将该复合材料通过激光熔融静电纺丝法取得初生纤维,利用反应曲面法建立回归模型,结合多目标粒子群算法针对模型及工艺参数做优化处理。结果表明,该复合材料的纤维强度相较于同为生物可分解材料的PLA/PBS/Additives复合材料,其纤维强度和断裂伸长率分别提升了52.8%和26.08%。