石墨烯纳米复合材料热膨胀特性的理论研究

采用基于Eshelby-Mori-Tanaka方法的数学模型,对石墨烯纳米复合材料的热膨胀特性进行了理论研究。将石墨烯的形状视为扁椭球形并将其取向随机分布,建立了一种可计算两相石墨烯纳米复合材料热膨胀系数的数学模型。最后,通过与环氧树脂/石墨烯纳米复合材料的热膨胀系数的实验结果进行比较,验证该理论研究的准确性。结果表明,添加石墨烯可有效降低纳米复合材料的热膨胀系数,且纳米复合材料的热膨胀系数受石墨烯的含量、团聚效应和网络结构等因素的影响。     

体育器械用碳纤维复合材料的工艺优化与性能研究

以功能化NdFeB粉体、改性碳纤维和环氧树脂为原料制备了体育器械用碳纤维布增强环氧基复合材料,研究了KH550和NdFeB含量对复合材料磁通量的影响。结果表明,未添加KH550的复合材料的磁通量为9. 23mWb,添加1%～5%KH550后,复合材料的磁通量都有不同程度提高,且随着KH550含量的提升,复合材料的磁通量呈现先增加而后减小的趋势,在KH550含量为2%时取得磁通量最大值。随着Nd FeB含量从20%增加至80%,碳纤维布增强环氧基复合材料的磁通呈现逐渐增加的趋势,Nd FeB含量对碳纤维布增强环氧基复合材料的磁通影响较小;在25℃～125℃范围内,石墨烯改性碳纤维前后的复合材料的退磁率都保持在5%以内,即都具有较好的磁性能稳定性,但是经过石墨烯改性的复合材料在NdFeB含量为20%～80%时的退磁率都低于未处理的复合材料。     

环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的电磁吸波性能

为了制备具有一定电磁吸波性能的结构型吸波材料,采用喷涂法制备了负载石墨烯微粒的玻璃纤维预浸料,并通过热压罐成型工艺进行固化,制备了环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料。研究了石墨烯含量对吸波复合材料电磁性能、吸波性能和力学性能的影响。通过三点弯曲测试结果可知,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的弯曲强度先增大后减小,弯曲弹性模量增大,但总体变化幅度较小。矢量网络分析仪测试结果表明,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的介电常数逐渐增大,磁导率几乎不变,介电损耗正切角值逐渐增大。分析反射损耗计算结果可知,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的吸波性能主要由复合材料的厚度和石墨烯含量决定,随着复合材料厚度的增大,反射损耗峰值逐渐朝低频移动;随着石墨烯含量的增加,复合材料的吸波性能逐渐增大。当石墨烯质量分数为2.5%、复合材料厚度为1.7 mm时,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料具有最佳的吸波效果,此时反射损耗峰值为-11.8 dB,有效带宽为1.45 GHz。     

低温烧结玻璃/陶瓷复合材料的微结构及性能

借助钙长石陶瓷和硼酸盐玻璃良好的介电和热膨胀性能,制备了一系列玻璃/陶瓷复合材料,并对这些复合材料进行了X射线衍射分析、扫描电镜观察和性能测试.结果表明:复合材料的介电常数、热膨胀系数和显微硬度随着陶瓷含量的增加而增加,其介电损耗则随陶瓷含量的增加而减小.陶瓷含量(质量分数≥60%)高的复合材料在高于850℃烧结时析出一定量的α-石英和方石英,这增加了材料的热膨胀系数,但对其介电常数影响不大.所制备的复合材料具有高的相对密度(≥96.5%)、低的介电常数(5～6)、低的介电损耗(0.10%～0.42%)、低的热膨胀系数(4.6×10-6～6.5×10-6/℃)和低的烧结温度(≤900℃),有望用作介电材料和基板材料.     

长玻纤增强尼龙66复合材料性能的研究

在自制装置中用硅烷偶联剂KH550对长玻纤(LGF)进行表面处理后,采用熔融共混法制备了尼龙66/长玻纤复合材料。采用微机全自动热膨胀系数测定仪记录了玻纤增强尼龙66复合材料的热膨胀曲线,分析了玻纤含量、温度对复合材料热膨胀系数的影响,结果表明,随着玻纤含量的增加,复合材料的热膨胀系数显著下降,最大降低了74.2%;随着温度的升高,复合材料的热膨胀系数先增大后减小最后趋于平衡,转折温度在37℃左右。测试了复合材料的力学性能,结果显示复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度随玻纤含量的增加而大幅度提高,最大分别增加了173%、186%和283%。通过扫描电镜观察到玻纤嵌入尼龙66基体中,与尼龙66形成了良好的界面黏结。     

纳米ZnO改性环氧树脂研究

以镀锌渣为原料制备纳米ZnO,研究纳米ZnO的含量对EP/纳米ZnO复合材料的拉伸、弯曲和冲击等力学性能的影响。结果表明:添加普通ZnO和纳米ZnO均增加环氧树脂的拉伸强度和弯曲强度。随着普通ZnO含量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲强度增加。然而,随着纳米ZnO含量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲强度的增加幅度先增加后减小,当纳米ZnO含量为5%时,拉伸强度和弯曲强度最大。在含量相同的情况下,纳米ZnO增强效果优于普通ZnO;添加普通ZnO会降低环氧树脂的冲击强度,而一定量的纳米ZnO能增加其冲击强度。随着纳米ZnO含量的增加,复合材料的冲击强度也逐渐增大,当其含量为5%时,冲击强度最大。     

电动汽车用La-Fe-B储氢合金的制备与电化学性能研究

研究了石墨烯含量对储氢合金物相组成和电化学性能的影响。结果表明,不同石墨烯含量储氢合金都主要由La₃Ni₁₃B₂、LaNi₅和（Fe,Ni）相组成,La₃Ni₁₃B₂和（Fe,Ni）相晶胞体积会随着石墨烯含量增加而增大,LaNi₅相晶胞体积会随着石墨烯含量增加而减小。当石墨烯质量分数从0%增加至6%时,储氢合金的最大放电容量先增加后减小,在石墨烯质量分数为4%时取得储氢合金放电容量最大值（288.5 mA·h/g）,且当循环周期为100次时,石墨烯质量分数为4%和6%的储氢合金的放电容量仍然高于未添加石墨烯的储氢合金。相同温度下,添加石墨烯的储氢合金的放电容量都高于未添加石墨烯的储氢合金,且石墨烯质量分数为4%的储氢合金具有最大放电容量。随着石墨烯质量分数从0%增加至6%,储氢合金的电荷转移电阻先减小后增大、电流密度和扩散系数先增大后减小,在石墨烯质量分数为4%时取得电荷转移电阻最小值、电流密度和扩散系数最大值,适宜的石墨烯添加量为4%。     

功能化石墨烯掺杂熔盐的制备及性能研究

通过物理混合方法,在由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂组成的熔盐中加入不同量的氧化石墨烯（GO）、钠化石墨烯（Na-GO）和钾化石墨烯（K-GO）,制得3个系列熔盐复合材料,考察功能化石墨烯的含量,氧化、钠化、钾化对熔盐复合材料熔点、热分解温度、热传导率、黏度等物化性质的影响。结果发现在添加量为0.1%~5%范围内,随着功能化石墨烯添加量的增加,熔盐复合材料的熔点先逐渐下降,后下降趋平缓,其中Na-GO对熔盐熔点下降作用最为明显;熔盐复合材料的起始分解温度随着功能化石墨烯添加量的增加而提高。GO、Na-GO和K-GO的加入提高了熔盐复合材料的热传导率,降低了其流动性能。综合考虑各种因素,在熔盐中添加0.5%~1%的Na-GO,所得熔盐复合材料的综合性能较好。     

环氧树脂/石墨烯复合材料的制备及其性能

为提高环氧树脂的导电性能和电磁屏蔽性能,将石墨烯作为导电填料添加到环氧树脂中制备了环氧树脂/石墨烯复合材料,并研究了石墨烯含量对复合材料力学性能及微观形貌的影响。结果表明：添加石墨烯使复合材料的电导率和电磁屏蔽效率显著提高。石墨烯含量为10.0%(w)时,复合材料的电导率和电磁屏蔽效率分别为1.34×10^-3 S/m,2.95 dB;石墨烯含量为7.5%(w)时,复合材料的冲击强度为1.67 kJ/m²,较纯环氧树脂提高了50%。     

体能训练器械用胶粘剂的改性与性能研究

采用乳化分散工艺和超声分散工艺对体能训练器械用石墨烯/环氧树脂胶粘剂进行预分散处理,研究了氧化石墨烯对环氧树脂胶粘剂的改性作用,并分析了其含量对各项性能的影响。结果表明,改性胶粘剂的储能模量会随着氧化石墨烯含量增加而逐渐增大,当氧化石墨烯含量为2.0%时取得储能模量最大值。随着氧化石墨烯含量的增加,氧化石墨烯改性胶粘剂的冲击强度和硬度整体呈现先增后减;氧化石墨烯含量对胶粘剂抗拉强度的影响规律与对胶粘剂硬度的影响规律相同,即氧化石墨烯含量为1.8%时具有较高的抗拉强度和硬度。对于体能训练器械用胶粘剂而言,适宜的氧化石墨烯添加量为1.8%。     

SCF/rGO协同改性环氧树脂的力-电性能的研究

将还原氧化石墨烯(rGO)与短切碳纤维(SCF)按一定比例混合,制备SCF/rGO协同改性环氧树脂复合材料,研究添加rGO前后复合材料的体积电阻率和硬度变化,分析SCF和rGO含量对复合材料力电性能的影响。结果表明,添加rGO前,短切碳纤维/环氧树脂复合材料(SCF/EP)的体积电阻率随SCF含量的增加逐渐减小,整体变化趋势分为三个阶段,同时其维氏硬度成对数比例上升。材料在拉伸应变小于0.2%时表现出线弹性行为,电阻变化率(ΔR/R_0)随应变呈现出先线性变化,后逐渐趋于指数变化的规律。添加rGO后,复合材料(SCF/rGO/EP)的电导率、维氏硬度和拉伸性能均显著提高,应变灵敏系数大幅下降,离散度大幅减小,说明rGO与SCF协同实现了导电网络的有效优化。     

C/PyC/Si-C-N复合材料的热物理性能研究

本研究采用CVI方法制备出了以Si-C-N陶瓷为基体以热解碳为界面的碳纤维增强陶瓷基复合材料(C/PyC/Si-C-N).用热膨胀仪和激光导热仪分别测试了C/PyC/Si-C-N的热膨胀性能和热扩散性能.研究结果表明:在25～1200℃范围内,C/PyC/Si-C-N复合材料的平均热膨胀系数为0.638×106 K-1;而热扩散率则随温度的升高而减小,并与温度呈一种指数关系,常温下的热扩散率约为0.00925 cm2·s-1.     

纳米Al_2O_3颗粒改性环氧树脂的热性能研究

研究了纳米氧化铝增强环氧树脂复合材料的热力学行为其中包括:固化行为,热稳定性,动态力学特性和热力学性能。纳米复合材料的DSC曲线峰值温度随着纳米级氧化铝的逐渐增加呈递减趋势。复合材料的热稳定性类似于纯环氧树脂。动态力学分析(DMA)表明复合材料的玻璃化转变温度较纯环氧树脂高出约11℃。热膨胀系数随着复合材料中纳米级氧化铝的增加而降低。     

石墨烯/炭黑/三元乙丙橡胶复合材料的制备与性能研究

采用硅烷偶联剂KH570改性氧化石墨烯,并还原制备石墨烯。用机械共混的方法制备石墨烯/炭黑/三元乙丙橡胶复合材料,研究了石墨烯/炭黑/三元乙丙橡胶复合材料的硫化性能、力学性能、磨耗性能以及复合材料的微观结构。结果表明,随着石墨烯的添加量的增加,复合材料拉伸强度逐渐提高,当添加量为1. 5 phr时,拉伸强度的数值达到最高,为21. 3 MPa,提高了约29%。而扯断伸长率则呈相反趋势。     

木质纤维填料对PE–HD基木塑复合材料热性能的影响

分别以木粉、竹粉、稻壳粉三种木质纤维为填料,高密度聚乙烯(PE–HD)为基体,采用模压成型法制备木塑复合材料,对复合材料的热膨胀性能和热失重特性进行了研究。结果表明,三种木质纤维填充PE–HD复合材料的线性热膨胀系数顺序为:PE–HD/木粉复合材料PE–HD/竹粉复合材料PE–HD/稻壳粉复合材料;PE–HD/木粉复合材料的线性热膨胀系数随着木粉含量的增加和木粉粒径的减小而减小,木粉质量分数为65%、粒径为150μm时,复合材料的线性热膨胀系数最小。PE–HD基木塑复合材料的热分解过程分为两个阶段,第一阶段主要为木质纤维分解阶段,第二阶段主要是PE–HD分解阶段;PE–HD/木粉复合材料起始失重温度高于竹粉和稻壳粉填充的复合材料;且PE–HD/木粉复合材料中木粉含量越高,第一阶段分解速率及失重量越大;木粉粒径越小,复合材料起始分解温度越低。     

石墨烯/聚氨酯复合材料的制备及微孔发泡行为研究

通过超临界CO_2发泡技术制备了一种石墨烯/聚氨酯(G/TPU)发泡材料。通过热重、扫描电镜等探讨了石墨烯的添加量对复合材料的热稳定性、泡孔形貌、泡孔密度等的影响。实验结果表明,石墨烯含量越多,复合材料热稳定性越好;随着石墨烯含量的增加,发泡颗粒的泡孔尺寸逐渐减小,形状更为均一。     

电热双敏型形状记忆石墨烯/聚氨酯/环氧树脂复合材料的制备及其性能

以自制聚氨酯预聚体与环氧树脂复合形成互穿聚合物网络结构,采用共混方法添加自制高导电性石墨烯,制备了电热双敏型形状记忆复合材料,研究了其性能. 结果表明,以20%(w)聚氨酯/环氧树脂为基体所制1.0%(w)石墨烯/聚氨酯/环氧树脂复合材料的分散性良好,玻璃化转变温度稍低于纯环氧树脂,拉伸强度是纯环氧树脂的93%,导电性达3.58′10-4 S/m,固定率为95.5%,回复率为97.5%,循环5次后固定率不低于95%.     

聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料的制备及性能研究

用溶液共混法制备出聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合材料(PVDF/GO)，经高温热压将GO还原得到聚偏氟乙烯/还原氧化石墨烯复合材料(PVDF/rGO)。研究了填料种类及含量对复合材料电学性能、热稳定性和力学性能的影响。结果表明：随GO和rGO的添加，两种复合材料的介电常数(ε _r)均变大、介电损耗(tanδ)变化不大；低含量下GO和rGO均能提高PVDF的热稳定性，但rGO对PVDF性能的改善效果更好；随填料含量从0增加到8%(质量)，100 Hz下PVDF/rGO复合材料的ε _r从3.60增加到38.30，PVDF/rGO[4%(质量)]复合材料失重率为5%的分解温度较纯PVDF提高了6.44℃。rGO增强了PVDF的刚性，PVDF/rGO复合材料的拉伸强度先增大后减小，杨氏模量逐渐增大，当rGO含量为4%(质量)时拉伸强度最大，拉伸强度和弹性模量分别较纯PVDF提高了35.30%、22.58%。但GO和rGO都降低了复合材料的击穿场强。     

新型水泥基复合材料的制备及应力对其力学和热电性能的影响

通过碳纤维耦合膨胀石墨的方法制备了碳纤维/膨胀石墨水泥基复合材料,考察了外加环境载荷对复合材料力学性能和热电性能的影响。结果表明,单独添加1.2%碳纤维或者复合添加1.2%碳纤维+5%膨胀石墨都会减小水泥基体的抗压强度;外加应力的存在会减小碳纤维/膨胀石墨水泥基复合材料的Seebeck系数并增加电导率。ZT值随温度的变化趋势与功率因数随温度的变化趋势相同;随着外加应力的增加,碳纤维/膨胀石墨水泥基复合材料的功率因数和ZT值都呈现先减小,后增大然后再减小的特征,在外加应力为4 MPa时取得功率因数和ZT最小值。     

PP/稀土铝酸锶复合材料流变性能研究

采用毛细管流变仪对聚丙烯(PP)/稀土铝酸锶复合材料的流变性能进行了研究,主要分析了温度、稀土铝酸锶含量对PP/稀土铝酸锶样品的表观黏度、非牛顿指数、黏流活化能和结构黏度指数的影响。结果表明,随着稀土铝酸锶添加量的增加、温度的升高,PP/稀土铝酸锶熔体表观黏度逐渐降低;在相同温度下,随着稀土铝酸锶含量的增加非牛顿指数n出现先增大后减小,在稀土含量一定的条件下,随着温度的升高,非牛顿指数逐渐增大;随着稀土铝酸锶含量的增大,黏流活化能先减小后增大;随着温度的提高,结构黏度指数逐渐降低,而随着稀土铝酸锶含量的增加,结构黏度指数呈先降低后增加的趋势。