加载金属催化剂在碳纤维表面生长多尺度碳纳米管增强体EI北大核心CSCD

用化学气相沉积法在高强度碳纤维表面生长碳纳米管(CNTs)多尺度增强体,研究了加载金属催化剂成分对CNTs生长前后碳纤维强度的影响。结果表明:在500℃金属催化剂成分对还原后催化剂颗粒的形貌和碳纤维的强度影响不大,但是对CNTs的生长速度和碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的强度有显著的影响。高催化效率不仅有利于碳纤维表面CNTs的高效合成,还促进碳纤维表面损伤的修复。Fe-Cu和Ni-Cu催化体系具有较高的催化效率,碳纤维表面催化生长CNTs后其拉伸强度分别提高了12.26%和12.80%。     

加载金属催化剂在碳纤维表面生长多尺度碳纳米管增强体

用化学气相沉积法在高强度碳纤维表面生长碳纳米管(CNTs)多尺度增强体,研究了加载金属催化剂成分对CNTs生长前后碳纤维强度的影响。结果表明:在500℃金属催化剂成分对还原后催化剂颗粒的形貌和碳纤维的强度影响不大,但是对CNTs的生长速度和碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的强度有显著的影响。高催化效率不仅有利于碳纤维表面CNTs的高效合成,还促进碳纤维表面损伤的修复。Fe-Cu和Ni-Cu催化体系具有较高的催化效率,碳纤维表面催化生长CNTs后其拉伸强度分别提高了12.26%和12.80%。     

碳纤维表面生长碳纳米管及其增强复合材料性能的研究

通过电化学阳极氧化法改性碳纤维表面,利用浸渍法在连续的碳纤维表面加载了均匀的催化剂前驱体涂层,并通过化学气相沉积法(CVD)在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管。利用场发射扫描电镜(FESEM)研究了电化学氧化电流强度对碳纤维表面加载催化剂颗粒的形貌与碳纤维表面催化生长碳纳米管形貌的影响,发现最佳的电化学氧化电流强度为0.4 A;Co作为催化剂时,500℃气相沉积10min后制备的复合材料层间剪切强度与未做任何处理的碳纤维及脱浆后的碳纤维作为增强体时相比,分别提高了11.0%与26.5%。     

催化剂加载对连续碳纤维表面生长碳纳米管的影响

通过化学气相沉积(CVD)在碳纤维表面还原得到均匀细小的催化剂颗粒并在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管(CNTs)。系统研究了催化剂种类以及浓度对碳纳米管产量和微观组织结构的影响,探究了碳纤维的浸润性能和单丝强度的变化。结果表明,Ni的催化活性最高,Co的催化活性适中,产生的CNTs较为均匀、规整,当催化剂浓度为0.02mol/L时,碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的拉伸强度最大。碳纤维表面生长CNTs,促使碳纤维的表面粗糙度增加,与树脂之间的结合变强,从而提高了碳纤维与环氧树脂之间的浸润性。     

稀土Ce接枝碳纳米管-碳纤维多尺度增强体对环氧树脂基复合材料界面性能的影响

将马来酰亚胺官能化的多壁碳纳米管(CNTs)和碳纤维(CF)混合并通过CeCl₃处理,得到CNTs-CF多尺度增强体,采用FTIR、XPS、SEM对增强体的表面物理化学状态进行表征;以环氧树脂(EP)为基体,通过模压法制备CNTs-CF/EP复合材料,对其力学性能和断口形貌进行分析,探讨CNTs-CF多尺度增强体对CNTs-CF/EP复合材料界面性能的影响。结果表明:通过Ce的桥接作用,可以将改性后的CNTs化学接枝在CF表面,以同时解决CF与树脂基体间界面结合弱及CNTs不易分散的问题,有效改善了增强体与基体间的界面性能。因此CNTs-CF/EP复合材料的拉伸强度和杨氏模量较CF/EP复合材料分别提高了36.76%和71.57%;较CeCl₃改性CF(RECF)/EP复合材料分别提高了24.79%和52.17%。采用稀土Ce的化学接枝法成功制备出CNTs-CF多尺度增强体,为获得高级轻质树脂基复合材料提供了一种环境友好的新方法。      

CF-CNTs多尺度增强体的制备及CF-CNTs/环氧树脂复合材料力学性能

利用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维(CF)表面生长碳纳米管(CNTs),制备了CF-CNTs多尺度增强体,增强体与环氧树脂(EP)结合得到CF-CNTs/EP复合材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)等方法研究了不同CVD工艺参数对CF-CNTs多尺度增强体的影响,并研究了不同CVD时间对CFCNTs/EP复合材料力学性能的影响。结果表明:沉积温度为500℃、沉积时间为10min、反应压力为0.02 MPa时,制备得到的多尺度增强体性能最好。CF-CNTs多尺度增强体较未生长CNTs的碳纤维与环氧树脂的浸润性明显提高。在CVD时间为10min时,所得CF-CNTs/EP复合材料的界面剪切强度(IFSS)最大可提高90.6%,层间剪切强度(ILSS)最大可提高24.4%。同时,在制备环氧树脂复合材料过程中碳纤维的不加捻与加捻相比,其ILSS提高了11.3%。     

碳纤维形貌结构对其电化学氧化行为及其复合材料界面性能的影响

通过调控原丝工艺,制备得到形貌结构不同、力学性能相近的PAN基碳纤维(CF),用以模拟碳纤维表面光滑与沟槽结构对其电化学氧化行为的影响。研究表明:原始形貌光滑碳纤维在电化学过程中保持形貌能力较强,相同的电化学氧化强度下,其表面氧碳比高于原始表面粗糙的碳纤维,表明其氧化程度高。X射线光电子能谱(XPS)分峰结果表明,二者表面氧含量差别来自于表面羰基含量的差异。力学性能测试结果表明具有沟槽形貌的碳纤维拉伸强度及拉伸模量提高的幅度较大,其中拉伸强度提高最大值为17.3%。将氧化前后的碳纤维制备成碳纤维增强树脂基复合材料,探讨碳纤维形貌结构对其复合材料界面性能的影响。结果表明:由具有沟槽形貌的碳纤维制备得到的复合材料层间剪切强度(ILSS)较高,表明碳纤维表面物理形貌也是影响复合材料界面的重要因素。     

碳纤维表面原位固相协同生长纳米碳管

在碳纤维(CF)表面直接原位生长碳纳米管(CNTs),可有效避免CNTs分散不均的问题,充分发挥二者的优势,对获得高层间性能的碳纤维增强树脂基复合材料(CNTs-CF/EP)具有重要的意义。本文对CF进行表面改性处理,在CF表面负载催化剂粒子,然后通过原位生长法并在助催化剂噻吩的协同作用下,在CF表面固相生长了CNTs。此方法得到的CNTs-CF,不仅有效避免CNTs在基体中的相互缠绕、难以分散等问题。而且由于生长CNTs的碳源主要来自CF,二者结合强度较高,对提高CNTs-CF/EP的层间性能非常有利。借助于SEM、XRD及FT-IR等分析测试手段,研究了催化剂Ni(NO_3)_2·6H_2O浓度对表面长有CNTs的CF的形貌、结构及其性能的影响。结果表明:在适当的催化剂浓度(0.2mol·L~(-1))负载中,CF表面能够生长出结合牢固、垂直生长且均匀分布的CNTs,但力学性能有所下降。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

表面修饰碳纳米管对玻璃纤维及复合材料的性能影响

玻璃纤维因良好的力学性能被广泛应用于增强复合材料,而玻璃纤维与树脂基体的界面是影响复合材料性能的关键因素之一。实验中将碳纳米管(CNTs)改性后均匀地分散到浸润剂中,利用玻璃纤维在线成型工艺直接涂覆到玻璃纤维表面并制备复合材料。通过力学性能测试和显微形貌分析,结果表明CNTs能较好地分散于浸润剂和玻璃纤维表面,发现0.5%(质量分数)CNTs可以显著提高玻璃纤维的拉伸强度,并能显著改善纤维和基体的结合强度,从而提高复合材料的强度。     

碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响

用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。      

碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究

传统的水泥混凝土材料由于功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度差,在一些特殊领域中的应用受到了很大限制.碳纤维由于具有高比强度、高比模量、密度小、耐腐蚀、导电性好、对人畜无害等优异性能而颇受材料科学工作者的青睐,被视为许多复合材料的优良增强体.将碳纤维加入到水泥基体中,制成碳纤维增强水泥基复合材料,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是能把普通的水泥建筑材料变成对温度和应力敏感、具有自感知内部应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的智能材料.     

用CVI工艺制备的低密度单向C/C复合材料的阻尼性能

用化学气相渗透工艺（ＣＶＩ）制备出几种不同密度及不同炭纤维类型增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料。在国内自制多功能内耗仪上用扭摆法测试其阻尼性能。结果表明,低密度单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼随密度的升高而降低。同种工艺条件,高模炭纤维Ｔ－５０增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼性能优于高强炭纤维Ｔ３００增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料,且前者在８０￣２００℃范围内有一明显的内耗峰。纤维类型和界面微观结构是影响这类单向Ｃ／Ｃ复     

Carbon and glass hierarchical fibers: Influence of carbon nanotubes on tensile,flexural and impact properties of short fiber reinforced composites

Dense carbon nanotubes (CNTs) were grown uniformly on the surface of carbon fibers and glass fibers to create hierarchical fibers by use of floating catalyst chemical vapor deposition. Morphologies of the CNTs were investigated using scanning electronic microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Larger diameter dimension and distinct growing mechanism of nanotubes on glass fiber were revealed. Short carbon and glass fiber reinforced polypropylene composites were fabricated using the hierarchical fibers and compared with composites made using neat fibers. Tensile, flexural and impact properties of the composites were measured, which showed evident enhancement in all mechanical properties compared to neat short fiber composites. SEM micrographs of composite fracture surface demonstrated improved adhesion between CNT-coated fiber and the matrix. The enhanced mechanical properties of short fiber composites was attributed to the synergistic effects of CNTs in improving fiber–matrix interfacial properties as well as the CNTs acting as supplemental reinforcement in short fiber-composites.     

电解液对PAN-基碳纤维电化学改性效果的影响

分别采用磷酸、氢氧化钠和碳酸氢铵3种电解液对PAN-基碳纤维进行电化学改性处理,研究电解液种类对碳纤维电化学改性效果的影响规律.通过酸碱滴定法、原子力显微镜表征和复合材料界面剪切强度(IFSS)测试,分析纤维表面酸性官能团含量、表面形貌及其复合材料界面强度的变化规律.研究结果表明:采用磷酸和氢氧化钠电解液处理时,纤维表面酸性官能团含量随着电流强度的增加先迅速增大而后逐渐减少,电流强度为0.4 A/g时达到最大值;采用碳酸氢铵电解质时,纤维表面酸性官能团含量随着电流强度的增大先缓慢增大而后迅速减少,电流强度为1.4 A/g时达到最大值.针对纤维表面形貌的AFM分析表明,在磷酸和氢氧化钠电解液中处理时,复合材料的IFSS主要受纤维表面刻蚀作用的影响,而采用碳酸氢铵电解液处理时,复合材料的IFSS主要受纤维表面酸性官能团含量的影响.     

电化学改性对PAN基碳纤维表面状态的影响

采用电化学氧化法对聚丙烯腈(PAN) 基碳纤维进行表面改性, 利用扫描电子显微镜(SEM) 、原子力显微镜(AFM) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和X 射线衍射(XRD) 对改性后的碳纤维表面状态进行了研究。同时探讨了碳纤维表面状态与其抗拉强度及其复合材料力学性能的关联。研究结果表明, 碳纤维经电化学氧化后, 表面的粗糙度提高了1.1 倍; 表面碳含量降低了9.7 %, 氧含量提高了53.8 %, 氮含量增加了7.5 倍, 羟基和羰基含量也有不同程度的提高; 表面取向指数减小了1.5 %, 表面微晶尺寸减小, 表面活性碳原子数增加了78 %。电化学氧化法的刻蚀作用致使碳纤维拉伸强度降低了8.1 %, 但同时也改善了碳纤维表面的物理性质和化学性质, 提高了碳纤维与树脂间的粘结性, 使复合材料的ILSS 提高26 %。      

Effect of surface treatment of carbon fibers with gamma-ray radiation on mechanical performance of their composites

Gamma-ray radiation was used to surface treat PAN carbon fibers. The efficiency of gamma-ray radiation was compared with air oxidation in terms of variations in the surface structure of carbon fibers and the mechanical performance of their composites. It was observed that the composites reinforced with the gamma-radiated carbon fibers showed higher interfacial adhesion strength and thus better flexural and shear properties than the composites reinforced with air-treated fibers. The observed higher content of carboxyl group on the surface of the gamma-radiated carbon fibers is likely to be responsible for the stronger fiber-matrix bonding. It is concluded that gamma-ray radiation is an effective approach of tailoring surface properties of carbon fibers.