热塑性酚醛树脂对碳纤维环氧树脂基复合材料性能的影响

利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和三点短梁法对添加不同含量的热塑性酚醛树脂(PF)的复合材料体系改性效果进行了研究,考察了不同含量的酚醛树脂对固化体系力学性能及热性能的影响.结果表明,随着酚醛树脂含量的增加,碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)的弯曲强度和弯曲弹性模量呈递减趋势;层间剪切强度(ILSS)呈现先增加后减小的趋势,当酚醛树脂的含量为20%时,层间剪切强度达到111.31MPa,提高约7%;热稳定性较其它含量时高,复合材料体系的综合性能最好.     

热塑性酚醛树脂对碳纤维环氧树脂基复合材料性能影响

利用热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和三点短梁法对添加不同含量的热塑性酚醛树脂(PF)复合材料体系改性效果进行了研究,考察了不同含量的酚醛树脂对固化体系力学性能及热性能的影响.结果表明:随着酚醛树脂含量的增加,碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)的弯曲强度和弯曲弹性模量呈递减趋势;层间剪切强度(ILSS)呈现先增加后减小的趋势,当酚醛树脂的含量为20%时,层间剪切强度达到111.31MPa,提高约7%;热稳定性较其他含量时为高,复合材料体系的综合性能最好.     

氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的热性能和动态力学性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),通过超声分散与苯酚、甲醛进行原位聚合,将所得原位聚合树脂与其它填料一起通过辊炼、模压成型制备GO/酚醛树脂(PF)原位复合材料。研究GO含量对GO/PF原位复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响,使用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的冲击断面形貌。研究结果表明,当GO加入量为1%时,GO/PF原位复合树脂的初始热分解温度比纯酚醛树脂(PF)提高了55.8℃;当GO加入量为0.25%时,GO/PF原位复合材料的冲击强度提高18.6%;当GO加入量为0.5%时,GO/PF原位复合材料的储能模量比纯PF复合材料提高78.3%,Tg提高了8.9℃。SEM观察发现,GO/PF原位复合材料的冲击断面凹凸不平,表明GO的加入能有效提高PF复合材料的力学性能。     

纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料的力学性能

为研究纳米改性对复合材料力学性能的影响,以纳米黏土改性环氧树脂与固化剂混合胶液为基体,以三维正交机织玻璃纤维织物为增强体,利用真空辅助树脂传递模压工艺（Vacuum assisted resin transfer molding,VARTM）,制备纳米增韧三维正交玻璃纤维机织物增强环氧树脂复合材料。分别测试不同质量分数（1wt%、2wt%、3wt%、4wt%）纳米黏土改性复合材料沿0°和90°方向的弯曲和拉伸性能。结果表明:当纳米黏土质量分数为1wt%时,复合材料弯曲强度最大,沿0°和90°方向的弯曲强度分别增大了约7.21%和13.71%,弯曲模量分别增大了约5.69%和16.64%。当纳米黏土质量分数为3wt%时,复合材料拉伸强度最大,沿0°和90°方向的拉伸强度分别增大了约24.96%和27.93%,拉伸模量分别增加了约21.35%和13.26%。这是由于纳米黏土呈纳米尺度以片层状分散于环氧树脂中,增加了两相间的接触面积,提高纤维/树脂界面的结合力,进而增强了复合材料的力学性能。      

GO/TLCP/PF混杂复合材料的热性能和动态力学性能

采用熔融挤出法将热致性液晶聚合物(TLCP)与酚醛树脂(PF)熔融挤出,分别加入氧化石墨烯(GO)、KH550改性GO(KH550-GO)、KH560改性GO(KH560-GO),制备出GO/TLCP/PF混杂复合材料,研究GO的加入对GO/TLCP/PF混杂复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响。结果表明:GO的加入可提高GO/TLCP/PF混杂复合材料的热性能、力学性能以及动态力学性能;仅加入1%KH560改性的GO,GO/TLCP/PF混杂复合材料的冲击强度比PF复合材料提高了25.6%,储能模量提高了28.1%,蠕变和应力松弛性能也得到改善。其原因是,GO与TLCP具有一定的协同增强效应。     

一种含腈基的硅烷偶联剂改性石英纤维/含硅芳炔复合材料

设计并合成了一种含有二腈基的硅烷偶联剂DCA（Dicyanide-containing Silane Coupling Agent）,采用FTIR、1H-NMR、13C-NMR表征了其化学结构。将DCA添加到石英纤维/含硅芳炔（QF/PSA）复合材料体系中,DCA含量为QF的2.0wt%时,常温条件下改性后的QF/PSA复合材料层间剪切强度（ILSS）和弯曲强度分别提升了63.3%和28.1%;250℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别为83.0%和81.9%;500℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别为54.7%和60.0%。偶联剂DCA固化后的热失重5%的温度（T_d5）为357.8℃,900℃时残炭率为55.7%。XPS和DSC数据表明,偶联剂DCA在QF/PSA复合材料界面形成化学桥接,其中腈基在229℃固化,炔基在245℃参与PSA的固化,在PSA与QF间形成强界面层。SEM观察表明,经偶联剂DCA改性后QF/PSA复合材料的破坏属于韧性断裂。新型偶联剂DCA可显著改善QF/PSA复合材料界面,提高其高温力学性能。      

表面处理对玄武岩纤维增强酚醛树脂复合材料界面结合强度的影响

研究了不同浓度盐酸刻蚀处理纤维表面后再进行硅烷KH550、铝锆偶联剂处理对玄武岩纤维增强酚醛树脂基复合材料力学性能的影响,并用扫描电子显微镜观察复合材料表面的胶合情况.结果表明:随着盐酸浓度的提高,玄武岩纤维增强酚醛树脂(BF-PF)复合材料拉伸性能先降低后升高,在12 mol/L时达到最大值,弯曲性能和ILSS均降低,在6mol/L时为最大值.铝锆偶联剂处理的BF-PF复合材料的拉伸性能优于KH550处理的复合材料,但弯曲性能和ILSS低于KH550处理的复合材料.     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

Influence of lubricant filling on the dry sliding wear behaviors of hybrid PTFE/Nomex fabric composite

To improve the antiwear property and load carrying capacity of hybrid PTFE/Nomex fabric/phenolic composites, graphene and graphene oxide (GO) had been synthesized and were employed as fillers, together with graphite. Sliding wear tests show that the wear rates of filler-reinforced PTFE/Nomex fabric composites were reduced greatly when compared to unfilled fabric composite. Besides, it was found that the 2 wt% GO filled PTFE/Nomex fabric composites exhibited the optimal tribological properties. It was proposed that the self-lubrication of GO, the favorable interface stability of the composite, and the uniform transfer film on the counterpart pin contributed together to the reinforced tribological property of GO filled PTFE/Nomex fabric composite. We also investigated the influence of filler content, applied load, sliding speed, and tensile and bonding strength on the tribological properties of PTFE/Nomex fabric composites.     

Basalt woven fiber reinforced vinylester composites: Flexural and electrical properties

A preliminary comparative study of basalt and E-glass woven fabric reinforced composites was performed. The fabrics were characterized by the same weave pattern and the laminates tested by the same fiber volume fraction. Results of the flexural and interlaminar characterization are reported. Basalt fiber composites showed higher flexural modulus and apparent interlaminar shear strength (ILSS) in comparison with E-glass ones but also a lower flexural strength and similar electrical properties. With this fiber volume fraction, scanning electron microscopy (SEM) analysis of the fractured surfaces enabled a better understanding both of the failure modes involved and of points of concern. Nevertheless, the results of this study seem promising in view of a full exploitation of basalt fibers as reinforcement in polymer matrix composites (PMCs).     

热氧老化对碳纤维织物增强聚合物基复合材料弯曲性能的影响

为了探索增强体结构对碳纤维增强聚合物基复合材料(CF-PMCs)热氧老化后弯曲性能的影响,对三维四向编织碳纤维/环氧复合材料(简称为三维编织复合材料)和层合平纹碳布/环氧复合材料(简称为层合复合材料)的热氧老化性能进行了研究。利用FTIR、老化失重、弯曲测试和SEM等手段分析了热氧老化前后的试样。结果表明:热氧老化导致基体树脂的氧化断链以及纤维/基体界面结合力的退化是两种复合材料弯曲强度和弯曲模量下降的原因,弯曲强度比弯曲模量更容易受热氧老化的影响。在相同的热氧老化条件下,层合复合材料的热氧老化失重大于三维编织复合材料的,而三维编织复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率均大于层合复合材料的。在140℃下老化1 200h后,层合复合材料的弯曲强度和弯曲模量保留率分别为74.7%和88.3%,而对应的三维编织复合材料的分别为79.4%和91.5%。因此,采用三维编织预制件作为CF-PMCs的增强体是一种有效的提高其热氧稳定性的方法。     

氧化石墨烯/丁腈橡胶-聚氯乙烯复合材料的隔声性能

为了制备一种轻质隔声复合材料,以氧化石墨烯(GO)为隔声填料,通过熔融共混法制备了GO/丁腈橡胶-聚氯乙烯(GO/NBR-PVC)复合材料。采用SEM、XRD、DMA和万能材料试验机等对GO/NBR-PVC的结构形态、弹性模量和力学性能等进行测试;利用四通道阻抗管系统对隔声性能进行测试。结果表明,GO在NBRPVC基体中分散均匀;GO/NBR-PVC的拉伸强度、弹性模量和阻尼性能明显增大。隔声测试结果表明:GO的添加可以提高GO/NBR-PVC的隔声性能,尤其在低频段。当GO的质量分数分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时,复合材料面密度几乎不变,隔声指数分别提高了0.8dB、1.1dB、1.5dB、1.2dB;而添加质量分数为30%的重质金属(HM)时,HM/NBR-PVC面密度明显提高,而隔声指数只提高了0.6dB。     

含炔基酚醛树脂改性PSA及碳纤维布/PSA-EPAN复合材料性能

合成了乙炔基苯基偶氮酚醛树脂（EPAN）,通过溶液共混的方法用其对含硅芳炔树脂（PSA）进行改性,研究了PSA-EPAN树脂的热性能,并制备了PSA-EPAN的碳布预浸料,经热模压制备碳纤维布（T300CF）增强PSA-EPAN复合材料,对其力学性能进行了研究。结果表明：EPAN均匀分布于PSA树脂中,EPAN共混改性PSA树脂的固化温度提高,混入质量分数为7%的EPAN,N₂中固化PSA-EPAN树脂在800℃残留率超过90%,其玻璃化转变温度高于500℃,PSA-EPAN共混树脂浇铸体的弯曲性能高于PSA树脂,达40.7 MPa,提高了95.5%;PSA树脂经T300CF/PSA-EPAN复合材料力学性能显著提高,弯曲强度达到了423.5 MPa,提高了74%,层间剪切强度（ILSS）提高至29.53 MPa,增加了65%。     

氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料的纳米压痕实验及力学性能

为了研究氧化石墨烯(GO)对聚合物基复合材料力学性能的影响,通过溶液混合法制备了GO/聚乙烯醇(PVA)复合材料。然后,采用XRD、TEM、FTIR、DSC和纳米压痕实验等研究了GO/PVA复合材料的结构、界面结合性能、力学性能、蠕变行为和吸水膨胀率。结果表明:GO可以均匀分散在PVA基体中,二者之间主要通过氢键作用结合,具有较高的界面结合力;与纯PVA相比,1wt% GO/PVA复合材料的硬度和有效弹性模量分别提高了28.9%和23.3%,压入蠕变深度下降了19.8%;GO/PVA复合材料具有较低的无限剪切模量与瞬时剪切模量比,表明GO提高了PVA的蠕变抗力;GO的添加同时增加了GO/PVA复合材料的阻水性并降低了膨胀系数。吸湿纳米压痕实验结果表明:纯PVA的力学性能会随吸湿时间延长而下降,而GO/PVA复合材料吸湿72h后的力学性能基本保持不变。所得结论为石墨烯增强聚合物基复合材料的研究提供了理论指导。      

石墨烯表面性质对水泥砂浆复合材料力学性能和微观结构的影响

近年来,利用石墨烯及其衍生物改善水泥基复合材料性能受到了广泛关注。但是,关于石墨烯表面性质对水泥基材料的性能影响却鲜有报道。为此,采用不同浓度的L-抗坏血酸(10wt%、20wt%、30wt%、50wt%和70wt%)和还原时间(15 min、30 min、45 min和60 min)将氧化石墨烯(GO)转化为还原氧化石墨烯(rGO),然后以相同剂量(水泥质量的0.05%)加入到水泥砂浆复合材料中,研究了不同还原程度的rGO对水泥砂浆力学性能的影响。测试结果表明,通过50wt%L-抗坏血酸还原30 min制备的rGO的加入使水泥砂浆28天抗压强度和抗折强度相比于普通试样分别提高了36.84%和43.24%。SEM等分析表明,GO和不同还原程度的rGO均可促进Ca(OH)₂的结晶和水化硅酸钙凝胶(C-S-H)中二氧化硅四面体的形成,形成致密的微观结构。但存在一个最佳阈值(即通过50wt%的L-抗坏血酸还原30 min),在该阈值下,有利于rGO表面官能团与水化产物的结合。      

石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。     

原位氨基化氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料的制备及性能

以1,4-双（4-氨基-2-三氟甲基苯氧基）苯（6FAPB）和3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐（ODPA）为合成聚酰亚胺（PI）的单体,首先采用原位氨基化方法使氧化石墨烯（GO）与6FAPB反应转变为原位氨基化GO,再与ODPA和剩余的6FAPB发生聚合反应得到原位氨基化GO/聚酰胺酸（PAA）溶液。涂膜后,经热酰亚胺化制备出GO质量分数分别为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt%的原位氨基化GO/PI复合材料膜。利用FTIR、XPS、XRD、UV-vis、TGA、TMA、SEM、拉伸性能测试及接触角测试对原位氨基化GO/PI复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,原位氨基化使GO以化学键与PI大分子链连接,有利于GO在复合材料基体中的稳定和均匀分散。XRD结果表明,所得到的原位氨基化GO/PI复合材料膜均为无定型结构。随GO质量分数增加,原位氨基化GO/PI复合材料薄膜的光学透明性急剧降低,但力学性能和热稳定性有一定提高。当GO的质量分数为1.0wt%时,原位氨基化GO/PI复合材料的拉伸强度由64 MPa增加到83 MPa,杨氏模量由1.67 GPa提高到2.10 GPa,10%热失重温度由593℃增加到597℃,玻璃化转变温度变化不大。由于热酰亚胺化后GO表面的大部分含氧官能团消失,原位氨基化GO/PI复合材料膜的吸水率由0.86%降低至0.58%,水接触角由72.5°增加到77.8°。     

碳纤维-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及表征

采用改进的Hummers法制备了五种具有不同氧化程度的氧化石墨烯（GO）。借助元素分析、X射线光电子能谱及FTIR红外光谱测试对所制备GO的组成及结构衍变进行了表征。利用光学显微镜对不同GO在固化剂异佛尔酮二胺（IPDA）中的分散状态进行观察,并将分散效果最佳的GO试样用于改性碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料。结果表明,随着氧化剂用量及反应时间的增加,GO的氧化程度也随之增加。在氧化程度较低时,GO表面官能团主要以羰基、羧基和酚羟基为主。随着氧化程度的不断提高,GO表面官能团主要为醚、环氧和醇羟基结构。GO在IPDA中的分散状态与其氧化程度密切相关,氧化程度最低和最高的GO均出现明显的聚集现象。另外,GO表面在分散过程中可被IPDA化学改性。在EP基体中加入分散效果最佳的GO（0.2wt%）后,与CF/EP复合材料相比,CF-GO/EP复合材料的弯曲强度、层间剪切强度和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了14%、17%和14%。