含碳纳米管上浆剂改性碳纤维及其复合材料的研究

利用上浆法和含多壁碳纳米管(MWCNT)的上浆剂对碳纤维(CF)进行表面改性,采用手糊成型和热压成型工艺制备CF复合材料,借助扫描电子显微镜(SEM)和电子万能试验机研究MWCNT对CF表面形貌及复合材料力学性能的影响。结果表明,MWCNT在上浆剂中的分散状态会直接影响MWCNT在CF表面分布的均匀性、对CF的改性效果及CF复合材料的力学性能。质量分数为0. 5%MWCNT上浆剂对CF的改性效果较好,经0. 5%MWCNT上浆剂改性CF复丝的拉伸强度与去浆CF相比提高了70. 8%,改性CF复合材料的弯曲强度和层间剪切强度与去浆CF复合材料相比分别提高了42. 8%和72. 9%。     

多壁碳纳米管/有机硅改性环氧树脂复合材料的研制

以有机硅改性EP(环氧树脂)为聚合物基体、经强碱处理及硅烷偶联剂表面改性的MWCNTs(多壁碳纳米管)为功能性填料,采用原位聚合法制备了MWCNTs/有机硅改性EP复合材料。研究结果表明:经表面改性处理后的MWCNTs可在聚合物基体中良好分散,当w(MWCNTs)=0.6%(相对于有机硅改性EP质量而言)时,复合材料的拉伸强度(86.03 MPa)、弯曲强度(154.07 MPa)相对最大,并且比表面未改性的MWCNTs体系分别提高了17.12%、8.19%。     

酸化石墨烯改性环氧树脂及其碳纤维复合材料力学性能研究

针对石墨烯在复合材料增强增韧上的应用,对石墨烯进行了酸化处理,采用超声分散方法制备酸化石墨烯/环氧树脂(EP)浇注体,并在此基础上制备了酸化石墨烯/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)复合材料。分别利用红外光谱和透射电镜表征了酸化石墨烯表面结构和微观形貌,利用拉伸、弯曲、冲击等机械测试手段评价了酸化石墨烯改性EP和CF-EP的力学性能,并利用扫描电镜对复合材料拉伸断面形貌进行观察。试验结果表明:石墨烯酸化处理后,成功在表面引入了羟基、羧基等极性基团;酸化石墨烯可对EP和CF/EP进行有效增强增韧,当其添加量为0.2wt%时,EP拉伸强度和冲击强度分别提高了23.3%和109.8%,CF/EP拉伸强度、弯曲强度分别提高了6.0%和10.6%,当酸化石墨烯添加量为0.5wt%时,CF/EP复合材料层间剪切强度提高了7.4%。微观形貌分析表明,酸化石墨烯对CF/EP增强改性主要是通过对EP进行增强增韧,同时提高CF和EP之间的界面性能来实现的。     

电化学氧化处理对碳纤维及EP复合材料性能的影响

利用电化学氧化法对碳纤维（CF）进行表面改性处理,并将改性CF用于改性环氧树脂（EP）,研究了CF处理前后纤维复丝拉伸强度和EP／CF复合材料的力学性能。结果表明,氧化处理改善了CF与基体的粘结性;经电化学氧化处理后CF的表面羟基含量提高39．96％,羧基／酯基含量提高141．06％,活性碳原子数增加34．28％;随着氧化电流密度的增加,CF复丝的拉伸强度和复合材料的层间剪切强度均呈现先增大后减小的变化趋势,当电流密度为0．2A／m^2时,复合材料的层间剪切强度提高31．70％。     

MWCNTs表面对玻璃纤维增强复合材料力学及其界面粘合性的影响

采用三种不同种类的硅烷改性分散碳纳米管(MWCNTs),通过超声辅助浸渍法制备了MWCNTs/玻璃纤维预增强体,通过真空灌注法制备了含MWCNTs的玻璃纤维增强环氧复合材料(GFRP),研究了硅烷组成和结构对MWCNTs的表面及其对GFRP力学性能、层间粘合性能、动态粘弹性以及断裂形貌等的影响。结果表明,氨基、乙烯基和长链硅烷均可以改善MWCNTs的分散性,其中含氨基硅烷改性MWCNTs的GFRP(MGFE-a)呈韧性断裂,性能提升最为明显,其拉伸强度和模量分别提升了19.2%和19.7%,弯曲强度和模量分别提升了18.9%和19.3%;层间剪切强度和断裂功分别提升了15.2%和48.2%;MWCNTs表面组成与树脂之间的相互作用对玻璃化转变和内耗的影响有一定的温度依赖性,MGFE-a的储能模量值最大,提高了13.0%,玻璃化温度提高了约5.2℃,损耗因子降低了15.6%。     

CE/EP/CF复合材料的湿热性能研究

采用溶液预浸渍法分别制备了两种碳纤维(CF)增强环氧树脂(EP)改性氰酸酯树脂(CE)(CE/EP/CF)复合材料,研究了该复合材料的吸湿行为及湿热环境对其力学性能和微观结构的影响。结果表明,CE/EP基体具有比EP更小的吸湿能力;湿热环境对CE/EP/CF复合材料的纵向拉伸强度影响不大,但对其层间剪切强度的影响较为显著。     

EP/AlN/MWCNTs导热复合材料性能研究

采用硅烷偶联剂KH–550对氮化铝(Al N)颗粒进行表面处理,对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行氧化处理。通过溶剂和超声分散法,分别制备了环氧树脂(EP)/Al N,EP/MWCNTs及EP/Al N/MWCNTs复合材料,用万能试验机测试了复合材料的冲击强度与弯曲强度,用热导率测定仪测试了其热导率,用扫描电子显微镜和透射电子显微镜测试了其微观结构。结果表明,Al N,MWCNTs在EP基体中分散均匀;单独或同时加入填料Al N和MWCNTs均能够提高EP复合材料的力学性能和导热性能。随着Al N,MWCNTs含量的增加,EP/Al N,EP/MWCNTs及EP/Al N/MWCNTs复合材料的冲击强度和弯曲强度均呈现先增大后减小的趋势,而热导率呈现逐渐增大的趋势;EP/Al N/MWCNTs复合材料的热导率明显高于相同份数Al N的EP/Al N复合材料的热导率。当MWCNTs含量为1.5份、Al N含量为40份时,EP/Al N/MWCNTs复合材料的综合性能最优异,冲击强度为22.118 k J/m2,弯曲强度为124.40 MPa,热导率达到0.434 W/(m·K)。     

含异氰酸基表面改性剂制备及其在PVC/木粉材料中的应用

以异氰酸酯与脂肪醇为原料,制备了含异氰酸基表面改性剂,并研究了该改性剂对聚氯乙烯（PVC）/木粉复合材料力学性能及加工性能的影响。结果表明,通过3 %表面改性剂改性以后的木粉,其表面接触角能够达到146.0 °;相对于由未改性木粉制备的PVC/木粉复合材料,由改性木粉制备的PVC/木粉复合材料,拉伸强度提高了32.6 %,断裂伸长率提高了42.1 %;PVC/改性木粉复合材料的塑化时间从57.5 s缩短至46.7 s,平衡扭矩从24.7 N·m减小到18.2 N·m,塑化温度从147.3 ℃降低到了140.4 ℃;随着碳链的增长,改性剂的改性效果也随之优化。     

棉纤维/氢氧化铝/环氧树脂复合材料制备及性能分析

以硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)为改性剂,将改性处理后的棉纤维(CF)与氢氧化铝(ATH)和环氧树脂(EP)共混,制备得到棉纤维/氢氧化铝/环氧树脂(CF/ATH/EP)复合材料。通过测试复合材料的力学性能、剪切强度、极限氧指数(LOI)、热释放速率、抗紫外性能及拉伸断裂面微观形貌,分析了CF/ATH的用量比对复合材料综合性能的影响。结果表明:当CF/ATH的用量比为20/30时,复合材料具有较为优异的性能,LOI达到30.6%,垂直燃烧等级为V-0级,热释放速率为234.35 kW/m~2,剪切强度最佳为19.4 MPa,复合材料具有优良的抗紫外性能,可以制备得到综合性能较佳的高模量阻燃抗紫外纺织服装材料。     

后处理温度对EP/CF复合材料拉伸性能影响

采用模压成型工艺和拉挤工艺制备了加捻碳纤维增强环氧树脂(EP/CF)复合材料,利用微机控制电液伺服万能试验机和扫描电子显微镜研究了不同后处理温度对EP/CF复合材料的拉伸性能和断面微观形貌的影响。研究表明,相对于高温后处理下的EP/CF复合材料,室温后处理下的EP/CF复合材料的拉伸强度较优,其拉伸强度接近890 MPa;而随着后处理温度的升高,EP/CF复合材料的截面和表面显微硬度值呈先上升后下降趋势,当后处理温度为150℃时,其硬度值最优。随着后处理温度的上升,样品的断面形态由撕拉态变为剪切状态,整个断面转变为脆性断面,EP与CF之间的界面变差。较优后处理工艺为低温后处理;同时,常温固化剂下的EP和CF体系选择后处理工艺优化时,后固化温度应接近固化体系温度进行优化处理。     

聚吡咯层对碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能的影响

以三氯化铁为氧化剂,采用吡咯液相沉积聚合方法制备聚吡咯-碳纤维(PPy-CF),然后与环氧树脂(EP)复合,制得PPy-CF/EP复合材料,并对其进行拉伸性能测试,研究了聚合温度对PPy-CF/EP复合材料界面剪切强度(IFSS)的影响。结果表明:在CF表面吡咯沉积聚合最佳工艺条件为聚合温度70℃,时间30min,经过吡咯沉积聚合改性后,得到的PPy-CF/EP复合材料的IFSS有所提高;最佳条件下制得的PPy-CF/EP复合材料的IFSS是CF/EP复合材料的1.24倍;在PPy-CF中,PPy与CF之间无化学键作用,PPy-CF/EP复合材料的IFSS与PPy-CF表面含氧基团和粗糙度有关;吡咯化学沉积聚合改性是一种提高纤维与树脂界面粘结性能的有效方法。     

改性玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

采用偶联剂KH570对玄武岩纤维(BF)进行表面改性,研究表面改性BF的长度、添加量对增强环氧树脂(EP)复合材料力学性能的影响。结果表明,改性BF表面产生很多凸起,变得非常粗糙。BF表面改性使复合材料的拉伸强度提高10%～20%,冲击强度提高10%～40%。随着改性BF长度及添加量的增加,复合材料的力学性能显著提高。当改性长BF的质量分数为4%时,与纯EP相比,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别提高248.3%和451.5%。长BF的增强效果明显好于改性长玻璃纤维(GF),尤其纤维的添加量较大时复合材料拉伸强度的提高更为明显。当长BF的质量分数为4%时,长BF增强复合材料的拉伸强度较长GF增强复合材料提高37.8%,冲击强度提高9.2%。     

酰胺类改性剂对nano-CaCO_3的表面改性及其在PVC中的应用

为了改善纳米碳酸钙在聚氯乙烯(PVC)基体中的分散性和相容性,分别采用十八胺、十二胺和辛胺与马来酸酐反应,制备出三种改性剂;然后分别用这三种改性剂对纳米碳酸钙进行湿法改性,制备了PVC/纳米碳酸钙复合材料,系统研究了改性纳米碳酸钙对PVC复合材料力学性能的影响。结果表明:三种改性剂均可以与纳米碳酸钙表面结合,阻止了纳米碳酸钙的团聚,改性后的粒子可以均匀地分散在PVC基体中;三种改性剂改性的纳米碳酸钙都可以显著提高PVC复合材料的缺口冲击强度,但其弯曲强度和拉伸强度变化不大。     

竹纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

采用硅烷偶联剂对竹纤维进行表面改姓,通过热压成型工艺制备了竹纤维增强环氧树脂(EP)复合材料。研究了竹纤维(BF)的长度、竹纤维含量和CaCO3含量对竹纤维/环氧(BF/EP)复合材料力学性能的影响。结果表明,竹纤维增强环氧复合材料,拉伸和冲击强度得到明显改善;当竹纤维含量为20%时,BF/EP复合材料的力学性能最佳,拉伸和冲击强度分别达到37.64MPa、8.30MPa。     

双层包覆改性碳酸钙在高填充聚酯中的应用

以聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)树脂为基材,以50%表面改性的CaCO3为填充物制备出高填充复合材料。通过对CaCO3表面改性剂的种类以及复配研究,采用双层包覆技术制备出力学性能较好的高填充全生物降解复合材料。采用0.5%KH560和0.5%钛酸酯102双层包覆法表面改性碳酸钙,制备成复合材料拉伸强度达到20.28 MPa,相对于未改性的复合材料拉伸强度提高了39%,相对于单层KH560和钛酸酯102表面改性技术制备成的复合材料拉伸强度分别提高了16.8%和26.6%。并通过动态流变学的Cole-Cole理论研究了不同改性方法在PBAT/CaCO3复合材料中对两相间相容性以及弹性模量的影响,为高填充复合材料的开发与应用奠定了基础。     

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%。     

环氧树脂/碳纤维复合材料的成型工艺与应用

介绍了环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料的特点及其应用;总结了EP/CF复合材料的成型工艺及每种成型工艺的优缺点。指出随着CF制备技术、表面处理技术,以及EP制备技术和固化工艺的发展,采用环保、简便、快捷且价廉的成型工艺生产性价比更高的EP/CF制品是EP/CF复合材料的发展方向。     

搅拌摩擦加工制备MWCNTs增强PE-HD的结构与性能研究

通过搅拌摩擦加工技术制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)增强高密度聚乙烯复合材料,并研究了行进速度对复合材料宏观、微观结构和拉伸强度的影响。结果表明,复合改性层的宏观表面光滑,且缺陷较少;MWCNTs在基体中以云状形式分布,组织相对均匀;较低的行进速度更有利于MWCNTs在基体中的分散;复合材料的拉伸强度随着行进速度的增加先升高后降低,在行进速度为30mm/min时取得最大值。     

“水悬浮法”重氮化改性碳纳米管及其环氧复合材料

以水为溶剂,采用"水悬浮法"对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行重氮化改性,然后将改性碳纳米管分散在环氧树脂中制备MWCNTs/环氧纳米复合材料。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析法(TG)、沉降性实验和扫描电子显微镜(SEM)等多种手段对改性多壁碳纳米管的结构和纳米复合材料的断面形貌进行表征。研究结果表明:通过重氮化反应在MWCNTs表面成功接枝上了苯甲酸基团,接枝率约为12%。改性MWCNTs在环氧树脂中具有良好的分散性,对环氧树脂具有较好的増韧效果。当改性MWCNTs的添加质量分数为0.3%时,纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度最佳,与未改性MWCNTs/环氧树脂复合材料相比分别提高14.8%和462.33%。     

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。