碳纳米管有序排列对碳纤维增强环氧树脂基复合材料低温性能的影响

为了提高碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料在低温(77K)循环条件下的抗微裂纹性能,采用共沉淀法制备了具有良好顺磁性的Fe_3O_4修饰氧化碳纳米管(Fe_3O_4-O—MWCNTs),并研究了Fe_3O_4-O—MWCNTs在环氧树脂(EP)基体中的有序排列对EP及CF/EP复合材料低温性能的影响。结果表明:Fe_3O_4-O—MWCNTs的有序排列可有效提高EP基体的低温力学性能及降低EP基体的热膨胀系数,相对于纯EP,Fe_3O_4-O—MWCNTs改性EP的热膨胀系数降低了41.6%;相对于CF/EP复合材料,Fe_3O_4-O—MWCNTs改性CF/EP复合材料在低温环境下的微裂纹密度降低了56.2%。     

碳纳米管的表面改性对环氧树脂低温(77 K)冲击性能及热膨胀系数的影响

采用混酸氧化及表面接枝改性的方法制备了表面含不同官能团的多壁碳纳米管(MWCNTs), 并研究了不同MWCNTs对环氧树脂的低温(77 K)抗冲击性能及热膨胀系数(CTE)的影响。结果表明: 通过接枝反应将—NCO基团封端的PEO齐聚物引入MWCNTs表面, 可提高MWCNTs在环氧树脂基体中的分散性, 加强MWCNTs与环氧树脂的界面作用; 相对于纯环氧树脂, 添加质量分数为0.5%的纯MWCNTs、 氧化MWCNTs和表面接枝MWCNTs改性后的环氧树脂的低温冲击强度分别升高了10.27%、 26.13%和32.95%, 而CTE则分别降低了14.79%、 29.59%和40.29%。这表明表面接枝改性MWCNTs可明显提高环氧树脂基体的低温抗冲击性能并降低环氧树脂在玻璃化转变温度下的CTE。     

碳纳米管/碳纤维环氧树脂复合材料的制备及力学性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性处理,得到表面接枝1,3,5-苯三甲酸的碳纳米管(B-MWCNTs)。分别将MWCNTs和B-MWCNTs分散在环氧树脂基体及上浆剂中,通过缠绕成型法制备含有MWCNTs的碳纤维增强环氧树脂预浸料,并采用热压成型工艺制备MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板。结果表明,B-MWCNTs在环氧树脂基体和上浆剂中的分散状态明显优于MWCNTs。添加B-MWCNTs后复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和失重5%时对应的温度均有所提高。而且,添加B-MWCNTs可以明显提高碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs含量为0.5%(质量分数)时,B-MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板的压缩强度、层间剪切强度和冲击后压缩强度(CAI)分别提高了14.3%,37.1%和23.4%。     

石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能

为了提高环氧树脂的低温力学性能,采用石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNTs)协同改性环氧树脂,系统研究了石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料的室温(RT)和低温(77K)力学性能。结果表明:当石墨烯的质量分数为0.1wt%,MWCNTs的质量分数为0.5wt%时,纳米填料的加入可同时改善环氧树脂的低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度;在此最佳含量下,石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料在RT和77K时的拉伸强度皆达到最大值,比纯环氧树脂的拉伸强度分别提高了11.04%和43.78%。石墨烯和MWCNTs能协同提高环氧树脂的低温力学性能。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

双亲无规共聚物修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备与性能

通过自由基聚合法制备无规共聚物聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/N-乙烯基咔唑P(GMA-co-NVC),并将其对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行非共价键表面修饰得到P(GMA-co-NVC)/MWCNTs,再与环氧树脂(EP)复合,采用浇注成型法制备聚合物改性碳纳米管/环氧树脂复合材料。通过拉伸实验、电阻率测试和差式扫描量热法研究聚合物改性碳纳米管对环氧树脂力学、电学和热学性能的影响。结果表明:修饰后的碳纳米管比原始碳纳米管对环氧树脂有更明显的增强和增韧作用,当P(GMA-co-NVC)/MWCNTs质量分数为0.25%时,复合材料的体积电阻率为106Ω·m,相比于纯环氧树脂(1014Ω·m)下降了8个数量级,玻璃化转变温度(Tg)也由144℃提高至149℃。     

MWCNTs表面改性剑麻纤维及其环氧树脂基复合材料传感器的制备及性能

通过引入多功能化纳米颗粒从而赋予天然纤维增强高分子复合材料多功能性,使其具有传感性能,可原位感应外界环境变化。但制备多功能纳米复合材料通常需预先将纳米颗粒均匀分散在基体中,造成基体粘度大,难以工程化应用,同时需使用较大添加量才能达到渗透阈值。采用"染布法"以多壁碳纳米管(MWCNTs)悬浮液为"染料"对剑麻纤维(SF)表面进行改性,制备了多功能的剑麻纤维(MWCNTs-SF)及其环氧树脂基复合材料(MWCNTs-SF/EP)传感器。改性后剑麻纤维表面形成了一层连续的MWCNTs涂层。MWCNTs-SF的伏安特性曲线显示MWCNTs-MWCNTs和MWCNTs-电极之间形成了欧姆接触。MWCNTs-SF及MWCNTs-SF/EP均为负温度系数热敏电阻。在外界应力-应变的作用下,MWCNTs-SF及MWCNTs-SF/EP的电阻起初没有明显的变化,然后随应变线性增加,接着与应变成指数关系。MWCNTs-SF及MWCNTs-SF/EP对温度与应力-应变的响应特性不同是由于复合材料成型过程中的MWCNTs网络结构发生了变化。同时,随着MWCNTs改性次数增加,剑麻纤维布增强环氧树脂基复合材料的拉伸强度逐渐从37.6 MPa增大到46.7 MPa,弹性模量也相应增大。     

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。     

多壁碳纳米管改性环氧树脂胶黏剂实验研究

将一种环氧树脂和表面羟基化的多壁碳纳米管(MWCNTs)按照质量比100∶0.1进行配比, 以超声波分散法制备MWCNTs/环氧树脂胶黏剂, 考察了两种硅烷偶联剂KH550和KH560对MWCNTs改性效果的影响。采用FTIR、 DSC、 DMA、 流变仪研究了MWCNTs对胶黏剂固化行为和流变特性的影响, 并结合断口形貌观察, 测试分析了MWCNTs对胶黏剂拉伸剪切强度和冲击强度的影响。结果表明: 硅烷偶联剂能与MWCNTs表面的羟基发生缩合反应, 增强了MWCNTs与环氧树脂基体的亲和性, 从而影响胶黏剂固化反应及黏度-剪切速率曲线; 经KH550改性的MWCNTs明显提高了胶黏剂与金属的界面粘结性, Al-Al拉伸剪切强度较无MWCNTs的胶黏剂提高了46.4%; 添加MWCNTs使胶黏剂的冲击断面更为粗糙, 开裂面积更大; 添加MWCNTs+KH550的胶黏剂冲击强度提高了44.1%, 说明MWCNTs/环氧树脂间界面性能对发挥MWCNTs的增韧效果非常重要。      

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

氩气低温等离子体处理对PBO纤维的表面改性

采用低温等离子体表面处理技术对聚苯撑苯并二口恶唑(PBO)纤维表面进行改性.选用氩气作为处理气氛,研究了气压、功率和处理时间等参数对纤维表面性质的影响.采用FT-IR和SEM等方法对处理前后纤维表面化学结构及形态结构进行了表征,并通过单丝拔出试验测定了改性前后PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度(IFSS),对纤维与树脂的界面粘结性进行了初步评价.同时,采用液滴形状法对纤维表面亲水性进行了表征.通过研究发现,经低温氩气等离子处理后,PBO纤维表面亲水性增强,PBO纤维/环氧树脂的IFSS较未处理样品提高了42%.     

纳米SiO_2改性环氧树脂复合材料的低温力学性能研究

对环氧树脂/纳米SiO2复合材料的低温力学性能进行了研究.在环氧树脂中加入SiO2形成复合材料,并采用对纳米颗粒表面进行硅烷偶联处理的方法实现了SiO2纳米粒子在树脂基体中的均匀分散.在液氮下对一部分复合材料进行冷冻,然后通过电子万能实验机和冲击实验机测试其低温力学性能,并与未冷冻的复合材料的室温力学性能进行比较.结果表明,复合材料低温下的拉伸强度比室温下的高,但冲击强度和断裂伸长率有所下降.     

卫星用M40/BADCy复合材料研究

为提高卫星结构用复合材料的性能,研制了改性氰酸酯树脂基M40复合材料,采用傅里叶红外光谱法及DSC法对E51环氧树脂改性双酚A型二氰酸酯(BADCy)体系的反应性进行了研究.结果表明:低温时主要发生三嗪环反应,高温时主要发生五元化反应;BADCy改性体系的吸湿率随E51含量的增加而下降,当E51含量为10%时,BADCy的弯曲强度和冲击强度分别提高了27%和49%;100h水煮使M40/BADCy复合材料的层间剪切强度下降18%,-50℃/12 h～150℃/12 h循环20次的高低温交变对M40/BADCy复合材料的力学性能几乎没有影响,经总计量为109J/m2的紫外线辐射后,M40/BADCy复合材料的剪切强度和弯曲强度仅下降了7.5%和9.1%.     

提高F-12/环氧复合材料界面性能的方法研究

F-12/环氧复合材料具有优异性能,广泛用于宇航和军事领域.但F-12与环氧树脂基体之间的界面粘结性能较差,复合材料的层间剪切强度较低.针对这一复合材料体系,全面论述了提高F-12/环氧复合材料界面性能的几种方法以及各种方法的优缺点,其中包括纤维表面接枝、偶联、聚合物涂层、冷等离子体、γ射线辐射和超声波技术改性,以及环氧树脂基体纳米SiO2的改性.     

苯酚电聚合膜修饰炭纤维表面对 环氧基复合材料性能的影响

将连续炭纤维束用自制的空气梳分散成单丝状长带后, 通过采用循环伏安法的电化学方法将单体苯酚在炭纤维表面聚合成膜, 对炭纤维进行表面修饰, 以提高复合材料中炭纤维与树脂基体的界面粘结性能。红外光谱分析表明, 苯酚电聚合膜能够增加炭纤维表面的羟基、 醚键等活性官能团, 从而提高炭纤维与环氧树脂基体的界面粘结强度。与未进行表面修饰的炭纤维增强环氧树脂复合材料相比, 以聚苯酚膜修饰的炭纤维单丝带增强的环氧树脂基复合材料横向拉伸强度最大提高了90%, 纵向拉伸强度最大提高了45%, 层间剪切强度最大提高了110%。实验也表明, 将炭纤维束分散成炭纤维单丝带后能够更有效地增强复合材料的各项力学性能。      

酸化处理多壁碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料性能

采用酸化处理的多壁碳纳米管（MWCNTs）增强双酚A型氰酸酯-酚醛型氰酸酯（BCE-NCE）树脂。通过SEM、TEM对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料微观结构进行表征,利用DSC、DMA和TG/DTA对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料热性能进行研究,采用电子拉力机对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料力学性能进行测试,采用谐振腔法对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电性能进行测试。结果表明,混酸处理过的MWCNTs在BCE-NCE树脂基体中的分散效果较好。MWCNTs对BCE-NCE树脂热力学性能影响不大,当MWCNTs添加量为0.8wt%时,BCE-NCE树脂玻璃化转变温度（T_g）从298℃下降到285℃,但仍维持较高水平。当MWCNTs添加量为0.6wt%时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料冲击强度为11.40 kJ/m²,提高了40.7%。MWCNTs的加入增加了BCE-NCE树脂介电常数和介电损耗,当MWCNTs添加量为0.8wt%、频率为1 GHz时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电常数为5.1,介电损耗为0.032。因此,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料未来可在耐高温复合材料和电子等行业应用。     

碳纳米管表面改性对碳纳米管/尼龙66复合材料机械性能影响的研究

采用熔融共混法,在尼龙66基体中分别加入不同改性的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备MWCNTs/尼龙66复合材料。考察MWCNTs改性方法对MWCNTs结构,以及不同改性MWCNTs对复合材料形貌和机械性能的影响。研究发现:通过酸化-氨化过程,在MWCNTs表面引入了酰胺基团;FESEM显示,胺化碳纳米管(D-MWCNTs)分散均匀于尼龙66基体中;随着D-MWCNTs的引入,与纯尼龙66相比,D-MWCNTs/尼龙66复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别增加了12.7%和24.3%;储能模量,在玻璃化区域(-40℃)和橡胶区域(120℃),分别较纯尼龙66提高了133.1%和73.3%。这些研究结果证明,MWCNTs的均匀分散,有利于提高聚合物复合材料的机械性能。     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

蒙脱土和碳纳米管共掺改性环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

采用有机化蒙脱土(OMMT)和碳纳米管(MWCNTs)2种纳米材料改性双酚A型环氧树脂。通过溶液共混法制备OMMT/EP、MWCNTs/EP、OMMT/MWCNTs/EP环氧树脂纳米复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断面,测试了复合材料的力学性能和热性能,探讨了OMMT、MWCNTs增韧环氧树脂的机理。结果表明,当试样中OMMT质量分数为4%,MWCNTs质量分数为0.7%时,OMMT/EP、MWCNTs/EP和OMMT/MWCNTs/EP的冲击强度分别达到16.8kJ/m2,23.1kJ/m2,30.4kJ/m2,较未掺杂环氧树脂分别提高了16.7%,60.4%,110%。弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了27.54%,35.74%,54.12%。3种复合材料的热分解温度和马丁耐热温度均较未改性环氧树脂略有提高。     

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。