中空玻璃微珠含量对回收聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚碳酸酯基复合泡沫材料性能的影响

采用回收聚酯饮料瓶片(R-PET)为主要原材料,以乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)为增容剂,将硅烷偶联剂KH560处理后的中空玻璃微珠(HGM)与R-PET/PC/E-MA-GMA(70/30/10)在双螺杆挤出机中熔融共混制备复合泡沫材料。通过红外光谱、扫描电镜、差示扫描量热、表观密度、极限氧指数、导热系数和力学性能测试,考察了0~50 phr HGM对复合泡沫材料性能的影响。研究结果表明,HGM改性成功并与基体紧密结合,HGM的加入使RPET的结晶性下降,拉伸强度和冲击强度降低,但是所得的复合泡沫材料的表观密度减小,最小达到0.729 g/cm3,基体的隔热性提高,导热系数减小到0.089 W/(m·K),燃烧过程熔融滴落现象得到改善。     

空心微珠/环氧树脂高强浮力材料的性能及断裂分析

以环氧树脂为基体, 经硅烷活化处理的空心玻璃微珠(HGM)为填充剂, 制备了高强浮力材料。采用XRD、 FRIR分析了HGM的结构和硅烷处理效果, 通过密度测试和单轴静态压缩试验研究了HGM的类型和含量对浮力材料性能的影响, 利用SEM和吸水率试验研究了浮力材料的断裂特性和吸水性。结果表明: HGM为无定形结构; 硅烷分子接枝在HGM表面, 使得HGM与环氧树脂完好结合且两者界面没有间隙沟槽; HGM的较大比压缩强度有利于提高浮力材料的性能; 高强浮力材料密度为0.645~0.850 g/cm3, 抗压强度为60~93 MPa, 比压缩强度为92~112 MPa·cm3·g-1; HGM含量较少时, 浮力材料断裂表面HGM破裂处的基体环氧树脂有拖尾特征, HGM含量增多时, HGM的破坏程度不断增大直至完全破坏; 浮力材料具有较好的抗吸水性。      

超细玻纤环氧复合材料的隔声与隔热性能

以超细玻璃纤维绵和环氧树脂为原料,制备了含量不同的超细玻纤环氧复合材料。由于超细玻璃纤维的引入,对入射声波的散射作用增加,因此该类材料具有较好的声音阻隔性能,同时,由于环氧树脂基复合材料本身较低的导热系数,该类材料同时具有较好的隔热性能。采用阻抗管测试方法、导热系数测定和冲击性测试,对复合材料的隔声隔热及抗冲击性进行了表征,结果表明,引入超细玻纤的环氧树脂复合材料隔声量能达到50dB以上,导热系数降低至0.167W/(m·K),具有良好的隔声隔热性能。     

BN表面改性对BN/环氧树脂复合材料导热性能的影响

采用十八烷基三甲基溴化铵（OTAB）阳离子表面活性剂对BN微米片进行有机化改性,研究了BN表面改性对BN/环氧树脂复合材料导热性能的影响。当OTAB浓度为0.6 g · L^-1时,BN表面的OTAB吸附量接近饱和。BN表面改性提高了环氧树脂对BN的浸润性,降低了BN的导热系数。SEM观察及黏度测试结果表明：BN表面改性改善了BN/环氧树脂复合材料的界面性能及体系相容性。由于界面热阻的降低,改性BN/环氧树脂复合材料的导热系数高于未改性BN/环氧树脂复合材料,当BN填充量为30%（填料与树脂基体的质量比）时,改性BN/环氧树脂复合材料的导热系数为1.03 W （m · K）^-1,是未改性BN/环氧树脂导热系数（0.48 W （m · K）^-1）的2.15倍。     

空心玻璃微珠增强环氧树脂复合材料的动态力学性能

通过对空心玻璃微珠（HGM）/环氧树脂复合材料进行动态力学分析（DMA）,给出了环氧树脂基体在不同频率下的动态力学温度谱,利用时温等效原理,根据位移因子构建了HGM/环氧树脂复合材料在室温下的储能模量和损耗模量的频率主曲线。分析了温度和频率、体积比和粒径对HGM/环氧树脂复合材料储能模量和损耗模量的影响规律,并结合SEM图像分析其影响机制。结果表明,随着HGM体积分数的增加,HGM/环氧树脂复合材料储能模量和损耗模量呈增大趋势;储能模量随温度升高而降低,损耗模量随温度的增加先增大后减小,在玻璃化温度附近形成一个峰值,HGM低于10%的配比有利于提高其动态力学性能。颗粒的团聚及界面的黏合均对HGM/环氧树脂复合材料的动态力学性能产生较大影响。     

玻璃纤维的预处理及含量对硅质隔热材料性能的影响

以玻璃纤维、气相法白炭黑、TiO_2及结合剂为原料,采用干法成型工艺制备了玻璃纤维增强硅质隔热复合材料,系统研究了玻璃纤维预处理技术及其含量对材料导热性能及力学性能的影响,并且观察了其微观形貌。结果表明,纤维表面预处理可有效提高其在基体中的分散性,改善其与基体的界面粘结性;纤维最佳含量为20%;在200℃、500℃和900℃时其热导率分别仅为0.029W/(m·K)、0.033 W/(m·K)和0.043W/(m·K),耐压强度为1.38MPa;与未添加纤维的硅质隔热材料相比,热导率降低21%～28%,耐压强度提高了116%。     

自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响

制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料,测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度.通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能,分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因.研究表明:环氧树脂老化后屈服极限有所降低,但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势.泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低,但添加HGM体积比高于20％的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加.     

自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响

制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料, 测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度。通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能, 分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因。研究表明: 环氧树脂老化后屈服极限有所降低, 但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势。泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低, 但添加HGM体积比高于20%的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加。     

水热法制备高反射率TiO2壳层中空玻璃微球

以钛酸四丁酯、盐酸、去离子水、中空玻璃微球(HGM)为原料,乙醇为溶剂,采用水热合成法制备了高反射率的锐钛矿型TiO₂壳层HGM(HGM@TiO₂)。采用SEM、EDS、FTIR、XRD、UV-VIS-NIR、导热系数仪研究了钛酸四丁酯用量对微球的表面形貌、表面化学成分、物相结构、反射性能、导热系数的影响。结果表明:锐钛矿型TiO₂成功包覆于HGM表面,包覆形貌完整且均匀,并且包覆层厚度随着钛源用量的增加而变厚;与原始HGM相比,HGM@TiO₂的导热系数有小幅上升,最大上升幅度仅为0.007 W/(m·K),证明TiO₂的包覆对HGM的隔热性能的影响不大;包覆后的HGM的光谱反射率在可见光波段和近红外波段的反射率得到大幅提升,最大提升幅度为13%,HGM@TiO₂的最高反射率达到90%以上。      

UVA紫外辐射对室内碳纤维增强环氧树脂基复合材料性能的影响

研究了Ultraviolet A(UVA)紫外辐射对碳纤维增强环氧树脂基复合材料产生的影响。测量和分析了从窗户照射到室内太阳光和日光灯辐射的UVA紫外线辐照度, 研究了碳纤维增强环氧树脂基复合材料经辐照度为200 μW·cm^-2的UVA紫外灯辐射处理后的力学性能变化, 并通过XPS、 接触角、 纳米压痕、 原子力显微镜(AFM)测试方法研究了其表面性能变化。结果表明: 春夏季节晴天室内太阳光紫外辐照度在14点时达到最大值, 距离窗户0 m处最大值为375 μW·cm^-2, 1 m处最大值迅速降至30 μW·cm^-2; 对功率40 W的日光灯, 距离日光灯0 m处, 紫外辐照度为87.3 μW·cm^-2, 1 m处快速降至5.4 μW·cm^-2; 经过45天的紫外辐射, 碳纤维增强环氧树脂基复合材料的层间剪切强度、 弯曲强度和拉伸强度无明显变化; 碳纤维增强环氧树脂基复合材料表面发生氧化反应, 表面硬度和粗糙度变大。     

热处理时间对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫结构和性能的影响EI北大核心CSCD

以甲基丙烯酸丁酯(BMA),丙烯酰胺(AM)为反应单体,丙烯酸(AA)作为第三单体和交联剂,在不同热处理时间下,通过自由基本体聚合制备聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)等手段对其结构和性能进行表征。结果表明:随着对BMA/AM/AA共聚物热处理时间增加,分子链间发生重排反应生成六元酰亚胺环,经过交联固化后得到PMI泡沫,其特征吸收峰与文献值能较好地吻合。泡沫热处理5 h后得到孔径为100~200μm致密硬质闭孔泡沫,其力学性能良好,压缩强度为8.160 MPa,拉伸强度达到12.95 MPa。泡沫的玻璃化转变温度(Tg)为255℃,热失重10%时热分解温度Td10高达280℃,345℃时泡沫仍能残留80%以上,其导热系数为0.05424 W/(m·K),说明对共聚物热处理5 h后得到了具有优异的耐高温性能和隔热性能的泡沫。     

碳纤维/环氧树脂预浸料固化过程中的热导率测定

采用调制式差示扫描量热技术(MDSC)实现了碳纤维/环氧预浸料固化过程中的热导率(垂直纤维方向和平行纤维方向)测定。在实验基础上建立了预浸料固化过程中的热导率二元二次函数模型, 确定了热导率随温度及固化度变化的函数关系。结果表明: T800/环氧预浸料沿纤维方向的热导率为1.15~1.40 W/(m·K), 垂直纤维方向热导率为0.85~1.25 W/(m·K)。在相同温度下, 预浸料的热导率值随固化度的增大而减小; 在相同固化度条件下, 预浸料的热导率值随温度的升高而增大。验证结果表明, 拟合所得热导率二元二次函数关系用于预浸料固化过程的数值模拟时, 将提高参数的准确性。     

Test Conditions Effect on the Fracture Toughness of Hollow Glass Micro-sphere Filled Composites

Abstract:  Low-density sheet-moulding compounds based on hollow glass micro-spheres are usually classified as syntactic foams if the filler content is relatively high. Syntactic foams are potentially suitable materials for applications where impact loads occur as they are able to reduce impact force. The addition of hollow micro-spheres tends to increase the specific values in terms of impact force and, marginally, in flexural modulus for high-volume fractions of micro-spheres. In this study, the effects of load rate and of immersion of the specimens in water up to 67 days were studied on the flexural mechanical properties and particularly on the fracture toughness, K _IC. Hollow micro-spheres (Verre ScotchitTM-K20) with epoxy and polyester polymer binder were used. Fracture toughness, K _IC, flexural stiffness modulus and ultimate strength were obtained as functions of load rate and immersion time. The increase of load rate tends to increase stiffness modulus, but effects on K _IC were found to be only marginal. Ultimate strength increases significantly with the increase of load rate for epoxy-based composites, but for the case of the polyester-based foams, only a negligible effect was observed. The increase of the immersion time in water tends to reduce stiffness modulus. K _IC decreases slightly after 15 days for the polyester-based composites and after 67 days for epoxy-based foams, and only negligible effects on ultimate strength were observed.     

石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-环氧树脂)双逾渗导热复合材料的制备和性能

为在较低的导热填料含量下提高环氧树脂(EP)的热导率,通过溶液法制备了石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-EP) (GNP/(PEK-C-EP))复合材料。基于接触角测量计算并预测了GNP的选择性分布,并通过SEM和激光闪光法研究了GNP和PEK-C含量对GNP/(PEK-C-EP)复合材料的微观结构和热导率的影响。结果表明,当PEK-C的含量为20wt%时,GNP选择性分布在PEK-C中,形成了双逾渗结构的GNP/(PEK-C-EP)复合材料,从而构建了连续导热通道。当GNP含量为1wt%时,GNP/EP复合材料导热率最高达0.375 W(m·K)?1。当GNP含量为0.5wt%时,GNP/(PEK-C-EP)复合材料导热率最高达0.371 W(m·K)?1,较GNP含量为0.5wt%的GNP/EP复合材料热导率高48%,与GNP含量为1wt%的GNP/EP复合材料的热导率基本相同。表明GNP/(PEK-C-EP)复合材料的填料量减少了50%,利用双逾渗效应可以有效减少导热填料用量。此外,比较了纯EP和GNP/(PEK-C-EP)复合材料的玻璃化转变温度、热稳定性和热膨胀系数,结果表明,GNP/(PEK-C-EP)复合材料的热性能优于纯EP。      

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

Electrical properties of carbon nanofiber reinforced multiscale polymer composites

Carbon nanofiber (CNF) reinforced epoxy matrix nanocomposites and CNF reinforced glass hollow particle filled syntactic foams are studied for electrical properties. The effect of CNF weight fraction, hollow particle volume fraction, and hollow particle wall thickness on impedance and dielectric constant are characterized. The results show that the impedance decreases and the dielectric constant increases with increasing CNF content in the composites. Nanocomposites containing 10 wt.% CNFs showed significantly higher dielectric constant because of the presence of a continuous network of CNFs in the composite. CNF reinforced syntactic foams showed higher dielectric constant than the neat resin. The CNF content had a more prominent effect on the dielectric constant than the glass hollow particle volume fraction and wall thickness. The Maxwell–Garnett and the Jayasundere–Smith models are modified to include the effect of hollow particle wall thickness and obtain predictions of dielectric constants of syntactic foams. The semi-empirical predictions obtained from Maxwell–Garnett models are closer to the experimental values. Lightweight syntactic foams, tailored for electrical properties, can be useful in electronic packaging applications.     

新型多腔孔陶瓷复合保温材料的制备及性能研究

通过原料及配方的创新,以硅酸铝纤维、玻化微珠等为原料制备了一种新型多腔孔陶瓷复合保温材料。研究了材料的导热性能和显微结构。结果表明:材料导热系数低,热面温度200℃时导热系数仅为0.050 W/(m·K),热面温度600℃时导热系数为0.084 W/(m·K);材料内部结构疏松,存在多级配的孔隙结构,孔隙尺寸在微米级以下。利用马弗炉进行保温性能测试,保温材料内表面温度600℃,厚度仅为139mm时,稳态时外表面温度即可低于46℃,散热损失仅为158 W/m~2,远远低于标准规定的最大散热损失266 W/m~2。将材料制成1cm厚度的块材时,材料能产生较大弯曲而不损坏,有利于对电厂高温管道进行包覆。