几种水泥基复合材料力电耦合效应的比较

结合掺和料的形态分析,研究了碳纤维、石墨、钢纤维以及两种纳米氧化钛复合水泥基材料的力电耦合效应.研究结果表明钢纤维长径比小,密度大,和粒子状的碳黑一样,在很高掺量仍处于未渗流区,两种水泥石的力电耦合效应都不明显.碳纤维长径比大、密度小,在较小掺量即可进入渗流区,一次加载至破坏,其电阻率变化率可达20%～30%,力电耦合作用最明显.纳米氧化钛在较小掺量即可进入渗流区;金红石相纳米氧化钛水泥石不具备力电耦合效应;而复合具有半导体特性的锐钛相纳米氧化钛的水泥石具有力电耦合效应,一次加载至破坏,其电阻率变化率在7%～10%.     

导电掺和料形态与水泥基材料压敏性的相关性

研究了含有碳纤维、石墨、钢纤维的水泥基材料的导电性及其在压应力作用下电阻率的变化规律;探讨了掺有导电掺合料的水泥石电阻率的变化机理。研究表明,水泥基材料具备压敏效应的前提条件是其导电网络达到渗流区,而碳纤维由于长径比大、密度小,极小掺量即可使水泥石进入渗流区,产生压敏效应。      

碳纤维增强油井水泥石的力学性能

油井水泥石在井下易脆裂,造成油井层间封隔失效,进而影响油井开采。为了解决这一问题,需要对水泥石进行降脆增韧。首先,考察了甲基纤维素和羧甲基纤维素对碳纤维的分散效果;然后,研究了碳纤维对油井水泥石抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,并模拟井下环境测试了水泥石单轴和三轴应力-应变曲线;最后,使用扫描电子显微镜对碳纤维增强水泥石的微观形貌进行观察,探讨碳纤维对水泥石的增韧机制。结果表明:0.2wt%的羧甲基纤维素溶液可有效分散碳纤维;养护28d后,0.3wt%碳纤维增强水泥石的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度较纯水泥石的分别提高8.6%、31.5%和52.4%,三轴直接加载条件下,其弹性模量较纯水泥石的低49.5%;经过分散的碳纤维在水泥石中乱向分布,形成三维网络结构,通过桥联、剥离及拔出耗能作用增强水泥石。研究结果为解决油井水泥石易脆裂的问题提供了理论参考。     

碳纤维填充对导电硅橡胶压阻效应及电阻蠕变行为的影响

将导电粒子添加到绝缘硅橡胶中制备出具有压阻效应的导电硅橡胶,它是一种新型压力传感器用材料。选用3种不同长度的碳纤维作为导电填料,高温硫化硅橡胶作为基体制备导电橡胶,同时在100μm长碳纤维填充导电橡胶中引入镍包铝球形粒子形成复合填料。分析了导电硅橡胶的渗流特性、压阻效应与电阻蠕变行为,发现纤维长度和纤维添加量对导电橡胶的压阻行为有显著影响:纤维长度增大,导电橡胶的渗流阈值变小;导电橡胶的压阻效应在渗流区间明显;球形镍包铝可以削弱导电橡胶的电阻蠕变程度。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料修复N80Q钢管的力学性能

为考察碳纤维增强环氧树脂复合材料对环状腐蚀的N80Q钢管的修复效果,采用数值分析和全尺寸爆破试验对修复后的力学性能进行了研究,分析了缺陷轴向长度、缺陷深度和修复层厚度对修复效果的影响。结果表明:碳纤维增强环氧树脂复合材料对N80Q钢管的修复效果显著,经试验测试, 6 mm深缺陷的N80Q管道由碳纤维增强环氧树脂复合材料修复后爆破压力值提高了0.985倍;缺陷轴向长度对N80Q管道修复后的强度影响较小,随着缺陷轴向长度的增加,管道爆破压力值仅下降了3.5%;而缺陷深度对N80Q管道修复后的强度影响较明显,与无缺陷管道相比, 6 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了9.9%, 7 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了20.6%。     

短切碳纤维导电复合材料渗流和PTC行为的唯象分析

为研究短切碳纤维含量和温度对导电复合材料渗流行为的影响,通过Landau相变理论导出了复合材料电导率与填料体积分数及温度的方程,并用该方程分析了短切碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料的渗流和PTC行为。结果表明:复合材料的渗流阈值随温度升高而增加,PTC温度随碳纤维含量增加而上升。当温度由24.6℃上升到108.4℃时,其渗流阈值的理论值由1.06%增加到1.60%;当碳纤维体积分数由3.1%增加到4.6%时,其PTC温度的理论值由120℃上升到170℃。复合材料渗流阈值和PTC温度理论值与实验值符合得很好。      

表面氧化处理对碳纤维及其水泥石性能的影响

碳纤维与水泥石界面的粘接状况是影响碳纤维水泥石材料性能的关键因素之一，为此，通过测试碳纤维的表面浸润性以及碳纤维水泥石的力学性能，研究了经过NaClO氧化处理后，碳纤维表面性能以及碳纤维与水泥石界面粘结性能的变化．研究结果表明：碳纤维的氧化处理可以提高其表面对水的浸润性，改善碳纤维与水泥石的粘结界面，提高碳纤维水泥石的压敏特性。     

磷酸盐水泥碳纤维复合材料的导电性能研究

以高掺量粉煤灰磷酸盐水泥为基体,短切碳纤维为功能材料,制备出了磷酸盐水泥碳纤维复合材料(PCFC),同时制备了碳纤维硅酸盐基复合材料(CFRC),并利用压力试验机、交流电桥和SEM对二者的基本力学性能、导电性能及内部碳纤维分布进行了对比研究。此外还考察了碳纤维掺量、龄期对PCFC导电性能的影响。结果表明,PCFC相比CFRC在同等碳纤维掺量的情况下力学增强效果更好、导电性能更为优越;机理分析表明PCFC中存在二次"渗流"现象,而CFRC试体中则没有。SEM照片显示碳纤维掺量较高时,PCFC中的碳纤维分散得更好;龄期实验结果表明,当碳纤维掺量超过1.4%时,龄期对PCFC的导电性影响较小,具有良好的导电稳定性。     

碳纤维的改性及气体扩散层碳纸性能的研究

研究了氧化-偶联改性处理对碳纤维的表面形貌、电荷特性、分散性和成纸导电性的影响,并考察了碳纤维配比、碳纤维长度和炭黑加填对碳纸的透气性和孔径分布的影响。结果表明,KClO_3/H_2SO_4预氧化处理对纤维表面产生了刻蚀作用,在结晶缺陷部位产生凹坑,形成轴向沟槽。KH-550偶联剂以微粒形态粘附于沟槽中,碳纤维浆料的zeta绝对值明显增加,碳纤维间的静电斥力加强,分散性得到改善,碳纸的导电性也得到提高。碳纤维长度和炭黑加填能有效调节碳纸的透气性和孔径分布。     

化学镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料电磁屏蔽性能

采用化学镀方法对碳纤维进行表面镀镍, 采用SEM、 EDX、 XRD分析了镀镍碳纤维的微观形貌、 镀层成分和镀层结构, 通过电阻测试研究了镀镍碳纤维的导电性。将体积分数为2.5%、 5%、 7.5%、 10%的镀镍碳纤维作为导电填料制备镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料, 并用屏蔽室法测试了不同频段复合材料的屏蔽效能。结果表明: 碳纤维化学镀镍后, 表面形成了一层均匀的复合镀层, 镀层中镍的质量分数高达94%, 镀镍碳纤维的电阻值仅为碳纤维原丝的1/54。镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽能力较碳纤维原丝有所提高。复合材料的屏蔽效能随镀镍碳纤维添加量的增加而升高。在低频频段(kHz频段), 复合材料的屏蔽能力主要决定于材料的本征参数, 不同镀镍碳纤维含量的镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的屏蔽能力相差不大; 在中高频频段(MHz、 GHz频段), 镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料屏蔽效能主要决定于材料的电阻率。     

Electrical conductivity of self-monitoring CFRC

The present work is concerned with the analysis of the electrical conductivity in carbon fiber reinforced cement composites and of the main parameters influencing the phenomenon: fiber volume fraction, fiber length, hydration time and sand–cement ratio. AC measurements were carried out on CFRC (carbon fiber reinforced cement) and the experimental results were analyzed using the percolation theory. The present study could be useful for the adoption of CFRC as a smart material.     

碳纤维水泥基材料电阻的非线性研究

研究了碳纤维水泥基材料(CFRC) 非线性电阻的伏安特性,并着重讨论了不同的碳纤维掺量和温度对CFRC材料电压-电阻关系的影响.结果表明:在较小外加电压下(＜2V)CFRC材料的电压-电阻曲线会出现明显的平台区,随着电压的进一步增大,其电阻逐渐降低呈现非线性特性.相同纤维掺量的水泥基材料随温度的升高其电压-电阻曲线下降斜率基本保持不变,但初始电阻值下降;而在温度保持不变时,随碳纤维掺量的增加,电阻随电压下降的趋势逐渐减缓.     

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的电学特性

综述了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)电学特性的研究进展,探讨了CFRC的电磁屏蔽性能和导电性能研究中的相关问题,阐述了原材料、配合比和表面处理对CFRC电磁屏蔽性能的影响,明确了碳纤维分散性和试验方法对CFRC导电性能的影响规律以及CFRC在工程结构中的应用状况,展望了CFRC的发展方向,指出碳纤维分散性、测试方法、温度和应力等多因素条件是CFRC电学特性将来的研究重点.     

Rheology of low carbon fibre content reinforced cement mortar

It is recognised that the addition of carbon fibres to a brittle cement matrix results in a less dense composite with enhanced ductility, improved impact resistance and increased toughness. In addition, the reinforcing effect of fibres in the cement often produces superior flexural strength and marked improvements in post-cracking behaviour. Further, carbon fibres influence the electrical properties of the composite which could, potentially, make it a smart material, with a range of applications. Despite attention directed towards the mechanical and electrical properties of carbon fibre reinforced cement (CFRC), there is a dearth of information of the influence of fibre additions on the rheological properties of the resulting composite. To this end, this paper describes an investigation using the Viskomat NT into the influence of carbon fibre additions (fibre length in the range 3–12 mm and volume in the range 0–0.5%) on the rheological properties of CFRC. Within the limitations of the instrument and testing procedure it is shown that CFRC’s conform to the Bingham model: increasing fibre volume and fibre length increase both the yield stress and plastic viscosity.     

碳纤维增强水泥基复合材料屏蔽性能的研究

现代电子技术的迅速发展不可避免地带来了电磁辐射所造成的环境污染.选择合适的屏蔽材料,利用其反射、吸收、多层反射等功能是消除电磁污染的有效手段.碳纤维除具有高弹性、高模量、低密度、耐腐蚀等优良性能被当作许多复合材料的增强体外,还具有良好的导电性,将其加入到水泥基体中制成碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC),不仅使水泥自身力学性能得到改善,而且可作为防止电磁辐射或核辐射的优良屏蔽体.     

影响CFRC的Seebeck效应的主要因素

研究了炭纤维（ＣＦ）掺量，水泥基体和养护龄期对炭纤维水泥基复合材料（ＣＦＲＣ）Ｓｅｅｂｅｃｋ效应的影响，结果表明，随着ＣＦ增加，温差电动势率出现一极大值，相应的ＣＰ含量为～１．０％，随着养护龄期的延长，温差电动热率趋于稳定；炭纤维含量相同时，水泥基体对温差电动势影响不大。     

掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料的导电及压阻特性

利用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料(CCCW)的碳纤维石墨水泥基复合材料试样(40 mm×40 mm×40 mm)的导电特性及其在循环荷载作用下的压阻特性,分析讨论了碳纤维石墨水泥砂浆的体积电阻率及压阻特性随石墨掺量的变化规律。碳纤维和CCCW的掺量分别为水泥质量的1%和4%;石墨掺量分别为水泥质量的0%、10%、20%、30%、40%和50%。结果表明,添加CCCW的碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻率随石墨掺量的增加迅速下降,并存在渗滤现象,渗滤阈值为20%左右。在循环荷载作用下,不同石墨掺量试样的电阻和应力存在一定的对应关系。石墨掺量为水泥质量的20%～30%时,碳纤维石墨水泥砂浆试样的体积电阻率与压应力呈现良好的可重复性,电阻值在应力加载时几乎呈线性下降,而卸载时增加。     

Self-adjustment of Carrying Capacity of Concrete Embedded with CFRC

By heating up the embedded carbon fiber reinforced cement based material （CFRC）, the carrying capacity and deformation of concrete member could be adjusted. The relationship between temperature difference and expansion strain of CFRC was demonstrated, and the temperature-deformation-load effect of concrete embedded with CFRC was studied. Heating the CFRC up to different temperatures resulted in different degree of inner pre-stress in concrete. Thus, the load capacity of concrete could be regulated owing to counteracting the pre-stress.     

基于隧道效应的CFRC 材料的导电模型

从碳纤维增强水泥基(CFRC) 材料导电机理出发, 建立了一个描述CFRC 材料导电性的数学模型, 并推导了这种材料电导率与材料内部微观结构参数、载流子运动参数的关系。以该模型分析CFRC 材料的力敏性, 其理论规律与实验结果基本一致, 从而验证了CRFC 导电模型的合理性。