电化学氧化处理对PAN基炭纤维表面浸润性的影响

以硫酸铵为电解质,对炭纤维进行连续电化学氧化处理,利用反气相色谱(IGC)研究电化学氧化处理前后的表面能变化,并联系SEM、AFM、XRD、Raman、XPS等测试结果综合分析电化学氧化处理对炭纤维表面性能的影响。研究表明,经电化学氧化处理后,纤维沿轴方向表面沟槽加深加宽,薄弱层被剥除,晶格择优取向遭到破坏;纤维表面活性官能团增多,氧和氮含量分别增加了180%和65%,提高了纤维与树脂的粘结性;纤维表面能提高了3.1倍,与树脂的浸润性得到改善;电化学氧化处理后其复合材料的ILSS达109MPa,已可充分满足实际应用需求。     

上浆剂对炭纤维表面和环氧树脂复合材料的影响

采用两种上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面上浆,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线元素分析(XPS)和反向气相色谱(IGC)研究了未上浆、上浆炭纤维的表面形貌、化学组成及纤维表面能,测试了未上浆和上浆炭纤维所制备复合材料的层间剪切强度(ILSS)并用SEM观察其断面形貌。结果表明,上浆后炭纤维表面变平滑,纤维表面n(O)/n(C)明显提高,含氧官能团(羟基、羧基)增加,炭纤维表面能降低。上浆后,复合材料的ILLS有所提高。     

功能化石墨烯片的表面性能调控

以氧化石墨为前驱体,采用真空辅助热膨胀法在低温下即获得功能化石墨烯片。将所得石墨烯在不同温度下热处理,制备了表面化学结构不同的石墨烯片,并用透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等方法对样品进行分析表征。结果表明,还原氧化石墨烯片中含氧官能团的种类和数量均随热还原温度的升高而减小。     

石墨烯担载SnO2纳米复合材料的电化学性能研究

以热膨胀还原石墨烯为载体,采用超声辅助浸渍法制得一系列石墨烯担载SnO2纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析其微观结构,同时使用循环伏安法研究其相应电化学行为。结果表明:随浸渍时间延长,SnO2逐步占据石墨烯表面原有活性位(如含氧官能团和晶格缺陷),使其担载密度显著提高。但SnO2纳米颗粒对复合体系的赝电容贡献较小,同时其对石墨烯活性位具有掩蔽作用,反而导致石墨烯电容性能逐步下降。可见,石墨烯表面活性位对热膨胀石墨烯的电容性能起重要作用。     

石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的制备及其性能

分别以氧化石墨粉(GO)、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液(RGO)和热法还原石墨烯粉(TRG)为填料,分散于酚醛树脂(PR)的乙醇溶液中,再将这些基体混合物涂覆于炭纤维(CF)布上,经热压成型工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维、热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料。研究了GO、RGO和TRG对复合材料结构、压缩性能、弯曲性能及磨擦性能的影响。结果表明,与纯酚醛树脂/炭纤维复合材料相比,当纳米填料的质量分数仅为0.1%时,层次复合材料的压缩性能可显著提高,其中,热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维的压缩强度和模量分别提高了178.9%,129.5%;弯曲性能也可得到一定的改善。还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的最大储能模量可提高75.2%。所有改性石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的Tg均有所降低。     

热膨胀石墨烯表面化学镀纳米镍

以热膨胀还原所制石墨烯为载体,采用超声辅助-化学镀法制得石墨烯担载Ni纳米复合材料。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜和能谱仪分析其微观结构及元素组成,研究其化学镀镍的反应机理。结果表明,随施镀时间的延长,Ni纳米颗粒以Pd为自催化活性中心,逐步附着在石墨烯表面上,并随Pd纳米颗粒的分布情况而富集在石墨烯边缘及皱褶区域;Sn纳米颗粒对化学镀镍贡献较小,以致化学镀镍后仍有部分残留。可见,在石墨烯表面进行化学镀镍时,Pd对Ni纳米颗粒的生长成核起定位和催化作用。     

有机硅添加剂对热处理粘胶纤维结构和性能的影响

借助XPS、SEM等研究了有机硅添加剂对热处理粘胶纤维的结构和性能的影响。结果表明：浸渍有机硅添加剂的粘胶纤维在热处理时，由于有机硅具有耐高温、防粘连，憎水、化学稳定性好等特性，对纤维表面可以起到保护作用；使其在热处理后，表面空洞减少，纤维的分线性得到改善，从而提高了它的抗拉强度。当有机硅添加剂的质量分数为4．79％时，所获炭纤维抗拉强度的增加幅度高达126．3％。浸渍有机硅添加剂的粘胶纤维在热处理后，Si元素主要以SiO2形式存在于纤维表面。     

高温空气氧化对炭纤维力学性能的影响

讨论了炭纤维瞬时高温空气氧化对炭纤维力学性能的影响，特别是对抗拉强度的影响。结果表明在合适的空气氧化条件下，空气氧化表面处理能提高炭纤维的抗拉强度，但是其操作范围很小，不易稳定。     

用Weibull模数表征炭纤维增强树脂基复合材料的力学性能

因为单向炭纤维增强树脂基复合材料（ＵＤ－ＣＦＲＰ）属于脆性材料，它的力学性能如层间剪切强度（ＩＬＳＳ）的大小依赖于ＵＤ－ＣＦＲＰ中随机分布的缺陷。本文使用经典的Ｗｅｉｂｕｌｌ分布理论研究了ＣＦ表面处理对ＵＤ－ＣＦＲＰ之ＩＬＳＳ的影响，并用线性回归的方法对函数进行参数估计。ＣＦ经表面处理后，ＵＤ－ＣＦＲＰ之ＩＬＳＳ增加约５０％；Ｗｅｉｂｕｌｌ模数ｍ增加约１．５～２倍；Ｃｖ值大为下降。     

复合催化剂中有机硅组分在粘胶基碳纤维制备中的作用

催化剂是制备粘胶基碳纤维的关键技术之一,通过热质联用(TG-MS)、扫描电镜(SEM)和力学性能测试等手段分析了硫酸铵/氯化铵/有机硅复合催化剂体系中有机硅对粘胶纤维热裂解的影响。结果表明:有机硅不具备无机催化剂所具有的使粘胶纤维的热解反应变得缓和,提高热解反应的收率,促进粘胶纤维热裂解过程中H2O、CO和CO2的生成等作用。其作用主要是在浸渍过程中促进无机催化剂向粘胶纤维内部渗透,同时还能使粘胶纤维大分子发生适度的交联,提高其在中温碳化过程中的可拉伸性,最终提高粘胶基碳纤维的性能。