结构-阻尼复合材料研究进展

航空航天飞行器的高速、轻质和多功能化的发展,精密电子仪器设备的应用及舒适性要求的提高,对传统结构材料的减重和降噪提出了巨大的挑战.近年来,随着纤维增强复合材料的在航空航天领域应用比重的迅速提升,开发兼具高力学性能和高振动阻尼性能的新型结构-阻尼多功能材料也成为研究的热点问题之一.本文在介绍结构-阻尼复合材料阻尼机理的基础上,综述了国内外关于结构阻尼复合材料主要研究内容及研究成果,并讨论了其今后的发展趋势,包括开发新的多功能阻尼插层材料、引入新的阻尼耗能机制、开发多层次结构模型和对阻尼性能和力学性能的多尺度模拟等.     

L-半胱氨酸还原氧化石墨烯的研究

采用改进Hummers法合成氧化石墨,在水中超声分散获得氧化石墨烯水溶胶,并加入L-半胱氨酸于95℃进行回流反应后得到还原氧化石墨烯。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和热重-差热扫描仪等探讨氧化石墨烯还原前后的结构与性能变化。结果表明,L-半胱氨酸能有效还原氧化石墨烯,且还原后的氧化石墨烯在乙醇中有较好的分散性,其所制薄膜的导电率为500S/m。由此法制备的石墨烯有望广泛应用于电子、光电、电容器和传感器等器件中。     

硫酸铵/氯化铵处理对粘胶纤维热裂解行为的影响

利用热重分析方法对硫酸铵/氯化铵处理粘胶纤维的热裂解行为进行了研究,并求解出粘胶纤维热裂解反应的动力学参数。结果表明,硫酸铵/氯化铵处理粘胶纤维与传统的硫酸/尿素处理粘胶纤维相比,其裂解反应的温度更低,收率更大;硫酸铵/氯化铵催化体系的活性催化组分在一个宽温度范围内缓慢释放,对粘胶纤维裂解反应的催化效果更佳;粘胶纤维经硫酸铵/氯化铵催化剂处理后,反应级数由1.1增大到3.2,反应活化能由237kJ/mol降低到94kJ/mol。采用此催化体系制备的粘胶碳纤维抗拉强度达到1.05GPa。     

氨化处理对碳纤维表面性能及其复合材料的影响

利用多乙烯多胺溶液作为涂层液,涂覆在碳纤维表面,然后在600℃热处理30 s,水洗后烘干.采用原位红外光谱仪(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、接触角测定仪研究氨化处理前后碳纤维表面组成、形貌以及浸润性的变化.发现碳纤维经过氨化处理之后其表面形成了氨基官能团且氨基官能团以酰胺类形式存在,表面微小凸起减少,与环氧树脂和水的接触角分别降低了22%和32%.用三点短梁法研究碳纤维处理对复合材料层间剪切强度的影响.发现热处理可使复合材料的层间剪切强度提高6.65%;而氨化处理可使复合材料的层间剪切强度提高24%.力学数据表明氨化处理不会影响碳纤维强度.     

聚丙烯腈纤维预氧化生产的在线动态研究

采用DSC、FT-IR、AE、TG-MS、XRD和SEM等分析手段,对连续生产的PAN预氧化纤维的各阶段取样研究。DSC、FT-IR和AE分析表明,在预氧化过程中,主要发生线型分子链的氧化、环化反应,最终形成耐热、不溶不熔的稳定结构;TG-MS分析结果表明,纤维在氧化环化的同时,不断地放出小分子物质,且随着预氧化程度的加深,释放小分子的量逐渐减少,释放温度向高温方向移动;XRD分析显示,晶区的特征衍射峰强度的锐减和非晶区衍射峰强度缓慢增强是纤维内部结构重组的信息,更是表明预氧化反应以晶区为主的重要标志;SEM分析结果表明,预氧化反应不足的纤维,有不同程度的皮芯结构形成,易被有机溶剂腐蚀形成孔洞和溶胀现象。     

聚丙烯腈纤维的液相稳定化

通过液相稳定化法制备了聚丙烯腈稳定化纤维。采用密度分析、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热分析(DSC)以及傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)等方法研究了在不同温度下液相稳定化所得纤维的性能,测试了碳化后纤维的力学性能。结果表明:随稳定化时间、温度的增加,纤维的致密性增加,纤维的密度逐渐增大;所得稳定化纤维表面光滑,结构均匀,截面无皮芯结构;随稳定化时间、温度的增加,纤维结构转变加快,环化度逐渐增大;碳化后纤维的力学性能良好,即使在未拉伸情况下其强度也可达到2.02GPa。     

聚丙烯腈碳纤维原丝聚合及凝固成形的研究进展

综述了聚丙烯腈原丝聚合和湿法纺丝时凝固成形的国内外研究进展,简要介绍了聚合的方式、共聚和共混改性的研究进展,介绍了凝固成形中双扩散理论模型的建立与发展,重点讨论了凝固浴的组成及浓度、温度、拉伸比等因素对扩散及初生纤维结构与性能的影响。     

碳纤维表面氨化处理对环氧树脂在其表面浸润性的影响

分别用氧化方法和氨化方法对碳纤维进行表面处理,采用XPS研究不同处理方法对碳纤维表面元素组成以及官能团的影响。结果表明经过氧化处理后,碳纤维表面的氧含量明显增加,表面有较高的m(O+N)/m(C)比;氨化处理后,碳纤维表面的氮元素明显增加,氧含量减少,并且增加的氮元素主要以氨基的形式存在。采用接触角测试中的插入法和液滴法分别研究碳纤维处理后在水和环氧树脂中的接触角变化。结果表明,经过氧化和氨化方法处理后碳纤维与环氧树脂的接触角降低。氧化与氨化相比,氨化处理后碳纤维与环氧树脂之间有较低的接触角,表明在碳纤维表面增加氨基官能团能显著改善碳纤维和环氧树脂之间的浸润性能。     

燃料电池用炭纤维纸前驱体的匀度表征与控制

探讨了湿法制备炭纤维纸过程中抄造条件对纸体匀度的影响,发现分散剂加入量过多和过少都会损害纸体的匀度;浆液停留时间的增加会造成纸体匀度变差.同时使用基于灰度共生矩阵的纹理分析方法详细讨论了炭纤维在浆液中的絮凝动力学,结果表明随着时间的增加絮凝体数目增多,体积变大;分析各个方向上纸体的纹理,发现浆液的波动和涡流也会造成纸体内部的纤维分布不均匀,从而使得纸体面内不均.     

有机硅在制备粘胶基碳纤维中的作用研究

通过扫描电镜和热质联用等分析了硫酸铵/氯化铵/有机硅复合催化剂体系中有机硅在制备粘胶基碳纤维中的作用。结果表明:有机硅可与纤维素分子中的羟基形成分子间氢键,使纤维素大分子处于溶胀状态,促进了无机催化剂分子向纤维芯部渗透的能力,改善了催化剂的浸渍效果;有机硅还可与粘胶纤维大分子发生适度的交联,提高纤维在中温碳化过程中的可拉伸性,提高粘胶碳纤维的性能;有机硅在粘胶纤维低温裂解时,在纤维表面形成一层保护膜,减少了纤维表面的裂纹和沟槽;有机硅还可使粘胶纤维的裂解反应缓慢的由表及里地进行,减缓粘胶碳纤维的皮芯结构。