空心微珠-碳纤维共混改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能

通过模压成型制备了碳纤维与空心微珠共混改性的聚酰亚胺复合材料,采用MRH-3型摩擦磨损试验机研究了空心微珠含量、滑动速度及载荷对复合材料摩擦学性能的影响,并对其磨损形貌及机制进行了分析.结果表明:空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦学性能优于其单独填充的聚酰亚胺基复合材料;空心微珠含量对共混改性的复合材料摩擦系数影响不大,但其磨损率随着空心微珠含量的增加先减小后增大;15％空心微珠-10％碳纤维(质量分数)共混增强的复合材料的减摩耐磨性能最佳;随着滑动速度提高,空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料的摩擦系数下降,磨损率增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺复合材料摩擦系数随着载荷增加先下降后上升,而磨损率则随着载荷增加而增大;空心微珠-碳纤维/聚酰亚胺的主要磨损机制在较低载荷时为磨粒磨损,在较高载荷时为粘着磨损和磨粒磨损.     

聚四氟乙烯/碳纤维增强聚酰亚胺复合体系的摩擦学性能

研究评价了不同PTFE含量的碳纤维增强P1复合材料的力学和摩擦学性能，并分析了在干摩擦和水润滑2种不同条件下的磨损表面形貌和磨损机理。研究表明：PTFE以10%添加时PI/CF/PTFE体系的机械性能最佳，而摩擦学性能以5%添加为佳；随PTFE含量的增加，复合材料的摩擦系数降低，磨损率增加。水润滑下，摩擦系数和磨损率比干摩擦下的都有相应的降低。干摩擦下，材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导；水润滑下，这一机制显著减弱，归因于水的润滑和冷却作用。     

聚酰亚胺复合材料改性方法优化其摩擦学性能的研究进展

聚酰亚胺复合材料是一种常见的摩擦材料,具有良好的抗磨减摩性能。通过总结近几十年来聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能的研究情况,综述纤维、晶须、固体润滑剂、纳米材料填充改性、聚合物共混的改性方法,分析并讨论不同改性方法对聚酰亚胺复合材料摩擦学性能的影响。指出对于聚酰亚胺摩擦学研究所面临的问题,并展望未来聚酰亚胺复合材料在摩擦磨损方面的发展方向。     

多组分协同改性聚酰亚胺复合材料的高温摩擦学性能

通过提高聚酰亚胺(PI)的耐热性和导热性,从而提高其高温摩擦学性能。首先选择笼形聚倍半硅氧烷(POSS)和SiO₂提升其耐高温性能,碳纳米管(CNTs)和Cu粉提升热导率。然后选择分子模拟和实验相结合的方法研究各组分对其性能的影响。结果表明,POSS和SiO₂能够提升PI的耐高温性能和杨氏模量,但降低了热导率和冲击强度。Cu提高了PI的耐高温性能和热导率,但降低了力学性能。低含量的CNTs改性效果良好,但高含量时表现不佳。随后根据单组分改性实验的结果设计了多组分复合改性PI复合材料。结果表明,改性配比为3wt%POSS、3wt%SiO₂、0.5wt%CNTs和3wt%Cu的复合材料综合性能最优,在高温下的摩擦性能表现最佳,200℃时的摩擦系数为0.65,比纯PI降低了27.8%;磨损率为5.11×10^-5 mm³/(N·m),降低了19.3%。     

石墨烯/聚酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能

采用氧化石墨烯还原法制备了石墨烯,通过溶液共混法制备了石墨烯增强聚酰亚胺复合材料;研究了石墨烯/聚酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能及摩擦学作用机制。结果表明,随着石墨烯含量增加,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和硬度均呈先上升后下降的趋势,而冲击强度呈先升高而后降低,再升高的趋势。当添加1.0%(质量分数)的石墨烯时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率达到最大值,分别比纯聚酰亚胺提高了149%和652%。石墨烯的加入显著降低了聚酰亚胺复合材料的摩擦系数和磨损率;随石墨烯含量增加,复合材料的磨损率先下降后上升,而摩擦系数先显著降低,尔后平缓减小。随载荷增加,复合材料的磨损率呈平缓下降的趋势;而随滑动速率增加,磨损率呈上升趋势。石墨烯增强的聚酰亚胺复合材料的磨损机理为粘着磨损。     

纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦学行为

本文研究了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强的PI复合材料在于摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。研究表明,碳纤维增强PI复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数和磨损率都随碳纤维含量的增加而不断降低。而玻璃纤维和石英纤维增强PI复合材料的摩擦系数和磨损率则随纤维含量的增加而增大。材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导,相同纤维种类和含量增强PI复合材料在水环境下的磨损率均较干摩擦下的低,这主要归因于摩擦副表面吸附或存留的水分的边界润滑作用。     

聚苯酯、聚酰亚胺填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M-2000型试验机考察了一种以聚苯酯、聚酰亚胺填充聚四氟乙烯复合材料，发现此复合材料具有优良自润滑性能，PTFE、EKONOL、PI之比为50：30：20是本实验的最佳配比。运用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面进行观察和分析。研究结果表明，聚酰亚胺可以增加转移膜与对偶的结合强度，聚苯酯可以有效降低复合材料的摩擦系数。     

高阻尼空心微珠/环氧复合材料的制备及性能研究

制得不同粒径空心微珠/环氧复合材料,并对其进行断口形貌、阻尼性能和耐热性进行了研究.其阻尼性能的测试是采用动态力学热分析仪,通过拉伸-压缩的方法在不同变温(-40～150℃)和变频(10～800Hz)条件下完成的.结果表明相同条件下,添加过筛100～140目空心微珠的复合材料在玻璃化转变温度(Tg)下的阻尼性能相对较好(tanδmax=0.892),并且随频率增加损耗因子衰减较慢.通过复合材料断口的扫描观察发现空心微珠均匀分布在基体中,且与基体的结合较好;通过热重测试发现空心微珠概率粒径越大,复合材料耐热性越好.     

碳纤维和二硫化钼混杂增强尼龙复合材料的摩擦学性能研究

以注塑成型法制备MoS₂和碳纤维混杂增强尼龙1010复合材料,采用MM-200型磨损试验机考察复合材料摩擦磨损性能。研究结果表明:在干摩擦条件下,MoS₂和碳纤维混杂可显著改善尼龙复合材料摩擦学性能,较小载荷下复合材料磨损以轻微磨粒磨损和疲劳磨损为主,较高载荷下复合材料则以热疲劳断裂剥落磨损为主。摩擦过程中MoS₂和对偶铁发生摩擦化学反应,生成和对偶底材具有较强结合能力的硫化亚铁和硫酸铁等,同时部分被氧化生成MoO₃。     

粉煤灰空心微珠改善聚合物材料性能的试验研究

粉煤灰空心微珠是从热电厂粉煤灰中精选出来,并进行了除铁、除碳、去杂质等工艺处理而得到的一种新型多功能材料.它可以作为填料填充到聚合物材料中,并改善复合材料的性能.本文中研究了空心微珠作为聚丙烯和硬质聚氯乙烯树脂的填料时,对复合材料综合性能的影响.所用粉煤灰空心微珠颗粒的粒径是2μm和5μm.研究结果表明,当空心微珠填充量在0～30%(质量分数)之间时,空心微珠/PP复合材料的常温和低温下的缺口冲击强度、拉伸性能、弯曲性能都显著提高,复合材料的热性能同时也得到了提高.此外,还研究了空心微珠/UPVC复合材料的流变性能,超细空心微珠加入到硬质PVC管材中,可以明显改善PVC硬管的加工流动性能,显著缩短塑化时间,降低最大扭矩.     

复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,提高CF增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)力学性能。采用比表面积及孔容分析、原子力显微镜、扫描电子显微镜、热重分析仪研究了CF表面处理前后结构和形貌的变化。结果表明：CF经浓HNO₃处理后比表面积增加144.2%,CF表面沟壑加深;复合处理后有PI层包覆在 CF表面;包覆处理后CF耐热性能提高。力学性能测试表明,经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高11.34%,弹性模量提高109.2%,弯曲强度提高18.78%,冲击强度提高74.15%。     

Effect of surface oxidation treatment on the tribological performance of carbon fiber reinforced polyimide composites

The effect of ozone surface treatment of carbon fibers (CF) on the tensile strength and tribological properties of carbon fiber reinforced polyimide (CF/PI) composite was investigated. Experimental results revealed that the tensile strength of ozone and air oxidation treated CF reinforced PI composite was improved compared with that of untreated composite. Compared with the untreated and air‐oxidated CF/PI composite, the ozone treated composite had the lowest friction coefficient and specific wear rate under given applied load and reciprocating sliding frequency. Ozone treatment effectively improved the interfacial adhesion between CF and PI. The strong interfacial adhesion of the composite made CF not easy to detach from the PI matrix, and prevented the rubbing‐off of PI, accordingly improved the friction and wear properties of the composite.     

石墨和炭纤维分别改性热塑性聚酰亚胺复合材料的导热行为

采用石墨、 炭纤维填充改善热塑性聚酰亚胺(TPI)材料的导热性能, 研究了填料物性对材料力学性能和导热行为的影响。在此基础上, 用Nielsen理论模型和有限元方法模拟了复合材料的导热行为, 进一步探讨了填料形状对材料导热系数的影响。研究表明: 炭纤维、 石墨填充TPI均能提高复合材料的导热性能; 用Nielsen理论模型预测石墨、 炭纤维填充TPI材料导热系数与实验值存在一定偏差; 采用有限元法模拟二维复合材料稳态导热行为, 能有效地预测复合材料的导热系数。基于材料内部热流分布模拟分析发现, 填料自身导热性能对复合材料导热行为的影响不明显; 与圆形填料相比, 方形填料改善材料导热性能效果显著。      

碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料MT300/KH420高温力学性能(I)——拉伸和层间剪切性能

研究了碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料MT300/KH420的高温力学性能, 重点揭示了MT300/KH420的[0°]₇、[0°]₁₄ 和[±45°/0°/90°/+45°/0°₂]_s层合板在常温~500 ℃的拉伸和层间剪切性能的变化规律。结果表明:在350 ℃以内,[0°]₇层合板拉伸强度随温度升高有所提高, 拉伸模量几乎不变, 在420 ℃时拉伸强度和模量均出现明显下降, 在500 ℃时分别保持在65%和83%以上, 表现出优异的高温拉伸性能。MT300/KH420的[0°]₁₄层合板层间剪切强度在常温~420 ℃随温度升高不断降低至52.8%, 在高温下呈现出黏弹效应, 且在420 ℃时最为明显。相比于单向层合板, [±45°/0°/90°/+45°/0°₂]_s多向层合板高温力学性能较为稳定, 且由纤维控制的纵向试件力学性能受温度影响较小。      

聚酰亚胺纤维与碳纤维缠绕复合气瓶性能对比研究

本文主要研究高性能国产聚酰亚胺纤维在复合材料气瓶上的应用,并表征其与进口碳纤维的性能差距.采用国产聚酰亚胺纤维进行缠绕成型工艺优化与复合材料性能测试分析,在测试数据及工艺优化基础上针对其进行了复合材料气瓶的强度设计.分别采用聚酰亚胺纤维、进口T300、T700以及T800碳纤维缠绕成型复合材料气瓶,进行水压爆破压强的测试,并引进声发射检测技术对其在水压过程中的损伤信号进行监测分析.结果表明聚酰亚胺纤维缠绕工艺性良好,与树脂界面结合优异,适用于湿法缠绕成型工艺.复合材料拉伸强度达到1 708 MPa,纤维的强度发挥率高达80%,相比于碳纤维复合材料其呈现出较好的断裂韧性,有利于减少复合材料气瓶在水压下的应力损伤.缠绕成型的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶容器特征系数(PV/W)高达32.2 km,其在航空航天、医用、汽车、核工业等领域具有广阔的应用前景.     

表面处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用空气氧化法和硝酸氧化法对碳纤维进行表面处理,研究了碳纤维(CF)增强热塑性聚酰亚胺(TPI)复合材料的力学性能。采用Boehm滴定方法测定了经过硝酸处理后CF表面酸性官能团数量。结果表明:CF表面酸性官能团的数量随着浓硝酸处理时间的增加而增加;浓硝酸处理效果比空气氧化好,当浓硝酸处理CF的时间为20 min时,CF/TPI复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提高10 %和14 %,XPS表明此时CF表面活性官能团比未处理增加35.89 %。AFM表明,浓硝酸对CF表面刻蚀沟明显;SEM表明,CF与TPI基体之间形成良好的界面,CF起到了增强效果。      

碳纳米管／聚酰亚胺功能复合材料的制备与性能研究

以超声分散塬位聚合的方法制备出不同碳纳米管含量的碳纳米管，聚酰亚胺功能复合材料膜。通过对复合材料膜的拉伸性能、电性能、热性能和结晶行为进行表征，得到的实验结果表明：一定量碳纳米管的加入可对聚酰亚胺薄膜同时起到增强和增韧的作用，并降但对瓦的影响不明显。随碳纳米管含量增加，聚酰亚胺薄膜的表面电阻率和体积电阻率都有明显降低，并存在一个阈值；碳纳米管可起到结晶戍核剂的作用。     

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.