环氧树脂/碳纤维导热复合材料研究进展

为提高碳纤维复合材料的导热、老化以及其他力学性能,本文探讨了以环氧树脂为基体,以具有优良的力学性能的碳纤维为导热载体,制备具有良好性能的导热复合材料的制备工艺。同时,研究了碳纤维增强环氧树脂基体的热传导机制,以及近些年来环氧树脂基导热复合材料的科研现状。     

纳米TiO2改性外墙涂料的研究

采用表面活性剂、机械分散和超声波分散等工艺,将纳米TiO2分散到传统外墙涂料中,并对其性能进行了研究.结果表明,在传统涂料中添加涂料总质量0.5%的纳米TiO2,可明显提高涂料的综合性能.讨论了纳米TiO2的用量及其与乳液的适应性问题.     

碳纤维/膨胀石墨协同复合对硅橡胶性能的影响

采用溶液插层法制备了膨胀石墨(expanded graphite,EG)/硅橡胶(VMQ)导热复合材料,利用短切碳纤维(carbonfiber,CF)对复合材料体系进行增强.研究了EG、CF和钛酸酯偶联剂对硅橡胶导热和力学性能的影响.结果表明:短切CF与EG有良好的协同复合作用,一定量的钛酸酯偶联剂可以有效地改善填料与...     

丙烯酸在碳纤维表面的电聚合改性

为了提高碳纤维与树脂基体之间的粘结性能,采用循环伏安法,以丙烯酸为聚合单体对碳纤维进行了电聚合改性.利用傅里叶红外光谱仪和扫描电子显微镜研究了改性前后碳纤维表面的结构变化,并利用电脑伺服控制材料试验机对复合材料进行了力学性能测试.结果表明:当丙烯酸浓度为0.3 mol/L、循环次数为10次时,碳纤维的改性效果最佳;改性后的碳纤维在红外光谱的2 680 cm-1附近出现了—OH特征吸收峰;复合材料的层间剪切强度由10.50 MPa增加到了23.44 MPa,提高了123.21%;改性后碳纤维表面出现了圆片状丙烯酸聚合物层,且可与环氧树脂基体紧密结合.     

碳纤维上电聚合噻吩对复合材料性能的影响

为了改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,以噻吩为单体,采用循环伏安法对碳纤维进行电化学聚合改性.利用扫描电子显微镜研究了电化学聚合改性前后碳纤维的表面结构变化,采用电脑伺服控制材料试验机测试了碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能.结果表明,当噻吩浓度为0.4 mol/L时,峰值电流增加幅度最大,电聚合效果最佳.当循环次数达到60次时,碳纤维表面电化学聚合反应完全,碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度可由13.46 MPa增加到23.79 MPa,提高约76.75%.电化学聚合后大量片层状聚噻吩聚合物在碳纤维表面聚集,碳纤维与环氧树脂基体紧密结合,界面性能明显提高.     

碳纳米导静电涂膜的分散及耐油老化性能研究

多壁碳纳米管由于很难分散为独立颗粒，因此作为涂料使用受到了一定的限制，而这些碳纳米管的许多潜在应用。如在极低的浓度下获得导电性，都与它的比表面积密切相关．因此碳纳米管分散性的好坏对其性能有决定性的影响。提出了一种既能提高分散性，又不破坏碳纳米管原有性能的方法，这种方法能够去除碳纳来管团块中的硅藻土等矿物，加入分散剂后形成稳定的胶体。还对碳纳米管导电涂层的耐油老化性能进行了分析研究，发现不同表面处理工艺对油在碳纳米管涂层的扩散系数影响很大，喷砂处理较打磨处理耐油性增加20％左右，另外还分析了涂料的固化条件及老化条件对涂层耐油性的影响。     

表面涂层对碳纤维的强度和断裂特征的影响

利用化学气相沉积法在碳纤维表面获得了ＳｉＣ，Ｃ＋ＳｉＣ，Ｓｉ，Ｃ－Ｓｉ梯度等多种涂层，研究了各种涂层对碳纤维强度的影响，分析了涂层碳纤维的断裂过程与断口形貌，实验结果显示：Ｃ－Ｓｉ梯度涂层碳纤维具有较高的抗拉强度，这是任何单一涂层所无法比抉的。另外，单Ｓｉ涂层碳纤维的断口为拨出型，其它几种涂层碳纤维的断口为平切型。     

碳纤维增强复合材料电阻率—温度特性研究

研究了利用不同温度条件下制备的短切碳纤维作为导电填料,以乙烯基树脂为基体,制成的添加剂导电复合材料中填料的种类、含量对该类复合材料的导电性及其该类复合材料的电阻率－温度特性的影响进行了研究,并对电阻率－温度变化特性进行了进行回归分析。实验结果表明较低温度条件下制备的碳纤维复合材料具有线形的NTC变化特性,而较高温度条件下制备的碳纤维复合材料具有特殊的变化特性,即先表现出PTC效应,后表现出NTC效应。     

STUDY ON THE CONDUCTING FIBER REINFORCED PLASTIC

The conductive fiber reinforeed plasticwas prepared by dispersing electrical conducting fillerpartieles such as aluminium powder.graphite and carbon black to glass fiber reinforced resin.The effects that eachor double kinds of fillers.alsa the conductive fiber clothhad done on the electrial and mechanical properties of plas-tic composites werer studied,This paper also provided dis-cussion on the conductive mechanism of fiber reinforcedplastic.     

Electrical Conductivity of the Carbon Fiber Conductive Concrete

This paper discussed two methods to enhance the electrical conductivity of the carbon fiber（CF） electrically conductive concrete. The increase in the content of stone and the amount of water used to dissolve the methylcellulose and marinate the carbon fibers can decrease the electrical resistivity of the electrically conductive concrete effectively. Based on these two methods, the minimum CF content of the CF electrically conductive concrete for deicing or snow-melting application and the optimal ratio of the amount of water to dissolve the methylcellulose and marinate the carbon fibers were obtained.     

添加炭黑和交联剂的 EVA 半导电复合物性能研究

本文对以ＥＶＡ为基体树脂,炭黑为导电填料的半导电复合物的物理力学性能及电性能进行了研究。探讨了炭黑含量、表面处理、化学交联及交联剂用量对复合材料性能的影响,并分析了其作用机理。     

碳黑/聚氨酯共混导电纤维熔融纺丝的研究

以聚氨酯为基体、碳黑为导电介质共混得到导电母粒，通过熔体纺丝法制得碳黑／聚氨酯共混导电纤维．研究表明：随着碳黑含量的增加，导电性增强，但纤维的力学性能、可纺性下降，当碳黑质量分数为16％时，其导电性和力学性能较好；分散剂的含量对纤维导电性也有一定的影响．     

聚苯胺／改性聚酯复合导电纤维的制备

采用“原位”聚合法制备聚苯胺／改性聚酯复合导电纤维,分析盐酸浓度、氧化剂浓度、纤维在苯胺中的浸泡时间以及反应时间对纤维电导率的影响。研究结果表明,由改性聚酯纤维制得的导电纤维的导电性能较好,当盐酸浓度1．0mol／L,氧化剂浓度0．02mol／L,纤维在苯胺中的浸泡时间1h,反应时间1～2h时制得的纤维体积电阻率较佳。制备的导电纤维基本保持了原有的力学性能。     

钒电池用EVA／CB复合电极板的性能研究

以乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）为树脂基体、特导电炭黑（CB）为导电填料,采用机械共混法制备EVA／CB复合电极板,研究该电极板的导电性以及在钒电池电解液中的电化学性能．研究结果表明该电极板可作为钒电池的集流体来使用,并且导电性及耐腐蚀性较好．     

Electrically conductive concrete for heating using steel bars as electrodes

The steel bars with good electrical conductivity were used as two kinds of electrodes in the making of carbon fiber (CF) electrically conductive concrete for heating. The results of the pertinent experiments illustrate the design is viable. The change in electrical resistivity over three years’ hydration time was studied when steel bars were used as lateral face electrodes and top bottom surface electrodes respectively. The temperature rise test was conducted to verify the heating properties of two kinds of concrete. Not only the study can reduce the CF volume content of electrically conductive concrete for heating to 0.58% or 0.36% according to different design, but also it will enhance the carrying capacity of the concrete roadway for heating.     

全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究

3D打印成型碳纤维接枝碳纳米管增强热塑性复合材料的强度提高

王婼楠¹，吴海宏^1，2，郭子月³，刘春太²，申长雨²

（1. 河南工业大学 机电工程学院，郑州450001; 2.郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心，郑州450002; 3.中山大学 数学学院（珠海）,珠海519082）

创新点说明：

1) 研究了碳纤维定量接枝碳纳米管对热塑性复合材料的界面性能及拉伸性能的影响。

2) 用3D打印模压成型的工艺方法制备了热塑性复合材料。

研究目的：

研究碳纤维表面接枝不同含量的碳纳米管对复合材料微观结构、界面性能和力学性能的影响。

研究方法：

1) 采用溶液法，通过控制碳纳米管接枝反应时间，制备不同含量碳纳米管接枝碳纤维，然后用硝酸刻蚀法，去除残留溶剂，验证了碳纳米管接枝的可靠性。用扫描电镜观察碳纤维的微观形貌，用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析。

2) 用扫描电镜观察碳纤维与基体的结合情况并用接触角测量仪测试碳纤维与基体的接触角。

3) 通过 3D打印成型法成型了热塑性复合材料样条，并用扫描电镜观察碳纤维热塑性复合材料的界面微观形貌。

4) 采用万能试验机测试3D打印成型热塑性碳纤维复合材料的拉伸性能，并观察复合材料断口形貌。

结果：

1) 溶液法.扫描电镜观察发现碳纳米管在碳纤维表面均匀分布，表明碳纤维与碳纳米管之间存在较强的键合关系。但随着接枝时间的增加，碳纤维表面的碳纳米管含量逐渐增加，但达到0.4%时，出现分散不均匀现象。碳纤维表面含有上浆剂和去掉上浆剂的对比发现，无上浆剂的碳纤维表面沟壑明显，这些沟槽可以增加碳纤维的比表面积和表面能，增强了基体与碳纤维的机械相互作用。用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析，结果表明，经偶联剂改性后，C=O键含量明显增加，碳纤维表面引入含氧官能团。C1，O1S峰增强，表明碳纳米管接枝到了碳纤维表面。

2) 扫描电镜结果表明，与表面未接枝碳纳米管的碳纤维相比，接枝碳纳米管的碳纤维与基体PA6具有更好的润湿性。接触角测试结果对比发现，接枝碳纳米管的碳纤维与基体的接触角，明显小于未接枝碳纳米管的。

3) 通过扫描电镜观察复合材料的界面微观形貌，结果表明：纤维与基体之间存在一定厚度的界面层，界面层的存在可以减轻纤维与基体之间的力学性能突变引起的应力集中，并防止界面缺陷的扩展。

4）界面结合强度测试结果表明，当碳纳米管的质量分数增加到0.25%时，复合材料的界面结合强度比未接枝碳纳米管的碳纤维增强的PA6复合材料提高了20%，比表面有环氧的碳纤维复合材料提高了41.8%。然而当碳纳米管含量大于0.4%时，界面结合强度不再继续增加。力学测试表明碳纳米管含量为0.25%的复合材料具有最高的平均模量、拉伸强度和界面剪切强度。接枝碳纳米管的碳纤维复合材料断口形貌可以观察到界面处基体中的韧窝。表明基体树脂在拔出纤维前经历了较大的塑性变形，表明纤维与基体有很好结合性。

结论：

实验结果表明，碳纳米管可以提高表面的润湿性和CF表面粗糙度。碳纳米管接枝碳纤维增强PA6与环氧上浆的碳纤维复合材料相比，当碳纳米管的质量分数达到0.25%时，复合材料的界面结合强度增加了41.8%，拉伸强度提高了130%，界面剪切强度提高了238%。然而，随着碳纳米管含量的继续增加到0.4%时，界面结合强度和力学性能就会下降。

关键词：热塑性复合材料，界面结合强度，界面剪切强度，3D打印成型

     

The influence of fiber type and conformation on the damping property of FRP composite

In order to get a fiber reinforced plastic(FRP) composite with good damping property as well as good mechanical properties, different types of reinforcing materials were used to reinforcing a damping resin. The influence of fiber types and conformation on the damping property of the composite are tested. Compared to the glass fiber(GF), carbon fiber(CF) can improve the damping factor of the composites; the highest tanδ value is 0.827 while the Tg is 22.5 ℃. The style of the fibers also influences the damping factors of the composite. The composite reinforced with mat has higher loss factors than that composite reinforced with clothe for the reason that the former has the ability to deform and the composite has higher resin content. The loss factor of GF mat reinforced composite is 0.704 while the Tg is 27 ℃. Both composite has good damping properties and can be used as the damping layer of the structural damping composite.     

Rheological properties of conductive asphalt binders containing graphite and carbon fiber before and after ageing

Modified asphalt binders were prepared by adding conductive materials, graphite and carbon fiber. The rotation thin film oven test (RTFOT) and pressure age vessel test (PAV) were conducted to simulate the binder aging in the field. Rheological properties of graphite and carbon fiber modified asphalt binder were investigated by the empirically rheological properties (penetration and softening point) and the dynamic shear rheometer (DSR) test. Results show that physical properties of asphalt binder change with conductive material mixed. DSR tests present that the values of complex modulus increase while phase angles decrease under a proper amount of graphite and carbon fiber. Rutting parameters point out that graphite can improve the rutting resistance of asphalts. Rheological parameters can be used to assess aging.     

碳纳米管与三维石墨烯协同提高导热硅脂的热性能

以二甲基硅油为基础油,碳纳米管(carbon nanotubes, CNT)/三维石墨烯(3D graphene, 3D rGO)复合碳材料为导热填料制备导热硅脂。研究表明,仅以CNT为导热填料时,管径小而管长长的CNT更有利于改善硅脂热性能。当总导热填料量为6%, CNT/3D rGO复合碳材料中CNT和3D rGO质量比为3:1时,导热硅脂的热导率提高近26%。CNT的加入对3D rGO起到了分隔和桥连的作用,短而细的CNT更有利于三维热传导网络的形成,进而可提高导热硅脂的热传导性能。     

Increased photo-catalytic removal of sulfur using titania/MWCNT composite

Titania coating of multi wall carbon nano tube(MWCNT) was carried out by sol-gel method in order to improve its photo catalytic properties.The effect of MWCNT/TiO_2 mass to volume ratio on adsorption ability,reaction rate and photo-catalytic removal efficiency of dibenzothiophene(DBT) from n-hexane solution was investigated using a 9 W UV lamp.The results show that the addition of nanotubes improves the photo-catalytic properties of TiO_2 by two factors;however,the DBT removal rate versus MWCNT content is found to follow a bimodal pattern.Two factors are observed to affect the removal rate of DBT and produce two optimum values for MWCNT content.First,large quantities of MWCNTs prevent light absorption by the solution and decrease removal efficiency.By contrast,a low dosage of MWCNT causes recombination of the electron holes,which also decreases the DBT removal rate.The optimum MWCNT contents in the composite are found to be 0.25 g and 0.75 g MWCNT per 80 m L of sol.