纳米SiO2改性EP对基体力学性能和芳纶纤维/EP复合材料界面性能的影响

研究了纳米SiO2对环氧树脂(EP)基体力学性能的影响,并进一步采用对位芳纶纤维(F-12)增强环氧树脂,制备了NOL环复合材料,通过复合材料层间剪切性能测试考核了F-12与环氧树脂之间的界面粘接性能.结果表明:环氧树脂中添加适量的纳米SiO2能够有效提高环氧树脂浇注体的拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击强度.纳米SiO2的加入,可以有效改善F-12与环氧树脂基体之间的界面粘接性能,降低复合材料的空隙率,F-12/纳米SiO2(6%)-EP复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高约60.3%.     

环氧树脂/纳米SiO_2复合材料的制备

制备了环氧树脂(EP)/纳米SiO2复合材料,研究了纳米SiO2用量对复合材料结构和力学性能的影响,采用扫描电子显微镜观察了复合材料的断面形貌,分析了纳米SiO2的增韧机理。添加适量的纳米SiO2可显著提高EP的力学性能,添加6 phr纳米SiO2时,EP/纳米SiO2复合材料的力学性能最佳,拉伸剪切强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度分别为13.8 MPa,86.1 MPa,11.6 kJ/m2;适量的纳米SiO2能改善EP的内部结构,具有明显的增韧补强作用。     

低密度高导热CF/EP复合材料的制备及性能

将碳纳米管(CNT)和空心玻璃微珠(HGS)添加到环氧树脂(EP)中,利用模压工艺制备碳纤维(CF)/EP复合材料。结果表明：同时添加CNT和HGS可以有效降低CF/EP复合材料的密度,改善复合材料的力学性能,提高复合材料的导热性能,且当CNT和HGS质量比为1∶4时,复合材料综合性能最优,与不添加CNT和HGS的CF/EP复合材料相比,该复合材料的密度下降了8.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了22.0%和30.1%,拉伸强度提高了8.9%,导热系数提高了87.1%。     

EP/纳米SiO2/空心微珠复合材的性能研究

选用微米级空心微珠和纳米SiO2作为填料,制备环氧树脂(EP)／纳米SiO2／空心微珠复合材料,研究空心微珠用量对复合材料的拉伸性能和冲击性能的影响,采用扫描电镜(SEM)研究复合材料的断裂模式,初步讨论了复合材料的隔热性能。结果表明,纳米SiO2和空心微珠的加入可以提高复合材料的拉伸强度和冲击强度,并且当空心微珠用量为10％、纳米SiO2用量为3％时,复合材料的各项力学性能最佳。随着空心微珠含量的继续增加,复合材料的拉伸强度和冲击强度均有不同程度的降低,拉伸弹性模量却有提高趋势。此外,空心微珠的加入使复合材料的脆性提高、韧性降低,隔热性能却有所改善。     

EP/POSS/SiO2纳米复合材料性能研究

以自制的两种不同黏度的环氧基倍半硅氧烷(POSS)为改性剂,对双酚A型环氧树脂(EP)/4,4’–二氨基二苯砜(DDS)进行改性,制备EP/POSS杂化材料。再以纳米SiO2为填料制备了EP/POSS/SiO2纳米复合材料。结果表明,与EP相比,杂化材料和纳米复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量都有所提高,其中纳米复合材料(分别添加低黏度和高黏度的POSS)的弯曲弹性模量分别提高了15.03%和9.44%,添加高黏度的POSS和纳米SiO2后其杂化材料和纳米复合材料体系的弯曲强度均有所提高,杂化材料和纳米复合材料的最大分解温度和在高温时的热残留量都有所提高。     

双马来酰亚胺/环氧树脂/纳米SiO2复合材料的制备与性能研究

研究了纳米二氧化硅（SiO2）的含量对双马来酰亚胺（BMI）/环氧树脂(EP)/2,2′二烯丙基双酚A(DBA)/纳米SiO2复合材料的耐热性能、力学性能和吸水性能的影响。结果表明,当纳米SiO2的含量为2.0 %(质量分数,下同)时,BMI/EP/DBA/纳米SiO2复合材料具有较高的强度和良好的韧性,其拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度比BMI/EP/DBA复合材料分别提高了22.8 %、39.0 %和37.8 %;同时,纳米SiO2含量为 2.0 %时,BMI/EP/DBA/纳米SiO2复合材料具有优异的耐热性,其玻璃化转变温度、初始热分解温度和最大热分解温度分别为204、 410、451 ℃。     

纳米填充环氧树脂/玻璃纤维复合材料的摩擦磨损性能研究

分别将纳米三氧化二铝（Al2O3）、纳米二氧化钛（TiO2）、纳米二氧化硅（SiO2）颗粒和碳纳米管(CNTs)填充到环氧树脂(EP)/玻璃纤维(GF)复合材料中,制备了纳米填充EP/GF复合材料,GF的体积含量为30 %。用环块摩擦试验机研究了纳米填充物对EP/GF复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,1.0 %（质量分数,下同）的CNTs能够较大幅度地降低复合材料的摩擦因数和磨损率,而纳米Al2O3、纳米TiO2和纳米SiO2颗粒可以明显提高复合材料的耐磨损性能。     

EP/SiO_2/CF复合材料的动态热力学分析

为了研究纳米级SiO_2、碳纤维(CF)对环氧树脂(EP)基复合材料动态热力学性能的影响,制备了不同用量(分别为EP质量的0%和4%)纳米SiO_2、不同体积分数(分别为5%,10%,15%,20%)CF增强EP基复合材料弯曲试样,对试样进行了多频扫描动态热力学分析(DMA),研究了纳米SiO_2和CF对复合材料玻璃化转变温度(Tg)、储能模量、表观活化能和最大损耗因子的影响。结果表明,总体上添加4%的纳米SiO_2后复合材料的Tg下降2~6℃;100℃之前,测试频率对复合材料的储能模量影响较小,且未含SiO_2的试样储能模量曲线比含SiO_2的试样较为平坦;当CF体积分数分别为10%,15%,20%时,添加4%纳米SiO_2的EP/CF复合材料的在40℃下的储能模量较未加纳米SiO_2时提升31.2%,135.5%,13.6%,表明纳米SiO_2和CF展现出很好的协同效应从而提升了复合材料储能模量,而最大损耗因子分别下降3.7%,6.5%,14.8%,表明纳米级SiO_2有助于增强复合材料的刚性;当纳米SiO_2用量为EP质量的4%,CF体积分数为15%时,复合材料内部作用力最大,表观活化能达到569 k J/mol,呈现了很好的协同效果。     

纳米SiO_2/聚氨酯弹性体协同增韧增强环氧树脂的研究

采用力学性能测试,扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微(TEM)及动态力学性能分析(DMA)研究了纳米SiO2以及聚氨酯弹性体(PUR)对环氧树脂(EP)的改性效果。结果表明,纳米SiO2质量分数0.3%时可同时增韧、增强EP。纳米SiO2与PUR有协同增韧增强EP的作用,纳米SiO2质量分数0.3%,PUR质量分数20%时,纳米SiO2/PUR/EP三元复合材料的冲击强度比纯EP,纳米SiO2/EP及PUR/EP体系分别提高110%,11%和7%;弯曲强度分别相应提高21%,5%和15%。改性体系的断口形貌呈现明显的韧性断裂,表明纳米SiO2颗粒较均匀分布在基体中。三元复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(T g)高于PUR/EP二元体系,损耗峰明显宽化。     

纳米二氧化硅阻燃环氧树脂研究

采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅(SiO2)进行表面改性,制备有机改性纳米二氧化硅(O-SiO2),并与环氧树脂(EP)合成EP/O-SiO2纳米复合材料。利用TG、UL-94垂直燃烧测试和锥形量热测试(CCT)等对EP复合材料的力学性能和阻燃性能进行研究。结果表明:一定量的O-SiO2可以提高复合材料的弹性模量,O-SiO2的添加量为10%时,复合材料的弹性模量最大;O-SiO2的加入可以改善EP的阻燃性能,添加量为20%时,复合材料的阻燃效果最好。     

纳米SiO2/竹纤维/环氧树脂复合材料性能研究

将竹纤维加入到环氧树脂中以形成增强环氧复合材料,研究了竹纤维竹粉和纳米二氧化硅（SiO2）对环氧树脂的力学性能和耐溶剂浸蚀性能的影响。竹纤维含量为15%时,竹纤维/环氧树脂的冲击强度比纯环氧树脂提高50%。纳米SiO2能同时增强和增韧竹纤维/环氧树脂,并提高其耐溶剂浸蚀性能,纳米SiO2含量为4%时,纳米SiO2/竹纤维/环氧树脂三元复合材料的冲击和拉伸强度分别比未添加纳米SiO2的竹纤维/环氧树脂提高40%和30%。当纳米SiO2/竹纤维/环氧树脂的质量比为4/15/85时,三元复合材料的综合性能较好。     

纳米SiO2对环氧复合材料壳体纤维强度转化率的影响

以纳米SiO2作为增强材料改性环氧树脂基体，通过NOL环复合材料剪切强度测试，研究不同含量纳米SiO2粒子对复合材料层间剪切强度的影响。结果表明：纳米SiO2含量在6％时，改性效果最好，复合材料层间剪切强度提高约60％；F-12纤维强度转化率提高约9．4％。     

快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的性能

利用差示扫描量热分析仪研究了一种快速固化环氧树脂体系的固化工艺参数,确定了以真空辅助树脂灌注工艺制备快速固化环氧树脂/碳纤维复合材料的成型方法,并与常规固化环氧树脂体系制备的碳纤维复合材料进行对比,采用傅里叶变换红外光谱仪对两种材料的树脂基体进行了分析,考察了两种复合材料的纤维含量、孔隙率及力学性能,最后通过扫描电子显微镜观察了快速固化树脂基体与碳纤维的界面结合性。结果表明,快速固化树脂在99℃下固化6 min后固化度可达96%,能够大幅缩减碳纤维复合材料的成型时间,以其制备的碳纤维复合材料拉伸强度比常规固化环氧树脂复合材料高11.20%,弯曲强度高16.92%,纵横剪切强度高7.44%,快速固化树脂与碳纤维界面结合性良好。     

环氧树脂/短切碳纤维复合材料性能研究

制备出了短切碳纤维增强TDE-85环氧树脂复合材料,研究了碳纤维的含量对复合材料力学性能和耐热性能的影响。结果表明,碳纤维的加入有利于复合材料力学性能和耐热性能的提高,并在碳纤维含量为0.25%时,复合材料的拉伸强度、冲击韧性、弯曲强度和弯曲模量达到最大,分别提高了29.33%、25.31%、30.28%和68.93%。此外,对复合材料的弯曲断裂面进行了微观形貌分析,结果表明一定量的碳纤维可以较好地分散在树脂基体中,同时,碳纤维原丝和树脂基体的界面结合比较弱,主要依赖于两相之间的物理嵌合。     

纳米SiO_2/环氧树脂灌封材料的制备和力学性能研究

以经偶联剂处理的纳米SiO2作为增强材料,制备了纳米SiO2/环氧树脂(EP)灌封材料。研究了不同纳米SiO2含量对灌封材料力学性能的影响。结果表明:当纳米SiO2/EP灌封材料中w(纳米SiO2)=4%时,灌封材料的冲击强度和弯曲强度达到最大值,并且分别比纯EP固化物提高了117%和109%;经硅烷偶联剂处理的纳米SiO2,在EP中的分散性得到有效改善,从而对纳米SiO2/EP灌封材料具有较好的增强、增韧效果。     

Resin modification on interlaminar shear property of carbon fiber/epoxy/nano‐CaCO3 hybrid composites

Epoxy resin was modified by adding a silane coupling agent/nano‐calcium carbonate master batch. Then, samples of binary carbon fiber/epoxy composites and ternary fiber/nano‐CaCO₃/epoxy were prepared by hot press process. The interlaminar shear strength (ILSS) of the carbon fiber/epoxy composites was investigated and the results indicate that introduction of the treated nano‐CaCO₃ enhances ILSS obviously. In particular, the addition of 4 wt% nano‐CaCO₃ leads to 36.6% increase in the ILSS for the composite. The fracture surfaces of the carbon fiber/epoxy composites and the mechanical properties of epoxy resin cast are examined and both of them are employed to explain the change of ILSS. The results show that the change of ILSS is primarily due to an increase of the epoxy matrix strength and an increase of the fiber/epoxy interface. The bifurcation of propagating cracks, stress transfer, and cavitation are deduced for the reasons of strengthening and toughening effect of nano‐CaCO₃ particles. POLYM. COMPOS., 38:2035–2042, 2017. © 2015 Society of Plastics Engineers     

PE—UHMW纤维／环氧树脂复合材料研究

对超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW)纤维进行了铬酸液相氧化和纳米二氧化硅溶胶表面涂覆的复合化表面处理，并对PE-UHMW纤维／环氧树脂复合材料进行了界面性能研究。结果表明，单纯的液相氧化和表面涂覆均可以提高复合材料的界面性能，但液相氧化处理时间过长会使纤维强度降低，而复合化处理则具有协同效应，可以不降低纤维强度而大幅度提高复合材料的层间剪切强度，是一种有效的表面处理方法。     

环氧树脂/倍半硅氧烷共混材料的性能研究

通过三烷氧基硅烷水解缩聚反应制备了甲基倍半硅氧烷(MSSQ)单体和乙基倍半硅氧烷(ESSQ)单体,采用红外光谱、核磁共振、元素分析对其进行表征,证实了倍半硅氧烷(SSQ)的立体结构。采用共混法制备了环氧树脂(EP)/SSQ和EP/纳米SiO2共混材料,性能测试结果表明,相对于纯EP及EP/纳米SiO2共混材料,EP/SSQ共混材料具有较高的玻璃化转变温度、热变形温度、热稳定性及力学性能。     

树脂对碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料湿态弯曲特性影响

为了探究树脂基体对相同铺层方式下碳纤维/玻璃纤维层间混杂复合材料(碳/玻体积混杂比为1.86/1)干态、湿态(100℃水煮2 h)弯曲特性的影响,首先对环氧树脂和乙烯基树脂浇铸体试样分别开展了耐水性加速老化试验,并对两种树脂浇铸体试样在每个老化试验周期下分别开展剩余弯曲特性试验;然后对碳/玻层间混杂复合材料开展干、湿态弯曲试验。结果表明,无论是在常规试验(未经过老化)还是在各个老化试验周期,两种树脂浇铸体试样弯曲应力–位移曲线变化规律基本一致,但总体而言,环氧树脂浇铸体试样常规弯曲强度和各个阶段老化后弯曲强度均优于乙烯基树脂浇铸体试样;相同试验状态下,两种树脂基混杂复合材料试样湿态弯曲强度和弯曲弹性模量均较干态试样产生不同程度的降低,但环氧树脂基混杂复合材料试样在干、湿态环境下的弯曲性能均优于乙烯基树脂基混杂复合材料试样。