碳纤维/芳纶纸基复合材料的制备及其电磁参数调控技术研究

本研究采用芳纶纤维和碳纤维作为原料,通过斜网成形技术制备了一种电磁参数可以灵活设计的纸基复合材料。通过浆网速比调控碳纤维的分布,实现对纸基复合材料纵向和横向的电磁参数的调控。结果表明,浆网速比为0.5时,纸基复合材料的抗张指数纵横向比为2.2,8～12 GHz频率下纸基复合材料的介电常数实部纵横向比为2.1～2.2;浆网速比为1.2时,纸基复合材料的抗张指数纵横向比为1.5,8～12 GHz频率下纸基复合材料的介电常数实部纵横向比为1.5～1.6。仿真计算和工程化实验结果表明,控制浆网速比是调控碳纤维/芳纶纸基复合材料电磁参数的重要方法。     

碳纤维耐高温型上浆剂的研究进展

上浆是碳纤维及其复合材料开发与应用中必不可少的关键技术之一。随着先进聚合物基碳纤维复合材料的开发与应用，碳纤维上浆剂耐高温性能不足的问题日益凸显。本文综述了近年来碳纤维耐高温型上浆剂的研究进展，重点阐述了其水性化改性方法，并对各类上浆剂的表面性能、耐高温性能以及对复合材料力学性能的影响进行了分析。从产业化应用的角度，提出了碳纤维上浆剂不仅要对水溶性和耐热性等热点性能以及原材料与制备方法进行研究，更应当注重对碳纤维上浆剂整体应用性能的研究，如上浆剂乳液的稳定性、润湿性、粒径分布，上浆后碳纤维及复合材料的表界面性能和整体力学性能等。     

碳纤维针织复合材料的开发应用

基于碳纤维具有高强高模的性能特点,详细分析碳纤维针织复合材料的研制和应用情况,包括在航空航天、国防军事、电子信息等高科技产业领域的应用和其他领域如体育界、医疗界等的应用。并对较常用的复合材料增强结构——多轴向无屈曲织物的结构设计、材料选择、生产技术等进行研究,表明多轴向无屈曲织物设计灵活,使增强织物具有良好的力学性能,能够制成具有理想机械性能和运行性能的构件。最后提出可以开发碳纤维针织复合材料,形成从聚丙烯腈基碳纤维原丝到碳纤维复合材料的产业链。     

碳纤维织物基形状记忆复合材料的制备及其性能

为解决碳纤维织物基形状记忆复合材料体系中催化剂存在对其回收利用的影响,通过基于动态酯交换反应的环氧-酸酐体系作为形状记忆功能体(BMT),以多羟基反应单体三羟甲基丙烷(TMP)作为反应活性剂,与碳纤维织物整理复合制备出无催化剂可调控的形状记忆复合材料。结果表明,这种多羟基催化碳纤维织物基复合材料(C-BMT)不仅具有良好的形状记忆的能力,而且其物理性能也十分优异,特别是拉伸强度较形状记忆功能体BMT提高了24倍。另外,这种复合材料中不存在催化剂,解决了催化剂对其回收利用产品应用的限制,对未来高性能碳纤维织物基复合材料开发和回收利用的实现具有重要意义。     

碳纤维功能材料在纸业应用中的研发现状与前景

介绍了碳纤维的特点,目前常用表面处理技术的方法原理和研究进展,分析比较各种处理技术对复合材料使用性能的影响。综述了碳纤维作为新能源和电化学材料、电磁屏蔽材料、导电发热和抗静电材料、环保防护和吸附分离功能材料等功能材料在纸业中的应用,碳纤维纸是一种高性能、多功能的先进复合材料,具有很好发展前景。     

世界高性能纤维及复合材料的最新发展与创新

当前世界高性能纤维与复合材料领域已形成美、日、欧盟、中和俄的五极格局,而新型发展国家也开始重视主要高性能纤维及其复合材料的发展。本文以聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)及复合材料(CFRP)、中间相沥青基碳纤维(MP-CF)、芳酰胺纤维(ARF)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等为例,全面介绍了全球高性能纤维材料领域的最新发展动态及应用实例,同时指出我国应不断创新生产工艺技术,深入开展应用研究与市场开发研究,实现高性能纤维的高效化、高性能化、低成本化生产。     

纸基电磁干扰屏蔽材料研究进展

本文介绍了碳纤维、石墨烯、碳纳米管、MXene及多种填料协同改善纸基电磁干扰屏蔽材料性能的研究进展,总结了纸基复合电磁干扰屏蔽材料的研究热点。研究开发超薄、高韧、优异屏蔽效能,且具有多层结构特点的产品是纸基复合屏蔽材料重要发展趋势。     

碳纤维的改性及其纸基功能材料性能的研究

为了提高碳纤维和所成纸基功能材料的性能,利用一定浓度的硝酸对碳纤维进行了改性。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等分析手段对改性后碳纤维进行分析。结果表明：随着改性的进行,纤维亲水性明显提高,碳纤维在水中的分散性得到改善;碳纤维的石墨特征几乎没有变化,但观察到纤维表面受到明显的侵蚀。对纸基功能材料的物理检测结果表明：随着改性时间延长和温度的提高,碳纤维纸的匀度得到明显的改善,抗张指数呈先增加后降低的趋势,电阻率呈逐渐增大的趋势。综合考虑纤维改性效果和碳纤维纸性能的变化,确定最佳改性温度为60℃,改性时间为90min,此时碳纤维纸的抗张指数为14.2N·m/g,电阻率为0.153Ω.cm。     

减重“奇材”碳纤维

正借助于引入轻质的碳纤维树脂基复合材料,宽体客机和窄体客机的平均燃油效率与1980年相比分别下降了27%和35%碳纤维树脂基复合材料因其轻质、高强,可替代传统铝合金,大量应用在飞机机翼、机身等部位。随着碳纤维复合材料强度、韧性的提升,其在飞机发动机上的应用也得到越来越大的关注。在军用涡扇发动机领域,GE公司在六代机的AETD核心机的静子部件中通过采用树脂基复合材料,减轻发动     

聚酰亚胺纤维及其纸基功能材料研究进展

特种纤维聚酰亚胺耐温等级高、绝缘性能优异、阻燃、耐辐射、高强高模,是轨道交通、航空航天、国防军工的重要基础工程材料,也是当下先进复合材料研究的热点之一。本文综述了国内外聚酰亚胺纤维和聚酰亚胺纸基功能材料的制备技术,探讨了聚酰亚胺纸基功能材料在制备方面面临的技术难题,并对聚酰亚胺纤维及其纸基功能材料的应用进行了展望。     

电泳沉积碳纳米管和氧化石墨烯修饰碳纤维表面的研究进展

针对碳纤维表面极性官能团少,化学活性低,与基体间的界面结合强度弱等问题,综述了国内外关于电泳沉积碳纳米管和氧化石墨烯修饰碳纤维提高其复合材料力学性能的最新研究进展。阐述了在不同的电泳沉积工艺下,分别在碳纤维表面引入碳纳米管和氧化石墨烯,对修饰碳纤维表面及其复合材料力学性能的影响。总结了影响电泳沉积修饰碳纤维效果的因素,并提出了相应的建议。展望了电泳沉积修饰碳纤维表面的研究发展方向,指出对碳纤维、碳纳米管和氧化石墨烯进行预处理,添加辅助工艺的电泳沉积设备制造将会成为未来的重要研究方向。     

聚酰胺基碳纳米管复合纤维的研究现状与进展北大核心CSCD

碳纳米管的力学、电学及热学等性能可赋予聚酰胺纤维良好功能,且聚酰胺基碳纳米管复合纤维能够保持其功能的稳定性。然而,如何提高碳纳米管在聚酰胺基体中的分散效果、降低碳纳米管应用成本,是碳纳米管复合纤维及其纺织品的重要研究方向。因此,本文结合现阶段国内外聚酰胺基碳纳米管复合纤维及纺织品的研究现状,探讨影响聚酰胺基碳纳米管复合纤维结构性能的主要因素和应用前景,为推进碳纳米管在纺织领域中的发展应用提供参考。     

碳纤维/环氧树脂基复合材料增韧改性研究进展

为改善碳纤维/环氧树脂基复合材料的脆性断裂问题,常通过树脂增韧和纤维改性等方式实现。本文从树脂改性、界面改性及结构设计3个方面综述了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展。其中树脂改性主要有纳米材料改性、橡胶弹性体改性及热塑性树脂改性增韧等方式,通过增加填充粒子与树脂基体间键合来提高环氧树脂的韧性;界面改性主要是碳纤维表面改性,通过增加碳纤维表面活性官能团或多尺度进行表面改性,增强碳纤维和环氧树脂之间的界面结合性能,达到复合材料增韧的效果;复合材料结构设计主要是设计纤维铺层角度、厚度、结构,通过结构优化来增强复合材料的韧性。最后分析了3种改性方式存在的问题,并指出3种方式结合使用是未来复合材料改性的研究方向。     

Preparation of Polyimide Fiber/Thermoplastic Resin Composites with Improved Mechanical Properties

As a high-performance material for preparing composite materials, polyimide fibers suffer from many potential drawbacks, including poor bonding with other substrates, which results in composite materials with poor mechanical properties. Therefore, this study proposed a simple and rapid technique for obtaining loose, porous polyimide fiber papers by implementing a wet method using equal amounts of polyimide fiber and polyimide fiber paper as reinforcements, respectively. The polyimide resin-based composite materials were prepared by hand lay-up and hot pressing. The results showed that the paper-based reinforcement exhibited high porosity and the fibers were arranged with a uniform pore size distribution. The tensile properties, bending performance, and interlaminar shear performance of the paper-based composite improved by 130%, 108%, and 34.5%, respectively, compared to those of the fiber-based counterpart. The factors affecting the mechanical properties of the composites were analyzed based on the fiber length, fiber beating or lack thereof, and the basis weight of the paper. The increased uniformity of the polyimide fiber paper changed the ordering of the fibers and resolved drawbacks such as difficult dispersion, uneven pore size distribution, and poor mechanical properties related to single fibers in the resin-based composite material.     

碳纤维/芳纶纤维纸基复合材料电导率逾渗阈值的研究

本研究利用碳纤维和芳纶纤维通过湿法造纸成形技术制备导电纸基复合材料(CPCMs),探讨了碳纤维含量、长度与CPCMs导电逾渗阈值的相关性;并通过数值仿真软件Geodict模拟了CPCMs的结构,用于计算其电性能及导电逾渗阈值。结果表明,3 mm碳纤维制备的CPCMs表面电导率逾渗阈值为2. 25%,体积电导率逾渗阈值为2. 86%;不同长度碳纤维制备的CPCMs具有不同的电导率逾渗阈值,碳纤维长度2～9 mm范围内,随着碳纤维长度的增加,CPCMs的电导率逾渗阈值逐渐下降。模拟计算结果表明,当模拟区域大小为1 mm2时,2 mm长碳纤维的CPCMs模型逾渗阈值模拟结果与实验结果有较好的对应性。     

碳纤维表面改性处理及其基本性能表征

为改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,提高碳纤维的摩擦性和表面浸润性,以T300碳纤维为原料,在空气条件下采用低温等离子体技术对碳纤维表面进行改性处理。通过正交试验分析法,得到等离子体处理的最佳方案;通过场发射扫描电镜观察得出,经过改性处理后的碳纤维表面变得凹凸不平且具有明显的剥离现象,表面粗糙度增加;通过傅里叶红外光谱测试分析得出,等离子体处理后碳纤维表面引进了-CH2-0H和-COH等新的官能团。等离子体处理使得碳纤维断裂强力减小,摩擦性能提高,表面浸润性提高。在制备碳纤维复合材料时有利于纤维与树脂的结合,利于碳纤维复合材料的制备。     

分层接结三维机织预制体增强酚醛树脂基材料的摩擦性能

为克服短切纤维和二维碳布增强预制体结构强度低的缺点,分别设计并制备了浅交弯联和深交联2种分层接结三维机织碳纤维预制体增强酚醛树脂基复合材料,并以相同复合工艺制备了短切碳纤维增强酚醛树脂基复合材料。测试碳纤维/酚醛树脂复合材料的摩擦性能,并通过观察３ 种复合材料的磨损表面和磨屑的微观形貌,探讨了其摩擦机制。结果表明：短切纤维复合材料的摩擦因数和磨损率最高,深交联的摩擦因数和磨损率最低,浅交弯联的居中。分层接结三维机织结构预制体具有优良的力学性能和整体性,会使复合材料在摩擦过程中减少磨屑与磨损,保持稳定的摩擦因数,从而使复合材料具有良好的摩擦性能。     

碳纤维/聚丙烯/聚乳酸增强复合材料的力学性能

为在不改变碳纤维/聚丙烯(PP)复合材料力学性能前提下,降低复合材料中PP含量以减轻环境降解压力,通过在碳纤维/PP复合材料树脂体系中掺杂可降解的聚乳酸(PLA)形成共混树脂体系,并经热压成型制备碳纤维增强共混树脂复合材料。探究了PLA、PP共混体系质量比对复合材料冲击、弯曲和拉伸性能的影响。结果表明:随着树脂体系中PLA质量分数的增加,复合材料的冲击强度和弯曲强度都呈先降低后升高、再降低的趋势,拉伸强度呈现先升高后降低的趋势;当PLA质量分数为60%时,复合材料的冲击强度和弯曲强度最高,分别为21.8 kJ/m²和112.5 MPa,拉伸强度为37.2 MPa,复合材料的综合物理力学性能最优,与未添加PLA的复合材料的力学性能相近。