二维碳/碳复合材料力学性能影响因素的研究现状

二维碳/碳复合材料以其优秀的力学性能和热物理性能，在火箭发动机喷管、航天飞行器热防护结构等领域得到广泛应用。针对二维碳/碳复合材料的服役工况需求，国内外研究主要集焦于二维碳/碳复合材料的力学性能及其影响因素，包括碳纤维、碳基体、纤维/基体界面及致密工艺等方面。本文综述了二维碳/碳复合材料力学性能影响因素的研究现状，拟为进一步优化二维碳/碳复合材料力学性能提供参考。     

碳/碳复合材料力学性能的研究进展

本文综述了碳/碳复合材料力学性能的研究进展,包括碳纤维、基体炭、界面性能、制备工艺及工艺参数等对碳/碳复合材料力学性能的影响。同时简单介绍了当今单向碳/碳复合材料力学性能的表征手段。希望对碳/碳复合材料力学性能的研究及应用提供帮助。     

碳纳米填料几何形状和界面热阻对复合材料热导率的影响

以管状碳纳米填料[如多壁碳纳米管(MWCNTs)、碳纳米纤维(Pyrograf纤维)和碳晶须(丝状-VGCF)等]作为聚合物基复合材料的导热填料,探讨了MWCNTs-COOH(氧化功能化改性MWCNTs)、MWCNTs及Pyrograf纤维和丝状-VGCF的热导率、几何形状和界面热阻(R k)等对填料/聚合物基复合材料热性能的影响。研究结果表明:MWCNTs-COOH/基体、Pyrograf纤维/基体的热导率增幅相对较大;采用有效热介质理论模拟法确定了填料/基体的R k,碳纳米填料的几何形状和R k是影响复合材料热导率的重要因素,而碳纳米填料本身的热导率对复合材料热导率的影响并不大。     

碳／碳复合材料的性能和应用进展

碳／碳（C／C）复合材料是以碳为基体,碳纤维增强的复合材料,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能,既可作为结构材料承载重荷,又可作为功能材料发挥作用。同时,碳／碳（C／C）复合材料是一种能在超高温条件下工作的高温结构材料,所以在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文综述了碳／碳（C／C）复合材料的制备相应力学、热学性能,化学性能和其在各领域的应用进展。     

碳／碳复合材料的性能和应用进展

碳／碳（c／c）复合材料是以碳为基体、碳纤维增强的复合材料,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和线胀系数小等一系列优异性能,既可作为结构材料承栽负荷,又可作为功能材料发挥作用。同时,碳／碳（c／c）复合材料是一种能在超高温条件下工作的高温结构材料,所以在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文综述了碳／碳（c／c）复合材料的力学、热学、化学性能及其在各领域的应用进展。     

碳微球增强天然橡胶复合材料制备及性能研究

对碳微球／天然橡胶复合材料的制备以及其力学性能进行研究。采用传统机械混炼法将复合材料进行混合,通过平板硫化机进行交联制备天然橡胶／碳微球复合材料。考察不同混炼时间和温度对橡胶材料力学性能的影响,找到最佳的混炼条件。研究了不同含量的碳微球对复合材料力学性能的影响,考察其对拉伸性能和耐磨性能的影响规律。采用扫描电镜、电子万能拉伸测试仪、组态控制摩擦磨损试验机对复合材料的结构和力学性能进行分析。结果表明复合材料的拉伸性能随着碳微球含量的增加而增加,在碳微球含量达到30％的时候力学性能达到最佳。     

多尺度碳/碳复合材料力学性能研究

碳/碳(C/C)复合材料在服役过程中基体热解碳(PyC)强度低、脆性大,导致基体开裂、界面层脱黏等结构失效现象频发,严重限制其在特种环境中的应用。提出利用化学气相渗透法构建碳纤维与基体间的低织构热解碳界面层,采用电泳共沉积法掺杂碳纳米管(CNTs)、碳化硅纳米线(SiCnws)于碳纤维表面,构建纳米纤维-碳纤维多尺度预制体,实现多尺度C/C复合材料的制备和改性。研究发现,CNTs&SiCnws掺杂能促进C/C复合材料的弯曲性能、层间剪切性能和面内压缩性能的改善。弯曲、层间剪切、面内压缩强度随CNTs&SiCnws含量的增加均表现为“先升高后降低”的规律,CNTs&SiCnws可诱导细化PyC结构,避免基体微观缺陷的产生,提高纤维与基体的界面结合力,达到协同增强多尺度C/C复合材料的效果。     

三维织物碳／碳复合材料中层间剪切强度的改进

碳纤维增强碳(C/C)复合材料是由沥青基碳纤维粗纱纺织的多层织物和煤沥青基体构成的,本次实验研究了两种C/C多层织物复合材料和一种平纹编织C/C布复合材料,测试了弯曲、剪切和压缩强度。根据不同跨距--高度比下的三点弯曲试验结果,表明C/C1多层织物复合材料具有高的剪切性能,多层织物复合材料的分层断裂比平纹编织C/C布复合材料具有更高的层间断裂韧性。     

硅溶胶水热处理及添加B2O3微粉改性碳/碳复合材料的抗氧化性能

以正硅酸乙酯为原料,采用一种新颖的硅溶胶及添加B2O3微粉-水热处理,并经800℃煅烧30min,对碳纤维增强碳(carbon fiber reinforcedcarbon,C/C)合材料基体进行改性.研究了水热处理温度、时间、B2O3微粉的添加等工艺因素对改性C/C复合材料的结构及抗氧化性能的影响.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪对改性C/C复合材料的表面物相组成、显微结构和微区化学元素组成进行了表征.结果表明:硅溶胶-热处理法提供了一条较好的C/C复合材料基体抗氧化改性的途径;复合材料的抗氧化性能随着水热温度的升高呈现先降低,后提高的趋势;适当延长反应时间,能提高复合材料的抗氧化性能;添加B2O3微粉的硅溶胶改性后的C/C复合材料的抗氧化性能明显提高,改性后的样品在500℃经5h氧化后,没有产生质量损失.     

缝合工艺在碳/碳复合材料的应用

研究了不同缝合间距和不同碳布对碳/碳缝合复合材料力学性能的影响.结果 表明:在相同缝合间距下,缝合预制体的单元层厚度越薄,其碳/碳复合材料的综合性能越优异,且相比单元层性能,单元层厚度对其碳/碳复合材料的性能影响更显著;随着缝合间距变小,碳/碳复合材料拉伸强度整体呈现下降趋势,且降低幅度均增大,弯曲强度和层间强度呈现增加趋势,且增加幅度均增大.     

不同炭黑对聚丙烯／炭黑复合材料导电性能的影响

研究了四种不同的导电炭黑与聚丙烯复合制得的复合材料的体积电阻率与炭黑含量的关系，确定了复合体系中炭黑的渗滤阈值。用扫描电镜(SEM)观察了不同炭黑含量的复合材料的断面形貌，用透射电镜(TEM)观察分析了四种炭黑的结构及粒径，并对其比表面积进行了测定。结果表明：炭黑不同，得到的复合材料的渗滤阈值有很大差别。炭黑结构性越高，比表面积越大，粒径越小，其导电性能越好，得到的渗滤阈值越低。特别是具有空壳结构的炭黑，其渗滤阈值明显低于其他三种炭黑。     

碳纳米纤维增强聚甲醛复合材料制备及性能

通过纳米碳纤维(CNFs)在聚甲醛(POM)基体中的均匀分散以及取向,制备了具有优异力学性能和热性能的POM/CNFs复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸性能测试、热重分析、动态热机械分析测试表征了POM/CNFs复合材料的结构和力学、热学性能。结果表明,CNFs与POM分子链形成氢键相互作用,促进了CNFs在POM基体内分散,同时使POM/CNFs复合材料的结晶度显著提高。随着CNFs含量增加,POM/CNFs复合材料的拉伸强度、储能模量和损耗模量均得到提高。当添加0.5%的CNFs时,拉伸强度、储能模量及损耗模量分别提高了20.5%,127%和58%。进一步研究了高温拉伸对POM/CNFs复合材料性能的影响。结果表明,CNFs沿拉伸方向定向排列,同时复合材料拉伸后结晶度提高,拉伸强度显著增加。     

碳材料复合橡胶研究进展

综述了各种碳材料复合橡胶的发展及研究进程,主要介绍了石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等碳系材料结构、功能化方式及橡胶复合材料加工方法,得出各种碳材料不仅能较大改善橡胶的各种基础性能,而且赋予了橡胶很多新的功能,比如热量传导、电荷传输,因而能够提高橡胶产品性价比和档次。     

碳纤维／超高相对分子质量聚乙烯复合材料的热性能研究

研究了碳纤维/超高相对分子质量聚乙烯复合材料的热性能变化。结果表明：加入少量的乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）及炭黑后,可使复合材料的热变形温度明显提高;此外,不同的加工工艺对复合材料的热性能也有一定的影响。     

碳纳米管改性方法对其与聚氨酯的复合材料性能的影响

通过强酸回流、强碱球磨方法分别对碳纳米管进行了改性处理,采用溶液共混法制备了聚氨酯/碳纳米管复合材料。探讨了碳纳米管改性方法对复合材料的化学结构、微观形态、力学性能、热稳定性能以及导电性能的影响。结果表明,在聚氨酯基体中添加经化学改性处理的碳纳米管使复合材料的氢键增多,力学性能、热稳定性和导电性能都得到了提高。聚氨酯/强碱球磨处理碳纳米管复合材料中的氢键数目更多,综合性能也更优异,而且碳纳米管在聚氨酯基体中的分散更均匀。     

碳纤维/聚氨酯复合材料的制备与性能研究

以聚酯二元醇、异氰酸酯、碳纤维为主要原料,采用预聚体法制备了一系列碳纤维/聚氨酯复合材料,并对该复合材料进行了性能测试和结构表征。研究表明,复合材料的机械性能随着碳纤维长度和含量的增加出现先升高后降低的趋势。当碳纤维长度为3 mm、质量分数为1.0%时,复合材料的机械性能达到最佳值,此时其拉伸强度增加22.7%,撕裂强度增加48.1%,扯断伸长率增加5.9%。热力学分析和动态力学性能研究表明,复合材料的热分解温度提高,质量保留率提高,失重率降低,材料的玻璃化转变温度和软化温度提高,引入碳纤维后材料的耐热性提高。     

Preparation of carbon aerogel by ambient pressure drying and its application in lithium/sulfur battery

Formaldehyde, resorcinol, and sodium acetate were used to synthesize the carbon aerogels by ambient pressure drying. The effect of the ratio of resorcinol and sodium acetate for carbon aerogels was researched by scanning electron microscope and Brunauer-Emmett-Teller characterizations. Then the carbon aerogels were applied in synthesizing sulfur/carbon aerogel composites through a melting method, the specific capacity and cycle performance of lithium/sulfur batteries that adopted the prepared composites as cathodes were measured by galvanostatic discharge?Ccharge. X-ray diffraction, conductivity measurement, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectra tests were also carried out to help explain the electrochemical performance. Finally, the carbon aerogel with the best properties was chosen for the comparative study of replacement of water by acetone as solvent in the preparation of carbon aerogels. According to our study, the carbon aerogel prepared by ambient pressure drying with high electrical conductivity, controllable pore structure, and high specific surface area was proposed to be used for lithium/sulfur batteries, and the key factors to the performance of carbon aerogel/sulfur composites were discussed.     

利用扫描电子显微镜研究聚丙烯腈基碳纤维的形态结构

采用扫描电子显微镜(SEM)研究了聚丙烯腈(PAN)基原丝及其碳纤维的缺陷和表面沟槽等形态结构,并分析了表面处理后碳纤维与树脂基体的结合状态.结果显示:SEM可以直观地观察到PAN原丝及其碳纤维的表面及内部缺陷,这些缺陷主要遗传自原丝;经表面处理后,碳纤维与树脂基体间结合程度和强度显著提高.     

碳纤维增强树脂基复合材料的抗电弧烧蚀性能研究

用3D编织方法及2.5D编织方法制备出碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并采用扫描电镜、硬度计、电阻测量仪进行表征。研究发现:随着复合材料编织密度的增加,复合材料的硬度、电导率变大,抗电弧烧蚀性能也随之变好,即运用3D编织的方法制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料的抗电弧烧蚀性能比2.5D编织的复合材料的性能更加优良。     

低VOC含量的PET/PAAS/活性炭复合材料的制备及性能研究

通过机械共混法制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）/聚丙烯酸钠（PAAS）/活性炭复合材料,并通过差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）和高效液相色谱仪（HPLC）对复合材料的热性能、晶体结构和挥发性有机化合物（VOC）含量等进行研究与分析。结果表明,活性炭的加入能提高PET/PAAS/活性炭复合材料的结晶度,降低复合材料中的VOC含量;随着活性炭的加入,PET/PAAS/活性炭复合材料的熔点先降低后升高,断裂强度呈先升高后降低,且分别在活性炭添加量为0.75 %与0.2 5%时达到最大值;当活性炭含量为1.25 %时,复合材料的甲醛去除率达到94.4 %,乙醛去除率达到92.1 %,丙酮去除率达到80.2 %。