电泳沉积海藻酸钠/碳纳米管修饰高模碳纤维表面

采用纳米材料增加碳纤维（CF）的表面粗糙度及活性官能团,不仅可以改善CF增强复合材料的界面结合状态,而且不会对CF本体造成损伤,是一种极具发展潜力的新型CF表面改性手段。使用电泳沉积技术（EPD）将碳纳米管（CNTs）沉积在高模CF表面,然后与环氧树脂（EP）复合,制备了单向纤维增强层压板（CF/EP复合材料）。使用万能拉力机测试CF/EP复合材料的层间剪切强度（ILSS）,结果表明,在电压为6 V时制备的CF/EP复合材料的ILSS为58.9 MPa,与未经EPD处理的CF/EP复合材料（ILSS=52.2 MPa）相比提高了12.8%。同时,通过EPD制备了海藻酸钠与CNTs共沉积修饰的高模CF,海藻酸钠的加入增加了CNTs与CF表面的黏附性及氧含量,提高了纤维表面对树脂基体的浸润性。当CNTs的质量浓度为0.3 mg/mL、海藻酸钠的质量浓度为1 mg/mL、EPD电压为8 V时,所制备的CF/EP复合材料的ILSS可达68.3 MPa,与未经EPD处理的CF/EP复合材料相比提高了30.8%。     

CNTs掺杂GF/EP复合材料的摩擦磨损性能的研究

将2%的碳纳米管（CNTs）掺杂到玻璃纤维（GF）增强环氧树脂（EP）复合材料中,研究了CNTs对GF/EP复合材料的摩擦磨损性能的影响。将一部分CNTs进行表面酸化处理（采用HNO₃和H₂SO₄的混酸）,酸化后的CNTs采用红外光谱仪（FTIR）分析。对比研究了酸化前后的CNTs对复合材料摩擦磨损性能的影响。实验结果表明:CNTs能够有效地降低复合材料的摩擦系数并提高复合材料的磨损率,酸化后的CNTs的性能更佳。复合材料的磨损表面采用扫描电镜（SEM）观察。     

SPS工艺对CuCr/CNTs复合材料组织性能的影响

放电等离子烧结（SPS）工艺可以实现快速烧结成型,且制备出的复合材料致密度高、硬度高、导电和导热性能好、晶粒尺寸均匀.在采用化学气相沉积（CVD）法原位合成分布均匀的CuCr/CNTs复合粉末的基础上,运用不同的SPS工艺制备CuCr/CNTs复合材料.利用扫描电子显微镜、偏光显微镜、数字金属导电率测试仪、微拉伸试验机、显微硬度计等对其组织性能进行表征.结果表明,当烧结温度为750 ℃,烧结压力为45 MPa,烧结时间为10 min,升温速率为80 ℃/min时,制备的CuCr/CNTs复合材料的组织和性能较佳,导电率、硬度和抗拉强度分别为86.8%IACS、95.8（HV）、178 MPa.     

松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用

采用热催化化学气相沉积法,在催化剂前驱体预处理的碳纸碳纤维上沉积碳纳米管。沉积的碳纳米管为多壁碳纳米管,石墨化程度高、分布密度高、比表面积大、管径均匀,微观形貌为松针状。以所制备的CNTs/CF复合材料作为三维多孔电子导体制成锂硫电池,S/CNTs/CF电池首次放电比容量达到1 213.6mAh/g,硫的利用率为72.45%,循环55次后比容量保持在798.4mAh/g,比活性炭电池的电化学性能有显著提高,表明S/CNTs/CF复合材料可以有效地提升锂硫电池的循环性能。     

三维互通CNTs/Cu复合材料的制备及力学性能研究

对CuCr合金粉末固溶时效处理之后进行预烧结,得到CuCr预压块。以此预压块为基底,采用化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）工艺和放电等离子烧结（sparking plasma sintering, SPS）工艺成功制备了三维互通的碳纳米管/铜（carbon nanotubes/Cu, CNTs/Cu）复合材料。采用扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）,拉曼光谱仪等表征碳纳米管的微观组织结构,利用微拉伸试验机测试复合材料的力学性能。研究结果表明,Cr作为催化剂,对碳纳米管的形貌影响很大,碳纳米管的质量也会对复合材料的力学性能产生影响。当Cr的质量分数为0.6%时,碳纳米管在铜基体表面均匀分布,CNTs/Cu复合材料的力学性能最佳。经SPS烧结和轧制之后,复合材料的导电率和屈服强度分别达到了82.4% IACS和349 MPa,断裂伸长率高达6.4%,这是由于CNTs的加入,起到了第二相强化的作用,提高了复合材料的力学性能。     

基于有限元方法的CF/PTFE复合材料界面应力

经表面改性和未经改性的碳纤维（CF）增强聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的弹性强度均随着碳纤维含量的增加而增强．以碳纤维增强聚四氟乙烯（CF／PTFE）复合材料弯曲强度试验结果作为依据，开展CF／PTFE复合材料界面应力的研究工作．采用各向异性等参单元，推导出在平面载荷作用下多层纤维增强复合板的层间应力分布．进一步利用有限元方法对CF／PT—FE复合材料的界面进行应力分析，并得到与试验结果相一致的结论．     

纳米银/聚多巴胺/纤维素纤维抗菌纸的两锅法原位制备、表征及性能

 通过两锅法成功制得纳米银/聚多巴胺/纤维素纤维（nanoAg/PDA/CF）抗菌纸,此过程无需外加还原剂。扫描电镜（SEM）观察及能谱（EDX）分析表明,抗菌纸表面载有尺寸为70~150 nm球形或立方形纳米银粒子。X射线衍射（XRD）和热重（TGA）分析证明,纳米银粒子原位生成并沉积在聚多巴胺功能化的纤维素纤维表面。所制得的nanoAg/PDA/CF新型抗菌纸对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）均表现出显著的抗菌活性。nanoAg/PDA/CF复合纤维的最佳制备条件为：pH值8.5,多巴胺质量浓度125 mg/L,硝酸银质量浓度375 mg/L,多巴胺自聚合时间2 h,室温。     

碳纤维增强TLCP复合材料的结构与性能

用不同类型的碳纤维(CF)增强热致性液晶聚合物(TLCP)制备了高性能复合材料;探讨了纤维含量、纤维类型对复合材料力学性能和微观结构的影响.实验结果表明,CF(连续纤维)/TLCP复合材料的拉伸强度最大可达385 MPa,比纯液晶材料提高60%;弯曲强度最大为242 MPa,冲击强度达到29 912 J@m-2,布氏硬度为20,热变形温度高达203℃.CF/TLCP复合材料的力学性能受纤维类型的影响,连续碳纤维布增强的复合材料各项力学性能指标高于短切碳纤维增强复合材料.扫描电镜结果证实了液晶聚合物在加工过程中沿纤维方向发生自取向,形成了微纤结构,具有自增强作用.     

电化学处理程度对碳纤维结构及性能的影响

采用质量分数为5%NH4HCO3溶液对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行不同程度的电化学处理。采用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)表征电化学处理前后碳纤维表面化学成分和表面微观结构的变化规律。将碳纤维样品与环氧树脂制成复合材料,探究该复合材料的层间剪切强度(ILSS)。研究结果表明:经过3组电化学处理后,碳纤维表面含氧官能团增多、表面有序度下降、复合材料的ILSS提高1.94倍;继续经过3组电化学处理,碳纤维表面含氧官能团下降、表面有序度回升、复合材料的ILSS提高1.53倍;纤维表面含氧官能团含量越多,纤维的结构破坏程度越低,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS越高。在大规模电化学处理碳纤维过程中,选择3组电化学处理碳纤维,既能大幅度改善碳纤维表面活性,又不会严重影响碳纤维的表面结构。     

原位合成CNTs/Cu-Al2O3复合材料的性能研究

对Al的质量分数分别为0.20%,0.35%,0.60%的Cu-Al合金粉末进行内氧化,得到Cu-Al₂O₃粉末。采用化学气相沉积法在Cu-Al₂O₃粉末表面原位生长碳纳米管(carbon nano tubes, CNTs),采用放电等离子烧结工艺成功制备了CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了CNTs/Cu-Al₂O₃复合粉末、复合材料断口的形貌。采用显微硬度计、微拉伸试验机、摩擦磨损试验机分别对纯Cu及复合材料的维氏硬度、抗拉强度、摩擦因数进行测试。采用电化学工作站测试复合材料在3.5%NaCl (质量分数)水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Al的质量分数的增加,粉末表面合成的CNTs的数量也增多。Al的质量分数为0.35%时,CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料的综合性能最佳,与纯Cu相比,复合材料的抗拉强度和腐蚀电势分别提高了86.4%和43.2%,分别为315 MPa和-0.268 V,摩擦因数降低了53.3%,仅为0.28。     

循环伏安法对PAN基高模碳纤维阳极氧化表面处理的研究

以未表面处理的PAN基高模碳纤维(HMCF)为工作电极,分别用NH4H2PO4、NH4HCO3和KOH为电解质,进行循环伏安多重扫描,以研究HMCF在不同电解质中的电化学反应行为以及电解质的氧化能力。同时采用连续恒流阳极氧化的方法对HMCF进行表面处理,验证循环伏安法得到的结论。通过联碱滴定、SEM等方法表征处理前后纤维表面官能团、表面形貌的变化;处理前后纤维与环氧树脂界面粘接性能的变化通过层间剪切强度(ILSS)表征。循环伏安结果显示:在NH4H2PO4溶液中扫描时氧化反应峰值电流最高,表明纤维表面生成的官能团最多;在KOH溶液中扫描时平台电流最高,表明纤维表面粗糙度提高幅度最大。联碱滴定结果表明NH4H2PO4溶液处理后纤维表面官能团含量提高最多;SEM结果显示KOH溶液处理后纤维表面粗糙度增加最明显;这两点验证了循环伏安多重扫描的结果。用NH4H2PO4、KOH处理后的纤维与环氧树脂ILSS达到75MPa、60MPa,分别提高240%和170%。     

Fenton试剂pH值对碳纳米管及其增强酚醛树脂/石墨复合材料性能的影响

以经过Fenton/UV处理的碳纳米管作为增强体,酚醛树脂/石墨作为基体,通过热模压成型得到一种质子交换膜燃料电池双极板材料.研究了Fenton试剂预处理前pH值对碳纳米管及其增强的复合材料性能的影响.用红外光谱分析碳纳米管表面官能团的变化,用X射线衍射(XRD)对碳纳米管进行物相分析.结果表明,pH值为3时,碳纳米管...     

碳纳米管/粉末丁苯橡胶复合材料改性聚丙烯

为获得性能优良的复合材料,利用辐射交联和喷雾干燥法,制备全硫化交联碳纳米管(CNT s)/粉末丁苯橡胶(SBR)复合材料,用熔融共混法对聚丙烯进行三元体系改性。结果表明:当SBR、CNT s和苯甲酸钠(相对于纯PP的质量)用量分别为15%、2%和2%时,改性后PP的冲击韧性提高了120%,拉伸强度提高了6%,扯断伸长率提高了55%,弯曲强度提高了20%。     

碳纳米管在碳纤维纸上的生长研究

采用酞菁铁(FePc)作为碳源和催化剂源,利用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维纸(CFP)上生长碳纳米管(CNTs),从而制备了碳纳米管/碳纤维纸复合材料,并利用扫描电镜(SEM)测试、X射线衍射(XRD)测试、接触角测试、电导率测试和孔隙率测试等方法对其结构和性能进行了表征.结果表明,碳纳米管能在碳纤维纸表面生长;表面生长碳纳米管后,碳纤维纸的疏水性、孔隙率和电导率均有所提高.     

Microst ructure andflexural properties of carbon/ca rbon composite with in-situ grown carbon nanotube as secondary reinforcement

Carbon nanotubes (CNTs) were in-situ grown in carbon felts using ferric chloride as catalyst and natural gas as carbon precursor via thermal gradient chemical vapor infiltration (TGCVI). Subsequently, the carbon felts were densified to obtain CNT reinforced carbon/carbon (C/C) composites in the same furnace. Effects of CNTs on the microstructure and flexural property of C/C composites were investigated by polarized light microscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and universal mechanical testing machine. The results of PLM observation and Raman analysis showed that CNTs have two-sided effects on the microstructure of pyrocarbon: the pyrocarbons in the region without CNTs show medium texture; while, in the region full of CNTs, the microstructure was low-textured or even isotropic though the TGCVD conditions would lead to the deposition of pure low texture pyrocarbons. Analysis based on stress-strain curves demonstrated that the flexural strength increased first and then decreased with the CNT content increasing. When the CNT content was 5.23 wt%, the flexural strength was maximum and had a nearly 35% improvement compared with pure C/C composite. Besides, after adding CNTs, the flexural modulus of the composites decreased and the ductility increased obviously, indicating CNTs can toughen C/C composites.     

三维编织碳/环氧复合材料的摩擦学特性

为研究三维编织复合材料的摩擦学行为，采用RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂复合材料，讨论了纤维体积比、纤维表面处理和润滑条件等因素对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着纤维含量的增加，复合材料的摩擦系数先降后升，在35％时有最小值；磨损率则一直下降。纤维表面处理使复合材料的磨损率降低，耐磨性提高，水润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦条件下的性能。干摩擦条件下复合材料的磨损机制主要为黏着磨损，水润滑条件下则以磨粒磨损为主。