石墨烯微片聚丙烯/高密度聚乙烯的复合材料的正温效应

以KNG-150石墨烯微片(GNPs)为导电填料,PP(聚丙烯)/HDPE(高密度聚乙烯)复合体系为基体材料,制备石墨烯微片/PP/HDPE导电复合材料,研究GNPs质量分数,PP/HDPE质量比对材料的正温度系数效应(PTC)强度和负温度系数效应(NTC)强度的影响.结果表明:GNPs质量分数处在渗滤区间6%时,材料的PTC强度达到最大值;PP的加入可以有效地提高材料的PTC强度,同时还抑制了NTC效应;当PP/HDPE质量比为3:7时,效果最佳,此时PTC强度为5.58,NTC强度仅为0.25.     

磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备与电化学性能研究

介绍了一种将石墨烯(Graphite)引入锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO_4)中获得LiFePO_4/graphite复合材料的制备方法。首先以碳酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵和葡萄糖为原材料,采用高温固相法合成了碳包覆的LiFePO_4前躯体,再通过固相粉体混合的工艺加入不同百分比的石墨烯,制备出磷酸铁/石墨烯锂离子电池正极复合材料;对所制备的复合材料组装成纽扣电池进行性能测试;结果表明:复合材料的电化学性能显著提高,在0.1C放电倍率条件下,LiFePO_4+1wt%graphite复合材料的首次放电容量从LiFePO_4基体材料的131.75mAh/g提高到146.51mAh/g,LiFePO_4+1wt%graphite复合材料的充电性能和放电性能分别提高了5.8%和4.8%。     

伪半固态挤压成形制备高体积分数SiCp/Al复合材料的性能

采用伪半固态挤压工艺制备SiC体积分数为40%、50%、65%的SiCp/Al复合材料,并对其微观组织和性能进行研究.结果表明:制备的高体积分数SiCp/Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,铝合金填充在SiC缝隙中,形成致密组织.Mg和SiO2均能改善SiC颗粒与Al的界面润湿性,增加界面结合强度.所制得的φ(SiC)=65%的复合材料密度为3.11g/cm3,表面硬度为HB 108.5,抗折强度302.1 MPa,热膨胀率低于5.6×10-6/K,热导率为74 W/(m·K);SiC与Al基体界面的破坏以脱粘机制为主.     

C_f表面修饰增强Mg_2Si-SiC复合材料的性能

用化学镀的方法对碳纤维表面进行镀铜处理,采用机械合金化+热压烧结的方法制备Cf/Mg2Si-SiC复合材料,研究碳纤维体积分数对该复合材料维氏硬度、强度、导电性能的影响.结果表明:碳纤维经表面镀Cu修饰后可以抑制其与Mg2Si的界面反应,SiC颗粒主要分布在Mg2Si的晶界处,碳纤维平直地分布在基体中并且与基体结合良好.随Cf体积分数的增加,Cf/Mg2Si-SiC复合材料的致密度减小,硬度、抗压强度、抗弯强度和电导率先增大后减小,Cf体积分数为3%时,Cf/Mg2Si-SiC复合材料具有最佳的综合性能,其强化机制主要是SiC的细晶强化、弥散强化和纤维拔出.     

聚丙烯/ZnO复合材料的力学性能及热性能

研究了ZnO体积分数和界面对复合材料力学性能和热性能的影响规律,为导热复合材料制备过程中基体与填料配比的选择、合适的填料表面处理方法以及实现力学性能与热性能的兼顾提供了指导依据。研究结果表明:当φ(ZnO)20%时,填料的加入有利于全面提高复合材料的力学性能和热性能;NDZ-132偶联剂的加入有助于改善聚丙烯/ZnO复合材料的热性能与力学性能,但是界面强度过大会使材料呈现脆性,冲击性能略有下降。加入大分子偶联剂相当于在填料表面增加一个柔性层,有利于提高材料的冲击性能,但是不利于热能在材料内部传递。随着NDZ-132偶联剂质量分数的增加,复合材料的导热性能、拉伸及弯曲性能都呈现出先增加后降低的趋势;当偶联剂质量分数约为1.5%时,复合材料性能达到最佳值。     

纳米SiCp/108Al复合材料的组织与性能

采用粉末冶金法制备了不同体积分数SiC颗粒增强的纳米SiCp/108Al复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料的微观组织及拉伸断口形貌进行了表征,测定了复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度、屈服强度及延伸率,分析了纳米SiC颗粒体积分数对复合材料组织及性能的影响。分析结果表明:添加纳米SiC颗粒的SiCp/108Al复合材料组织明显细化,性能得到提高。当纳米SiC颗粒体积分数为2%时,复合材料组织的晶粒最细小,缺陷较少,同时纳米SiC颗粒分布均匀,复合材料的性能最佳,相对密度达到98%。复合材料的硬度达到102HV,抗拉强度达到348MPa,屈服强度达到229MPa,分别比108Al基体提高了34%、26%和43%。当纳米SiC颗粒体积分数较大时,SiC颗粒会出现明显团聚现象,导致复合材料的性能降低。     

乙酰化稻草/PE复合材料的力学性能

由于植物纤维是极性、亲水性材料,塑料是非极性、疏水性材料,两种材料的界面相容性差,因此,分别以天然稻草和乙酰化稻草为填充体,以聚乙烯为基体,通过共混和挤出制备了PE/稻草复合材料.研究共混条件对微观结构和拉伸性能的影响,结果表明:天然稻草/PE复合材料内部有大量气泡,存在应力缺陷,其拉伸性能较差;稻草经乙酰化,极性和吸水性降低,与基体PE的界面相容性得到很大改善.在稻草质量分数相同的情况下,改性稻草WPC的拉伸强度、断裂伸长率分别约是天然稻草WPC的1.5倍和2倍.     

空心玻璃微珠填充环氧树脂的性能与结构研究

研究了空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料的密度、压缩强度及破坏形式,并利用SEM定性和定量地分析了微珠在树脂基体中的分散效果.结果表明,玻璃微珠的加入,能有效降低材料的密度,提高材料的比压缩强度,当空心玻璃微珠体积分数在55%左右时,材料的比压缩强度最大,玻璃微珠表面与树脂基体间界面粘结状况最好,此时玻璃微珠在树脂基体中均匀分散.     

CNT对树脂基和金属基材料的力学增强性能对比

碳纳米管（CNT）不仅具有质量轻、强度高等优异的力学性能,而且化学性质稳定、耐酸碱腐蚀,因此被广泛应用于复合材料中.为探究不同基体中CNT力学增强差异的原因,对CNT增强树脂基和铝合金基两种复合材料进行了准静态拉伸、三点弯和动态冲击实验,进一步揭示了CNT在不同基体中的增强机制.研究结果表明：CNT可以有效提高树脂材料拉伸强度和冲击吸能,并且发现当CNT质量分数为0.7%时增强效果最佳;而对于铝合金,添加CNT会降低材料强度,并且CNT质量分数越高,材料拉伸强度越低.金属基和树脂基加入CNT后力学增强效果不同的本质在于CNT与基体的界面结合性不同,树脂基初始状态为液体,固化后CNT可以填充在基体网络缝隙中,进而增强材料力学性能;而铝合金基为粉体,机械力分散使CNT产生损伤且CNT的存在导致粉体间缝隙变大,进而削弱材料力学性能.研究成果可为CNT复合材料的制备与优化提供参考.     

原位聚合法制备PET蓄光功能复合材料

通过原位聚合法制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)蓄光功能复合材料,其特性黏度值在0.640dL/g以上,满足材料成型加工要求.扫描电子显微镜(SEM)分析表明,与传统共混法相比,原位聚合法制备的PET蓄光功能复合材料中蓄光粉体具有更好的分散性.通过荧光发射光谱仪及亮度计对PET蓄光功能复合材料的性能进行了研究.结果表明:随着PET基体中蓄光粉体质量分数的增加,发射光谱峰值强度增大;当粉体质量分数为5%,8%和12%时,该复合材料的余辉时间分别达到5,7和9h.     

不饱和树脂/石墨烯复合材料的制备及性能

采用球磨法制备不饱和聚酯树脂/石墨烯纳米复合材料,并对其力学性能、动态力学性能和导电性能进行研究.结果表明:石墨烯微片经过球磨被剥离成厚度低于5层的石墨烯;制备的不饱和聚酯树脂石墨烯复合材料与纯的不饱和聚酯树脂相比,当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度均达到最大值,分别提高44.99%,47.67%和55.08%;复合材料的冲击性能基本不受石墨烯加入的影响;且复合材料的渗滤阀值为6%.     

Si对无压浸渗SiCp/Al复合材料显微组织与热导率的影响

研究了Al-8Mg基体中添加Si对无压浸渗SiCp/Al复合材料显微组织和热导率的影响.结果表明,Si能够改善Al与SiC的润湿性,减少复合材料孔隙度,抑制界面反应,提高相对密度.不含Si时,Al与SiC界面反应严重,并且润湿性较差,导致复合材料的热导率和相对密度较低;当基体中添加质量分数12%的Si时,界面反应受到完全抑制,热导率取得最大值;进一步提高基体中Si含量,由于铝基体的热导率随Si含量的增加而降低,导致复合材料的热导率也随之降低.     

氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究

以天然石墨为原料，利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，并对其进行X-射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征。之后利用一种新型的有机溶剂三缩水甘油基对氨基苯酚（TGPAP）作为相转移剂和表面活性剂，将氧化石墨烯（GO）从水溶液转移到环氧树脂基体中，去除水分，加入固化剂进而得到混合液，最后利用浇铸法得到复合材料。通过万能测试拉力机对复合材料的拉伸性能和弯曲性能进行测试，结果表明氧化石墨烯的加入能够有效增强复合材料的力学性能：在添加0.1%（质量分数）的氧化石墨烯时，复合材料拉伸强度达到最大值77.29 MPa，与不添加氧化石墨烯相比提高了26.60%；在添加1.0%的氧化石墨烯时，拉伸模量达到最大值2 451.99 MPa，与纯环氧树脂相比提高了21.69%。     

碳纳米管表面缺陷对聚甲基丙烯酸甲酯基体弹性的影响

碳纳米管(CNTs)及其高分子复合材料在制备过程中,需要经过温度、溶液和力场等的耦合作用。因此,CNTs表面不可避免产生缺陷。为探索缺陷对复合材料弹性性能的影响机理,构建表面含有TSW(thrower-stone-wales)、SV (single vacancy)和无缺陷的CNTs增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基体的分子模型,利用分子动力学理论和恒定应变拉伸法计算高分子纳米复合材料的弹性模量;分别研究在拉伸过程中CNTs与PMMA间的界面作用能和CNTs的弹性性能,揭示CNTs表面缺陷种类和数量对PMMA基体弹性性能的微观影响机理。研究结果表明:相较于无缺陷CNTs,表面含有TSW和SV缺陷的CNTs高分子复合材料的弹性性能均呈现一定程度降低,其中SV缺陷对复合材料基体弹性性能影响最明显;在拉伸过程中,CNTs自身的弹性性能在影响复合材料基体弹性性能中起到主导作用;高分子复合材料的弹性模量均随着CNTs表面缺陷数量增加而逐渐降低。在实际应用中,若要保证高分子复合材料的韧性和抗断裂性能时,可适当增加CNTs表面的缺陷数量,但当要保证确保高分子复合材料的强度时,需要尽量减少CNTs表面缺陷。     

表面改性对三种天然纤维增强聚丙烯复合材料拉伸性能的对比研究

采用氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、丙基三甲氧基硅烷(KH-570)以及马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)分别对纤维素、木屑和秸秆进行了表面改性处理,并分别制备了三种植物纤维增强聚丙烯复合材料,考察了复合材料的拉伸性能与改性方法、纤维类型及纤维含量的关系。结果表明,复合材料的拉伸强度随着纤维含量提高而降低;MAPP处理较硅烷偶联剂处理的纤维-基体界面粘接性能改善较大,其拉伸强度最大提高了50%,而断裂延伸率和断裂韧性也由于界面结合力提高而明显降低。     

Al2O3界面修饰单向纤维C/C复合材料组织结构及其力学性能

为了缓解C/C复合材料脆性,利用勃姆石溶胶对单向碳纤维预制体进行处理,在纤维表面制备了Al₂O₃涂层.使用自制的热梯度化学气相沉积(TG-CVI)设备对预制体进行致密化,得到致密的C/C复合材料.通过高温热处理进一步调节界面的结合强度和基体碳的石墨化程度.利用排水法测试复合材料的密度,万能材料试验机测试其拉伸性能,采用可视化石墨烯片层技术(VGT)对试样进行处理,使用偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)分别研究复合材料的微观组织、界面和断面形貌、以及物相组成.结果表明：涂覆Al₂O₃涂层的C/C复合材料在沉积后期转变为粗糙层(RL)织构.经过高温热处理后,碳基体的石墨化程度提高,改变了C/C复合材料的断裂机制.由复合材料最初的脆性断裂向拟延性转变,延伸率提高.C₍f(Al₂O₃))/C-3样品的峰值应力达到了77.3 MPa,延伸率达到了15%.     

钢丝网增强混凝土中基体性能与增强效果的关系

为了提高钢丝网增强混凝土基复合材料的增强效果,通过断裂力学理论分析可知,改进基体材料和增强材料间的界面粘结性能,获得较大的界面粘结强度是提高增强效果的途径之一.选择了不同标号的混凝土基体材料,通过钢丝网增强后,开展了复合材料的抗压、抗弯和抗劈拉等常规静态力学性能试验,比较了复合材料中基体材料性能对增强效果的影响.结果显示,在相同的增强模式,随着混凝土标号的提高,基体材料和纤维间的界面粘接性能得到了改善,更有利于发挥钢丝的桥接作用,有利于充分利用钢丝网的力学性能,从而使得复合材料的抗压、抗弯和抗劈拉强度与基体材料相比, 最大提高率分别可达87.5%、88%和150%.     

表面镀铜C_f对Mg_2Si力学及导电性能的影响

采用机械合金化与热压烧结相结合的方法制备Cf/Mg_2Si复合材料,研究表面镀铜Cf对该复合材料组织、性能的影响.结果表明:Mg_2Si中加入表面电化学包覆镀Cu的短Cf后并未生成新相,而是均匀分布在Mg_2Si中,与基体之间界面平直,结合良好,说明界面反应得以抑制.随着Cf质量分数的增加,复合材料的致密度降低,硬度、抗压强度和抗弯强度呈先增大后减小的趋势,当Cf质量分数达到1.5%时,复合材料的综合性能最佳,此时,硬度为302.7HV,抗压强度为143 MPa,抗弯强度为34.6 MPa,电导率为12.85×103 S·m-1.     

CVI-RMI法制备C/SiC复合材料的微观结构与弯曲性能

以T700炭纤维准三维编织针刺整体毡为预制体,在炭纤维表面CVI预沉积热解炭涂层,利用化学气相渗透-反应熔体浸渗法(CVI-RMI)制备C/SiC复合材料,观察材料的微观形貌,并探讨界面对弯曲性能的影响。研究结果表明:利用CVI-RMI联合工艺制备的C/SiC复合材料致密度高,开孔率较小(10%),基体分布均匀;材料弯曲强度达133 MPa,呈逐层破坏机制,表现出良好的假塑性;热解炭涂层与CVI-SiC基体减少了RMI工艺过程对炭纤维的损伤,且热解炭涂层调节了炭纤维与基体之间的界面结合状况,有利于纤维的拔出。     

上浆剂对碳纤维增强尼龙66复合材料结构性能的影响

纤维表面上浆剂是复合材料界面性能乃至力学性能的重要影响因素.选用表面为环氧浆料的碳纤维(ERCF)和自配聚氨酯浆料的碳纤维(PUCF),分别与尼龙66(PA66)共混制备成碳纤维增强PA66复合材料(CFRPA66),并测试其相关性能.结果表明:在碳纤维体积分数相近时,由PUCF制备的CFRPA66比ERCF制备的CFRPA66拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别提高了18.7%,20.5%和5.7%.研究结果证明了聚氨酯上浆剂对碳纤维和PA66的界面有更好的增强效果.