碳纤维增强PVC复合材料的制备工艺和力学性能

研究了用模压成型法制备碳纤维增强PVC(CF/PVC)和二维碳纤维平纹布增强PVC(CB/PVC)复合材料,并与原PVC树脂力学性能进行了测试比较。研究结果表明,CB/PVC复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度提高,但弯曲强度有所下降;CF/PVC复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度都比原PVC树脂增大约10%;结合其力学破坏形貌照片,分析了碳纤维和PVC树脂相容性与其性能之间的关系。     

碳纤维织物增强水泥基复合材料试验研究

采用轴向拉伸试验研究了碳纤维织物增强水泥基复合材料(TRC)的静力力学性能,试验工况考虑了配网率、短切钢纤维以及碳纤维织物上的预拉力3个因素.试验结果表明:没有掺加短切钢纤维的薄板,随着配网率的增加,碳纤维织物利用率降低,试验过程中纤维层与水泥基层逐渐分离,最终薄板发生剥离破坏;对碳纤维织物施加预拉力能使薄板的开裂应力提高,从而提高TRC构件的正常使用寿命;在薄板中掺入短切钢纤维有助于提高其界面性能,进而使薄板抗拉强度、极限应变均得以提高;与施加预拉力相比,掺入短切钢纤维对薄板力学性能的改善更加显著;对碳纤维织物施加预拉力的同时在薄板中掺入1%的短切钢纤维可显著提高碳纤维的利用率,薄板破坏时碳纤维被完全拉断.     

碳纤维增强木粉／聚乙烯复合材料的制备及其力学性能

将短切碳纤维(SCF)与木粉(WF)、高密度聚乙烯(HDPE)塑料和其他添加剂共混、熔融复合后,用模压成型方法制备了短切碳纤维增强木塑(SCF/WF/HDPE)复合材料;将碳布放置于木塑板上下表面,经模压成型制备碳纤维布增强木塑(CFC/WF/HDPE)复合材料。研究了碳纤维用量对碳纤维增强WF/HDPE复合材力学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对碳纤维进行表征。结果表明:与纯WF/HDPE复合材相比,碳纤维加入量为10%时,复合材料的力学强度提高幅度最大,拉伸强度和弯曲强度分别提高了8.4%和10.6%;当碳纤维加入量为6%时,复合材料的韧性提高幅度最大,断裂伸长率提高了25.9%,冲击强度提高了24.4%。使用丙酮清洗掉碳纤维表面的上浆剂后,其增强效果比未经过处理的碳纤维略有下降。与短切碳纤维相比,碳布的增强效果更好,与短切碳纤维增强木塑(SCF/WF/HDPE)复合材料相比,碳布平铺在木塑板表面的结构拉伸性能可提高62%,断裂伸长率提高148%,弯曲强度提高71%,冲击强度提高313%。     

碳纤维纸的组成优化及其结构表征

气体扩散层用碳纤维纸是质子交换膜燃料电池中十分重要的组件。利用国产碳纤维毡制备了碳纤维纸,研究了短切碳纤维和树脂碳含量对碳纤维纸性能的影响,并采用分形维数的方法表征了碳纤维纸的结构。结果表明,当碳纤维纸中短切碳纤维与树脂碳体积分数比为1∶0.7时,碳纤维纸的力学性能和透气率能够得到很好的兼顾。当短切碳纤维和树脂碳的体积含量总计为25%时,碳纤维纸具有良好的整体性能。分形维数对比结果显示,自制碳纤维纸的微结构与东丽（Toray）碳纤维纸相似。     

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.     

碳纤维表面处理对室温硫化硅橡胶复合材料性能的影响

以分别经α-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、浓硝酸、浓硝酸-KH550处理的短切碳纤维作为功能组分,制备室温硫化硅橡胶复合材料,研究了碳纤维处理方法对复合材料的力学性能、热性能和烧蚀性能的影响。结果表明,添加经浓硝酸-KH550连续处理碳纤维时,复合材料的性能最好;性能最佳复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别为4.0 MPa和20.3 kN/m,起始分解温度提高到509.3 ℃,而线烧蚀率和质量烧蚀率分别降低至0.148 mm/s和0.062 g/s。     

玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能

利用美特斯(MTS)万能试验机研究了掺入不同体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%)短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维的2层和3层玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的拉伸力学性能.结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维均可明显增加玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的开裂强度,并且存在最优体积掺量;在0~1.5%掺量范围内、2层织物时,开裂强度随着3种短纤维掺量的增加而增加,掺量1.5%时最大;3层织物时,开裂强度随着碳纤维、钢纤维掺量的增加先增加后减小,掺量1.0%时达到最大值,而随着玻璃纤维掺量的增加持续增加,掺量1.5%时最大.短切碳纤维、玻璃纤维不能增加其峰值荷载,而钢纤维则明显提高其峰值荷载,2层织物时最优掺量为1.5%,3层织物时最优掺量为0.5%.     

无机纳米粒子SiO2增韧增强PVC的性能

通过偶联剂处理及用球磨机混合方法使纳米SiO2在基体均匀分散，制备出纳米SiO2／PVC复合材料。利用冲击、拉伸测试测定纳米SiO2对复合材料力学性能的影响。实验结果表明，纳米SiO2起到了增韧、增强PVC的作用。     

激光石墨化沥青基碳纤维的力学性能研究

为提升沥青基碳纤维的力学性能,采用自制的激光超高温石墨化装置对中间相沥青基碳纤维进行石墨化处理。通过改变实验过程中的激光功率、牵伸力及碳纤维直径等3个因素制备了多组样品,研究了沥青基碳纤维拉伸强度随温度的变化规律,并分析了石墨化过程中牵伸力及碳纤维直径对其力学性能的影响。结果表明：沥青基碳纤维石墨化能承受的最大激光功率为360 W,对应的温度约为3 050℃,在此条件下处理得到的碳纤维拉伸强度由1.0 GPa提升至2.5 GPa;在碳纤维的承受范围内,其力学性能随着温度、牵伸力的增加而提高;直径较小的碳纤维力学性能提升更大。     

ATRP法在纳米SiO_2表面接枝PBA及其对PVC的改性研究

采用原子转移自由基聚合法(ATRP)在纳米S iO2表面接枝PBA,并采用TEM及力学性能测试等手段研究了纳米S iO2及S iO2-g-PBA复合粒子的添加对聚氯乙烯(PVC)力学性能的影响.结果表明:用ATRP聚合方法有少量的PBA接枝于纳米S iO2表面;所制备的纳米复合粒子在PVC中较纳米S iO2粒子分散均匀,使纳米PVC/S iO2-g-PBA纳米复合材料的拉伸强度、断裂伸长率及断裂能均明显高于PVC及PVC/S iO2复合材料.     

改性纳米碳酸钙在硬质PVC中的应用性能

在172 d的贮存期内,对经表面活性剂改性的纳米碳酸钙的粒径变化进行了考察,并对其在硬质PVC中的应用性能进行了测试.结果显示,经合适的表面活性剂改性的纳米碳酸钙具有较好的贮存稳定性.经表面活性剂改性的纳米碳酸钙应用于硬质PVC之后,测试其力学性能,结果显示,添加纳米碳酸钙的PVC,其力学性能优于添加普通活性轻钙的.添加量相同时,添加纳米碳酸钙的PVC的拉伸强度比添加普通活性轻钙的高10%~15%;CaCO3质量分数<30%时,断裂伸长率提高一倍以上;冲击强度最大可提高2倍以上.如以同样的力学性能为指标,则纳米碳酸钙在硬质PVC中的添加量可显著地提高.     

腰果酚基增塑剂合成及其对PVC力学性能影响

邻苯二甲酸二辛酯(DOP)是一种对环境不友好且具有生殖毒性的增塑剂。为了获得一种新型的生物基增塑剂，利用异丙醇胺和多聚甲醛通过Mannich反应得到腰果酚Mannich碱(MC),将MC与巴豆酸酐进行酯化反应合成腰果酚Mannich巴豆酸酯(MCC)增塑剂。采用FT-IR、¹H NMR及¹³C NMR对增塑剂的化学结构进行表征，证明成功合成了MCC。进一步将MCC与聚氯乙烯(PVC)共混制得MCC/PVC复合膜，并对其力学性能进行测试。结果表明：MCC/PVC复合膜与DOP/PVC复合膜相比，拉伸强度提高，当MCC含量为30 phr时，拉伸强度达到最大值(12.9 MPa),比DOP/PVC复合膜提高46.6%,断裂伸长率降低；当MCC含量为20 phr时，断裂伸长率达到最大值(490.9%),比DOP/PVC复合膜提高2.3%,拉伸强度提高35.23%,其综合力学性能最好。极性基团(羟基、氨基、酯基)的引入与腰果酚上的刚性基团(苯环)的协同作用提高了MCC/PVC复合膜的力学性能，所合成的MCC增塑剂有潜力作为DOP的生物基辅助增塑剂。     

碳纤维复合材料的应变测量试验方法

碳纤维复合材料目前被广泛用于制造航空航天设备以及轻量化武器装备的承力结构件,它的力学性能测量试验研究具有重要的意义。利用万能材料试验机对碳纤维复合材料进行拉伸试验,通过在材料的同一位置粘贴电阻应变片,结合光纤光栅传感器和喷涂散斑高速摄像的方法对其进行了应变测量可行性验证。常温下,万能材料试验机以一定的加载速度加载,在不同拉力处获得了应变试验数据。结果表明材料在拉伸和卸载过程应变分别呈现线性上升和线性下降趋势,三种试验方法获得的实验结果具有较好的一致性,利用该方法尝试了碳纤维复合材料的受热应变测试。     

碳纤维复合材料的应变测量试验方法研究

碳纤维复合材料目前被广泛用于制造航空航天设备以及轻量化武器装备的承力结构件,它的力学性能测量试验研究具有重要的意义。本文利用万能材料试验机对碳纤维复合材料进行拉伸试验,通过在材料的同一位置粘贴电阻应变片,结合光纤光栅传感器和喷涂散斑高速摄像的方法对其进行了应变测量可行性验证。常温下,万能材料试验机以一定的加载速度加载,在不同拉力处获得了应变试验数据。结果表明材料在拉伸和卸载过程应变分别呈现线性上升和线性下降趋势,三种试验方法获得的实验结果具有较好的一致性,利用该方法,尝试了碳纤维复合材料的受热应变测试。     

纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料的制备及其力学性能

为制备综合力学性能优异的纳米碳纤维(CNFs)增强聚合物复合材料,利用超声分散设备,采用1.6g/L的十二烷基酸钠(SDS)对纳米碳纤维进行表面处理,制备出不同纳米碳纤维质量分数的纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料.SEM和复合材料拉伸结果表明SDS分散处理在一定程度上能改善碳纳米纤维与基体的界面结合和分散情况,提高复合材料的拉伸性能.当纳米碳纤维的含量在3wt%左右时,复合材料的拉伸强度达到最大.动态拉伸结果表明对CNFs的表面处理能增加复合材料在动态变形时的内摩擦,且材料的动态力学性能稳定.     

短碳纤维增强尼龙6复合材料的制备与研究

碳纤维复合材料是通过双螺杆反应挤出机复合制备,研究了复合材料的微结构和力学性能,碳纤维的扫描电镜照片显示,处理后的碳纤维较未处理碳纤维有更好的表面粗糙度。复合材料断面照片显示处理后的碳纤维和基体尼龙6材料有着很好的界面结合。复合材料的力学性能得到提高,其拉伸强度和拉伸模量分别提高了33%和50%。     

基于熵权的短切碳纤维质量模糊综合评价

为解决短切碳纤维制备过程中存在的质量不稳定及难以控制等问题,对影响短切碳纤维质量的工艺参数进行了研究.选择烘箱温度、压辊压力、刀辊压力和短切速度4种工艺参数为评价因子,长度离散度、宽度均匀性离散度、断口整齐度和断面形貌为质量评价指标,用正交法设计碳纤维短切实验,得到不同工艺参数的短切碳纤维样品,然后基于实验数据采用熵理论确定质量评价指标的客观权重,最后应用模糊综合评价方法对工艺参数进行综合评价.评价结果表明,当烘箱温度为150℃、压辊压力和刀辊压力分别为0.2和0.4 MPa、短切速度为6.9 m/min时,制备出来的短切碳纤维质量最好.     

碳纤维毡增强聚丙烯复合材料的力学性能

将长碳纤维开松针刺成毡,并通过双钢带压机制备了碳纤维毡增强聚丙烯复合材料(CFRPP),考察了碳纤维长度、含量、纤维毡的针刺及针刺类型、基体改性等因素对复合材料力学性能的影响,并对复合材料断面进行了扫描电镜观察以分析CFRPP界面结合情况。结果表明:实验范围内的纤维长度对碳纤维增强复合材料的力学性能基本没有影响;复合材料综合力学性能最佳的碳纤维质量分数约为30%;碳纤维毡经三角形针针刺后复合材料的拉伸性能得到较大幅度提高;相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MPP)能够改善碳纤维与聚丙烯的界面结合,提高复合材料的力学性能,其最适宜的相容剂MPP的质量分数约为20%;将长度为80mm的碳纤维用三角针刺成毡后,以MPP改性的聚丙烯(wMPP=20%)浸渍制备得到碳纤维质量分数为30%的复合材料,拉伸强度为203.3 MPa,拉伸模量达16.6GPa,弯曲强度为223.2 MPa,弯曲模量达到12.0GPa,缺口冲击强度为752.2J/m。     

环境温度对碳纤维复合材料层合板力学性能的影响

环境温度对飞机复合材料结构的力学性能有着至关重要的影响。为了更好地掌握碳纤维/树脂基复合材料层合板在不同温度环境下的力学性能变化情况,以W-3021FF/LY 1564 SPT/XB 3487复合材料为研究对象,在湿法成型工艺下,分别在-54℃、25℃(室温)、71℃温度环境下进行拉伸、压缩力学性能试验,并利用扫描电镜显微镜(SEM)对力学性能试样断口进行扫描分析。试验结果表明:与室温环境相比,低温环境下碳纤维与环氧树脂基黏合增强,复合材料层合板的拉伸与压缩强度提高;而高温环境碳纤维与环氧树脂基结合弱化,复合材料试样的拉伸与压缩强度均降低。     

一步活化法制备过程中H2O蒸气对聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)结构性能的影响

以Courtaulds纤维为原料,采用连续化碳纤维生产线制备出稳定的预氧纤维,通过连续化活化炉进行预碳化和水蒸气物理一步活化,制备出具有高吸附性能和高拉伸强度的聚丙烯腈基活性碳纤维（PAN-ACFs）丝束。借助比表面积（BET）、广角X射线衍射（WAXD）、力学性能和碘吸附等表征测试手段研究了水蒸气量对PAN-ACFs孔结构及力学性能的影响。结果表明：在适当的活化时间、活化温度下,逐步增加水蒸气的流量,活性碳纤维的吸附能力先快速增大,而后稳定,最后再缓慢地增加;纤维的拉伸强度呈现出先增大后减小的变化趋势;当水蒸气流量为1g/min,起始的温度为650℃,高温区为850℃,活化时间为20min时,所制备的PAN-ACFs具有相对较高的吸附性能、力学性能和碳化收率。