碳纤维:一种重要的建筑材料

碳纤维的优良性能 碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料,是以有机纤维——聚丙烯晴(PAN)纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成,由有择优取向的石墨微晶构成,因而具有很高的强度和弹性模量(刚性)。它的比重一般为1.70　g/cm3～1.80g/cm3,强度为1200　MPa～7000MPa,弹性模量为200　GPa～400GPa,热膨胀系数接近于零,甚至可为负值(～1.5×10-6)。 碳纤维同时具有高比强度　、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。这些优良的…     

由碳纤维看新材料对新技术的引导

1碳纤维的结构与性能 碳纤维是指碳质量分数在90％～95％之间的无机高分子纤维,是一种新型非金属材料,具有耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、强度高、纤维密度低等特点。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷、混凝土等基体复合,构成复合材料,用作航空航天、汽车、体育器械、纺织、化丁机械及医学等领域的结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,以及在要求化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势。     

不同电流密度电化学处理对碳纤维表面结构及其界面性能的影响

采用浓度为1mol/L的碳酸氢铵(NH_4HCO_3)电解液体系,分别在0.3,0.5,1.0mA/cm~2的低电流密度下对碳纤维进行电化学氧化处理.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)对改性前后碳纤维的表面形貌和化学组成进行表征,并对其单丝强度及与环氧树脂的界面剪切强度进行测试.结果表明,与高电流密度(2.0和3.0mA/cm~2)处理相比,用低电流密度(1.0mA/cm~2)对碳纤维进行化学氧化处理,可以大幅降低碳纤维的强度损失,与环氧树脂的界面剪切强度仍可达到73.56MPa.     

甲基四氢苯酐的制备新工艺

<正>甲基四氢苯酐(MTHPA)是电子信息材料、医药、农药、树脂、国防工业方面的重要中间体.它具有低熔点、低毒、低挥发性等特点,使用方便,与环氧树脂的反应活性高、混溶性好,使用该固化剂的环氧树脂固化物的电气绝缘性能和机械性能优良.近年来,随着电机、电子、电器行业对绝缘性能可靠性要求的不断提高,该类固化剂的应用发展迅速,具有较好的市场前景.世界年产量3万吨,产值超过3亿元,且每年以16%～20%的速度增长.它们主要用于环氧树脂高档     

二次受力下CFS加固混凝土构件的计算方法

碳纤维材料以其高强、轻质、耐腐蚀等优良性能广泛应用于混凝土结构加固领域。为了充分保证建筑结构的安全性，现以某办公楼加固工程为例，阐述了应用碳纤维材料对钢筋混凝土构件进行结构补强加固的设计原理，提出了考虑二次受力时应如何进行加固计算以及应用碳纤维布进行结构加固时应注意的事项等。     

WO_4~(2-)插层的Zn-Al层状双氢氧化物对水性涂料防腐性能的提升

利用离子交换法制备了WO_4~(2-)插层的Zn-Al层状双金属氢氧化物(LDH-WO_4~(2-)),并将其添加到水性环氧树脂中以改善水性涂料的屏蔽性能与耐腐蚀性能。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对LDH-WO_4~(2-)进行了表征,结果表明成功制得结构完整、尺寸均一的LDH-WO_4~(2-)。使用盐雾试验和浸泡试验研究了添加不同浓度LDH-WO_4~(2-)的水性涂料的耐腐蚀性能。结果表明,在水性涂料中添加适量的LDH-WO_4~(2-)可以有效提高水性涂层的屏蔽性能与耐腐蚀性能,当LDH-WO_4~(2-)的添加浓度为3%(LDH-WO_4~(2-)占水性环氧树脂的质量分数)时,水性涂层的防护性能最好。     

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。     

温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响

利用带有温度控制装置的分离式霍普金森杆(SHPB)测试碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的冲击压缩性能,分析温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响.结果表明:温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的面外冲击压缩模量、最大应力及破坏形态都有很大影响.随着温度的增加,纤维与树脂界面变弱,最大应力减小,压缩模量减小;随着应变率的增加,最大应力增加,压缩模量变大.通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,纤维与树脂界面在100℃时发生变化,有大量纤维束从经、纬纱中被拉出,导致纤维束无规则断裂.     

关于高性能碳纤维发展及应用的思考

碳纤维是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下，以碳化方法制得的含碳量在90％以上的纤维状碳素材料。碳纤维是高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维（强度高于钢铁材料10倍，重量仅有铝材的1／2），除具有优异的力学性能外，还兼具低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高、电磁屏蔽性好等诸多优良性能，因而成为先进复合材料中最重要的增强材料，在国防军工和国民经济中具有举足轻重的战略地位。     

表面处理对玻纤/碳纤增强橡胶基密封复合材料性能的影响

采用压延成张工艺制备碳纤维和玻璃纤维混杂增强非石棉橡胶基密封复合材料(NAFC),以横向抗拉强度作为表征混杂增强橡胶基密封材料中纤维与橡胶界面粘结性能的指标.通过扫描电镜(SEM)对材料横向拉伸试样断口进行形貌分析,及对材料的耐油、耐酸、耐碱性能进行测试,探讨了不同表面处理工艺对纤维与基体界面粘结效果的影响.研究结果表明,对玻璃纤维采用偶联剂KH550浸渍后涂覆环氧树脂涂层,对碳纤维在空气氧化后涂覆环氧树脂涂层,可有效增强纤维、基体的界面粘结,所制得的混杂纤维增强复合材料具有较好的机械性能和耐介质性能.     

不同上浆剂对碳纤维丝束性能的影响

用3种不同厂家的上浆剂对碳纤维表面进行上浆,测试和比较了3种上浆剂对碳纤维宏观形貌、光泽度、扩散性、毛丝量、硬挺度等表观性能的影响,并对碳纤维与环氧树脂的接触角和界面剪切强度进行测试.结果表明:在同样上浆条件处理下,松本上浆剂处理后碳纤维的集束性强,纤维间抱合力大,与环氧树脂的界面剪切强度为75.59 MPa;上海有机化学研究所上浆剂处理后碳纤维的性能已经接近于松本上浆剂,甚至在某些方面上超过松本上浆剂,其与环氧树脂的界面剪切强度高达77.54 MPa.     

GFRP玻璃纤维增强聚合物筋材技术现状和发展趋势

GFRP玻璃纤维增强聚合物筋材按增强纤维种类分为碳纤维筋材(CFB)、玻璃纤维筋材(GFB)、芳纶纤维筋材(AFB)和玄武岩纤维筋材(BFB)。其既具有钢筋的高强特性,又具有耐腐蚀的特点,特别对潮湿、含氯离子的环境极不敏感,因此可以显著地提高混凝土材料的耐腐蚀性能,较好地解决混凝土材料在复杂环境中容易腐蚀导致结构失效的问题。目前国内外此项技术正迅猛发展,但是在我国要真正广泛应用到工程建设中,尚需要从设计和施工等方面进行研究和大力推广。     

循环阳极极化法评价锌铝膜耐腐蚀性能

根据循环阳极极化曲线上的环面积、点蚀电势和保护电势等参数与耐蚀性的关系 ,提出了一个关于防腐膜耐腐蚀性能的相对腐蚀指数。采用这种指数对锌铝膜 ( Dacrom et)等多种表面膜的耐腐蚀性能进行了对比评价 ,其客观性得到了全浸腐蚀实验的证实。评价结果表明锌铝膜确实具有优良的耐腐蚀性     

石墨-环氧树脂导热复合材料的研究

用天然鳞片石墨和环氧树脂制备了一种具有良好工艺性、导热性和机械性能的导热复合材料,以具有良好性能的环氧树脂为基体,配以潜伏性固化剂,可以保证较长的存贮期,选用具有优异导热性能的天然鳞片石墨为导热成分,使复合材料具有质轻、耐腐蚀等特点。     

POSS基含磷嵌段共聚物无卤阻燃环氧树脂的研究

合成一种含P、Si协同阻燃的新型嵌段共聚物,将合成的阻燃嵌段共聚物分散于双酚A型环氧树脂E51中,以4,4′-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂,制备了一系列不同P、Si含量的阻燃环氧树脂.采用扫描电镜(SEM)对改性环氧树脂断面进行观察,通过动态力学热分析(DMTA)、差示扫描量热法(DSC)、热失重分析(TGA)及氧指数(LOI)对改性环氧树脂进行性能测试.结果表明:合成的含P、Si新型嵌段共聚物在环氧树脂中能够自组装形成以多面体齐聚半硅氧烷(POSS)链段为核、含磷嵌段为壳的纳米核壳结构,阻燃元素P、Si以"捆绑式"均匀分散在环氧基体中,达到低P、Si含量下优良的协同阻燃效果.此外,添加阻燃嵌段共聚物还能够有效提高环氧树脂热稳定性.     

MBT插层的CaAl-LDH对水性环氧树脂涂层耐腐蚀性能的提升作用

采用离子交换法制备了2-巯基苯并噻唑(MBT)插层的CaAl层状双氢氧化物(CaAl-MBT--LDH),并将其添加到水性环氧树脂中以提高水性涂料的耐腐蚀性。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对CaAl-MBT^--LDH进行了表征,结果表明缓蚀剂MBT成功插入LDH层间,CaAl-MBT^--LDH具有类似六边形的结构。通过盐雾试验和浸泡试验评价了添加一定量CaAl-MBT^--LDH粉末的环氧树脂涂层的耐腐蚀性能,结果表明,当0.08 mol/L MBT制备的CaAl-MBT^--LDH(CaAl-MBT-0.08M-LDH)在环氧树脂中的添加量为2%(质量分数)时,环氧树脂涂层经过盐雾试验170 h后依然没有严重的腐蚀痕迹。在3.5%(质量分数) Na Cl溶液中浸泡13 d后,添加2%CaAl-MBT_0.08M^--LDH的环氧树脂涂层的界面电荷转移电阻(Rct)仍高达1.922×10⁶     

纳米SiO_2三价铬彩色钝化膜材料的制备及其性能研究

通过调整温度、时间和pH值,在钝化液中加入SiO2纳米材料,制备性能优良的纳米三价铬彩色钝化剂。采用中性盐雾实验(NSS)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线荧光(XRF)等方法对加入SiO2前后的钝化膜的耐腐蚀性能进行比较,同时对钝化膜的结构、化学成分和空间分布进行表征。NSS实验结果表明,加入SiO2纳米材料的三价铬钝化膜的耐腐蚀性能提高了1倍。     

环氧树脂改性三乙烯四胺固化剂的合成及性能研究

采用环氧树脂E44对三乙烯四胺(TETA)固化剂进行改性及其性能的研究。实验结果表明:最佳改性条件为n(AGE):n(E44):n(TETA)=4.5:1:3,反应温度为50℃,反应时间为3h,可制备出水溶性优异,与环氧树脂乳液相容性优良的改性环氧树脂固化剂,其比未改性的三乙烯四胺有优异的物理化学性能和环保性能。该固化剂以水为溶剂,大大降低了制备出的涂料的VOC含量。     

环氧树脂混凝土路用性能研究

着重介绍环氧树脂结合料的性能及ERC的路用性能,针对钢桥的受力和变形特性,进行了环氧树脂结合料性能试验研究(包括强度测试、弯曲变形能力测试和抗紫外线老化性能测试)和ERC的路用性能研究(包括强度试验、高温车辙试验、低温弯曲试验和温缩试验).结果表明:新环氧树脂胶黏剂不仅在常温和中温下有足够的强度,低温下也具有良好的韧性,使铺装材料具有良好的热稳定性和低温变形能力,抗老化能力优良;ERC具有抗压强度高、低温变形能力强、高温抗车辙能力好等优点,是一种强度高、路用性能好的材料,可作为桥面的铺装层或路面表面层.     

环氧大豆油/环氧树脂丙烯酸酯的合成及其性能研究

以可再生资源的大豆油衍生物环氧大豆油(ESO)为基体,可以制备环氧大豆油丙烯酸酯(AESO),但该低聚物所成UV固化膜附着力不佳,力学性能较差.文中利用环氧树脂优良的粘接性能和力学性能来改善纯环氧大豆油丙烯酸酯固化膜的这些不足.首先将环氧大豆油和环氧树脂混合,利用丙烯酸对环氧基接枝制备了环氧大豆油/环氧树脂丙烯酸酯(AESO-EA)低聚物,进一步在光引发剂Doracur1173的引发下共聚得到环氧大豆油丙烯酸酯/环氧树脂丙烯酸酯UV固化膜.通过拉伸性能测试、铅笔硬度测试、附着力和冲击性能的测试对固化膜进行了性能分析.测试结果表明,引入了环氧树脂后的固化膜性能显著提高.通过比较分析,当环氧树脂E-44的添加量为环氧大豆油质量的6%左右时,UV固化膜整体性能最佳.