短切碳纤维增强MC尼龙复合材料的制备与性能

MC尼龙是一种已得到广泛应用的重要的工程塑料,但存在尺寸稳定性较差、热稳定性不高和重载下强度欠佳等缺点。本研究采用短切碳纤维(SCF)作为改性剂,探索研究了SCF/MC尼龙复合材料的制备工艺,研究了不同的SCF含量对复合材料密度、转化率、机械性能、摩擦性能及结晶度的影响。结果表明:在0~20%SCF含量范围内,复合材料的密度及拉伸强度表现为先增大后减少;转化率和冲击强度为20%SCF复合材料最为突出;而摩擦系数、磨损量在加入SCF后呈现先减少后增加的趋势。在10%SCF含量时,材料表现出较好的摩擦性能,同时结晶温度增大到182.95℃,结晶度为35.57%。研究结果证实通过添加适当比例的SCF改性剂可以有效改善MC尼龙的性能,这为进一步开发满足某些特殊螺旋传动下的新型复合材料做了有益尝试。

短切碳纤维分散方式及对纤维增强石膏基复合材料力学性能的影响

采用H_(2)O_(2)和NaClO对短切碳纤维进行表面氧化处理,并采用PCE、HPMC以及超声对其进行分散处理,制备短切碳纤维增强石膏基复合材料,并对其力学性能进行研究。结果表明:经过氧化处理后,短切碳纤维表面亲水含氧官能团羟基和羰基含量增多,表面粗糙度增大;氧化处理后的短切碳纤维在PCE溶液中分散效果最好;短切碳纤维的加入有效提高石膏硬化体的抗压强度,当掺1%采用PCE分散处理的6 mm短切碳纤维时,石膏硬化体强度最高,较未掺时提高72.4%,这是由于PCE在短切碳纤维表面的吸附性和PCE与石膏颗粒反应形成的空间位阻效应双重作用提高了短切碳纤维在石膏浆体中的分散性,进而提高了短切碳纤维增强石膏基复合材料的抗压强度。

短切碳纤维对泵用SiC复合陶瓷强度与耐冲蚀性影响研究

将0.5 mm、1 mm和3 mm的短切碳纤维分别加入SiC树脂复合陶瓷中,研究不同短切碳纤维长度对SiC复合陶瓷抗折强度和耐冲蚀性能的影响。研究结果表明,添加短切碳纤维后,试样的体积密度从2.45降低至2.32 g/cm^(3),而显气孔率变化不大,维持在4%。随着添加短切碳纤维长度的增加,试样的抗折强度显著提升,从61.57 MPa增加至71.67 MPa。添加3 mm的短切碳纤维后,试样的抗折强度更加稳定,多个试样间的差距显著降低。添加不同长度短切碳纤维后,试样的常温耐冲蚀性无明显变化,一次和二次冲蚀损失体积分别维持在0.033 cm^(3)和0.045 cm^(3)左右。SiC树脂复合陶瓷浇注料的制备过程中,添加3 mm的短切碳纤维可以有效提升抗折强度,同时保持复合陶瓷优秀的耐冲蚀性能。

短切碳纤维含量对C_(sf)/SiC复合材料力学性能的影响

以Si作为主要烧结助剂,采用热压烧结法制备了短切碳纤维-碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SiC)复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜、硬度仪以及力学性能试验机等,研究了Csf含量对所制备材料的结构、组成、形貌及复合材料的弯曲强度、Vickers硬度和断裂韧性的影响。结果表明:采用热压法能制备出致密且Csf分布均匀的Csf/SiC复合材料。Csf/SiC复合材料的弯曲强度随Csf含量增加先增大后减小,含15%(体积分数,下同)Csf的Csf/SiC样品强度最高,达到466MPa,并且Csf含量小于30%的Csf/SiC样品强度高于无纤维SiC材料。材料的Vickers硬度随Csf含量增加而降低。Csf/SiC样品的断裂韧性随Csf含量增加而逐渐增大,Csf含量为53%时,达到最大为5.5MPa.m1/2,与无纤维SiC样品相比,增加近2倍。

短切碳纤维/AlN/环氧树脂绝缘导热复合材料性能研究

通过浇注工艺制备了短切碳纤维/AlN/环氧树脂复合材料,研究了复合材料热、电和力学性能。结果表明,复合材料的热导率、介电常数、弯曲强度和模量随短切碳纤维含量增加而上升,其电阻率则下降。当短切碳纤维体积含量由0变化到1.8%时,复合材料的热导率由1.14W.m-1K-1提高到1.45W.m-1K-1;弯曲强度和模量分别提高了14%和13%;而体积电阻率和表面电阻率分别由2.69×1015Ω.m和2.09×1013Ω降到6.16×1012Ω.m和2.95×1010Ω。复合材料的热膨胀系数随碳纤维含量变化不大。

用于水润滑轴承的聚氨酯/环氧树脂/短切碳纤维复合材料的制备及摩擦学性能

以环氧树脂(EP)和短切碳纤维(SCF)为改性剂对聚氨酯(PU)进行改性,制备了PU/EP/SCF复合材料,研究了复合材料的物理机械性能和摩擦学性能。结果表明,当SCF质量分数为7.5%时,PU/EP/SCF复合材料具有最佳的物理机械性能和摩擦学性能,拉伸强度和扯断伸长率分别为16.5 MPa、157.5%,干摩擦条件下摩擦系数和磨损率分别为0.48和1.44×10^(-4)mm^3/(N·m)。

短切碳纤维增强B_4C/环氧树脂基中子屏蔽材料的力学性能优化研究

为满足工程应用领域对中子屏蔽材料力学性能的要求,采用短切碳纤维增强方法对传统的含B4C中子屏蔽材料进行了改良,研制出的新型B4C/环氧树脂基中子屏蔽材料具有良好的力学性能和屏蔽性能。重点研究了短切碳纤维含量、长度及表面处理工艺对碳纤维增强环氧树脂屏蔽材料力学性能的影响,结果表明,含10wt%B4C的碳纤维增强环氧树脂材料中树脂与纤维质量之比为5:1时,材料的拉伸强度最佳;当纤维长度为3–10 mm时,对材料拉伸性能影响较小;选用硅烷偶联剂KH-550进行纤维表面处理,能有效提高材料20%的拉伸性能。利用镅-铍中子源对含10wt%B4C碳纤维增强环氧树脂材料与含硼聚丙烯材料进行中子屏蔽比较实验,实验结果证明,该新型中子屏蔽材料能够满足中子屏蔽要求,具有良好的力学性能和广阔的应用前景。

短切碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的高温冲击压缩力学性能

采用先驱体浸渍裂解法(即PIP法)制备出3种不同短切碳纤维(C_(sf))体积分数的圆柱形短切碳纤维增强陶瓷基复合材料(C_(sf)/SiC复合材料)试件,通过高温加热装置和自组装功能的霍普金森压杆装置对试件进行高温和动态荷载耦合作用下的冲击压缩试验,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察C_(sf)/SiC复合材料断口形貌,对试件的破坏形态进行分析。试验结果表明,采用PIP法制备的C_(sf)/SiC复合材料试件中C_(sf)分布均匀,在外应力作用下C_(sf)/SiC复合材料试件发生破坏,碳纤维和碳纤维束与SiC基体脱粘被不断拔出。试件的抗压强度随C_(sf)体积含量的增加而呈现先增加后减小的变化趋势,C_(sf)体积含量为21%的试件抗压强度最高,为96.55 MPa。与常温相比,在高温压缩试验中随着复合材料试件平均温度的升高,C_(sf)/SiC复合材料试件破碎后的块度越来越大,整体性越来越好,当温度达到300℃时,C_(sf)体积含量对C_(sf)/SiC复合材料试件抗压强度的影响较小。

短切碳纤维/环氧树脂复合材料的介电性能研究

以短切碳纤维为填充物,环氧树脂为基体,采用涂刷法制备了碳纤维/环氧树脂基复合材料,研究了短切碳纤维的分布、含量、长度对复合材料的复介电常数的影响。碳纤维在环氧树脂基体中呈二维随机分布,随着碳纤维含量的增加,碳纤维在基体中形成导电网络的能力明显增强。采用波导法测试了复合材料在2.6～18GHz频段内的复介电常数,结果表明,在该波段,复介电常数的实部和虚部都随纤维含量的增大而增大;随纤维长度的增大先增大后减小;并随频率的增大呈现明显的频响效应。

短切碳纤维复合材料对8mm波吸收性能研究

本文研究了不同长度和含量的短切碳纤维复合材料在8mm波段（26．5—40GHz）的吸收性能。结果表明，长度为3mm，含量为0．2％的短切碳纤维复合材料在该波段反射率均在-10dB以下，具有优良的毫米波吸收特性；并探讨了短切碳纤维吸收毫米波的原因。

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.

短切碳纤维对3mm波衰减性能研究

采用导电纤维对电磁波衰减的理论模型,对短切碳纤维在3mm波的干扰效果进行理论计算,并在微波暗室中及野外测试了短切碳纤维对3mm波的干扰效果。结果表明:最佳纤维长度为(2±0.5)mm,最大衰减能力超过-20dB。

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态劈裂拉伸实验

为了探究C/SiC陶瓷基复合材料的动态断裂力学行为和破坏形态,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置对3种不同短切碳纤维体积分数的C/SiC陶瓷基复合材料进行了动态劈裂实验,并利用扫描电子显微镜扫描了C/SiC复合材料试件的破坏界面,分析了C/SiC陶瓷基复合材料的失效特征和增韧机理。实验结果表明:C/SiC复合材料在冲击劈裂实验过程中,同一短切碳纤维体积分数下试件的动态抗拉强度随着冲击气压的增大而增大;短切碳纤维体积分数为16.0%时,材料的抗拉强度最低;冲击后,试件的整体破坏情况与冲击气压、短切碳纤维体积分数有关。

短切碳纤维对环氧树脂阻燃性能的影响

以环氧树脂(EP)为基体,短切碳纤维(SCF)为增强体,采用溶液共混复合法制备了短切碳纤维/环氧树脂(SCF/EP)复合材料,并研究了SCF的含量对复合材料阻燃性能的影响。结果表明:SCF质量分数为1.0%时,氧指数较基体材料提高了8%;SCF质量分数为0.7%时,复合材料的热释放速率峰值表现最优,较基体材料降低了31.6%;SCF对材料的生烟速率也有一定的抑制作用;SCF质量分数为1.5%时,复合材料的终止分解温度较基体材料提高了6.9%;SCF明显提升了材料的成碳能力。

短切碳纤维对天然橡胶/顺丁橡胶复合材料性能的影响

以天然橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR)为基料,以短切碳纤维(SCF)为添加剂,制备了SCF/NR/BR复合材料,考察了SCF用量对NR/BR的摩擦性能及力学性能的影响。结果表明,SCF可增强NR/BR基体的强度,增大其硬度。在NR/BR混合胶中加入15份SCF可以降低混合胶的摩擦系数,减少混合胶的磨损量,提高混合胶的耐磨性能。SCF增强的NR/BR在摩擦过程中发生了磨粒磨损和黏着磨损,形成了卷曲磨屑。

短切碳纤维混凝土电磁屏蔽规律的实验研究

着电子产品普及和大功率电气设备数量的增加，导致电磁环境急剧恶化，从而带来了一系列隐患。简要阐述了电磁屏蔽的原理，介绍了碳纤维的性能，并对短切碳纤维水泥基复合材料的屏蔽性能进行了实验研究，制备出碳纤维吸波混凝土，测试了样品的电磁屏蔽性能，并比较3mm与6mm短切碳纤维在吸波混凝土中的屏蔽效能，分析、总结了实验样品中反映出来的规律，为设计高性能电磁屏蔽混凝土提供了依据。

2mm短切碳纤维吸波涂层的制备与吸波性能

基于雷达吸波涂层薄、轻、宽、强的要求,以2 mm短切碳纤维为吸收剂,水性聚氨酯为基体树脂,制备了碳纤维吸波涂层,将芳纶纸蜂窝与碳纤维吸波涂层进行匹配,并采用矢量网络分析仪测试了涂层的吸波性能。结果表明,单层碳纤维吸波涂层在厚度较薄时吸波性能较差,添加匹配层后性能有所改善。将不同碳纤维含量的吸波涂层与芳纶纸蜂窝进行匹配,制备了多层匹配碳纤维吸波涂层,涂层的吸收强度和有效吸收带宽均得到明显提升,通过调整碳纤维涂层和芳纶纸蜂窝的匹配方式,复合涂层在4.1~13.6 GHz频率范围内均能实现有效吸收。

短切碳纤维对AP/HTPB底排推进剂力学性能的影响

为了提高高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排推进剂的力学性能,在原始AP/HTPB底排推进剂配方中添加质量分数分别为0.3%和0.5%的2 mm短切碳纤维。对含短切碳纤维的AP/HTPB底排推进剂进行静态单轴拉伸、压缩性能实验。用扫描电镜(SEM)进行试件断裂面微观分析。实验结果表明:添加质量分数为0.3%和0.5%的2 mm碳纤维的AP/HTPB底排推进剂的拉伸强度分别提高了11.7%和33.0%,压缩强度分别提高2.1%和7.8%。短切碳纤维分布在HTPB基体中。短切碳纤维与HTPB基体的黏结性能良好。新型含短切碳纤维的AP/HTPB底排推进剂的破坏主要由AP颗粒脱粘引发。短切碳纤维对HTPB基体中微裂纹的发展有抑制作用。显示短切碳纤维是良好的AP/HTPB底排推进剂的增强体。

短切碳纤维/氟橡胶复合材料性能研究

利用碳纤维增强氟橡胶,研究了碳纤维含量对氟橡胶力学性能的影响,偶联剂对碳纤维/氟橡胶复合材料性能的影响,确定碳纤维增强氟橡胶的最佳用量及制备复合材料的最佳硫化条件,通过红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)分析探讨碳纤维/氟橡胶橡胶复合材料的形貌和结构。结果表明,短切碳纤维与氟橡胶的最佳质量比为12∶100,偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH500),其用量为2.5份。最佳硫化条件为:硫化时间为15min,硫化温度为170℃,硫化压力为10MPa。红外光谱表明,碳纤维与氟橡胶之间生成了C—Si—O化学键,提高了氟橡胶和碳纤维的相容性,扫描电镜(SEM)表明用偶联剂KH550处理过的碳纤维在橡胶中的排列整齐,无明显断面、孔隙,相界面之间结合得很好。

提高短切碳纤维对陶瓷基复合材料TiC-TiB_2强韧化的研究

对采用SHS/PHIP技术制备的Cf/TiC-TiB2陶瓷基复合材料中存在短切碳纤维损伤严重,补强增韧效果不明显的原因进行分析研究。研究发现:在B4C+3Ti+Cf体系的SHS反应过程中,由于反应温度太高,使短切碳纤维表面的碳原子与钛粉之间发生化学反应,造成短切碳纤维表面的化学损伤,影响短切碳纤维的性能,进而影响其补强增韧的效果。在SHS反应过程中,防止或减少短切碳纤维化学损伤的主要途径就是添加稀释剂来降低反应温度。在B4C+3Ti+xCf TiC+2TiB2+xCf体系中,通过向反应物中添加稀释剂镍可以有效地防止或减少短切碳纤维的化学损伤,改善各相之间的接触状况,提高各相之间的界面强度,提高短切碳纤维补强增韧的效果。